Deep Dive Elektroumbau

Johannes Hübner Dr. Udo Kessler Philip Schuster

Deep Dive Elektroumbau Alles, was Sie wissen müssen, um Ihr Fahrzeug auf Elektro umzurüsten.

Copyright 2023 Johannes Hübner, Dr. Udo Kessler, Philip Schuster 1. Auflage, Juli 2023 Alle Rechte vorbehalten.

Die Informationen in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und mit größter Sorgfalt recherchiert und aufbereitet. Für Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität kann jedoch keine Gewähr übernommen werden. Bitte recherchieren Sie selbst und seien Sie sich bewusst, dass Sie auf eigene Gefahr handeln, wenn Sie Informationen aus diesem Buch verwenden. Die Autoren haften nicht für Unfälle oder Schäden jeglicher Art. Für Hinweise auf Fehler, Verbesserungsvorschläge und allgemeines Feedback sind die Autoren dankbar. Sie erreichen uns unter feedback@electrifyyourride.info.

Wir erwähnen mehrere Markenprodukte, weil diese Produkte uns gute Dienste geleistet haben. Kein Unternehmen hat uns dafür bezahlt oder in irgendeiner anderen Weise unterstützt.

Alle genannten Marken sind urheberrechtlich geschützt.

Die Autoren danken Signum communication (www.signum-web.de), Heidelberg, für die Unterstützung bei der Produktion des Guidebooks.

Kreation/Grafik: Oliver Weidmann, Thomas Bork Gestaltung: Anja Daum, Jutta Stuhlmacher Bildbearbeitung: Anja Daum Bildnachweise: Die Autoren, Creative Commons: S. 7, 138, 139 Michael Löb, S. 140, 141 ISBN 978 3 9825063 0 2 www.deepdiveelektroumbau.de eelectrifyyourride.info www.openinverter.org

Deep Dive Elektroumbau Alles, was Sie wissen müssen, um Ihr Fahrzeug auf Elektro umzurüsten.

Inhalt Auftakt

So geht’s

Gratulation 6

Kapitel 1: Batterieboxen

Und sonst?

40

Kapitel 4: Elektrik und Steuerung

1.1 Planen und fertigen

42

4.1 Das Hochvolt-System

96

1.2 Mit Modulen bestücken

46

4.2 Umnutzung des Volvo-Steuergeräts

101

1.3 Halterungen und Einbau

54

4.3 Der CAN Bus

104

4.4 Kabelverbindungen

106

4.5 Kabel im Motorraum anschließen

112

Warum überhaupt umrüsten? 7

94

Wie das Klima profitiert 8 7 Fragen 12 Be a hero – for more than one day 16 Prio 1: Sicherheit 22

Kapitel 2: Antriebseinheit

Zulassung 24 2.1 Antriebswelle fixieren

60 62

Basisdaten Volvo 850 electric 26

Erforderliche Zusatzkomponenten

2.2 E-Motor mit Getriebe verbinden und einbauen 64 2.3 Wechselrichter fit machen

76

5.1 Ladegerät vorbereiten und montieren

120

2.4 DC/DC-Wandler, J/B, Ladegerät

80

5.2 Ladebuchse verkabeln

122

86

Kapitel 6: Stabilität und Schutz

118

36

Der Projektplan 38 Kapitel 3: Zusatzkomponenten

3.1 G aspoti, Hydraulikpumpe und Vakuumpumpe

88

3.2 Akustisches Warnsignal, Heizung, Kühler

91

3.3 Kühlkreislauf, Heizkreislauf

92

146

Partner, die man braucht

148

Werkzeuge, ohne die es nicht geht

150

Mit Musik läufts besser

152

Epilog

154

Übersichten Kapitel 5: Ladeinfrastruktur

Komponenten aus dem Nissan Leaf 30

Was kostet das überhaupt?

126

Batterieboxen Halter Kabelverläufe Kühlung und Heizung Aufprall-, Spritz- und Steinschlagschutz Steckverbindungen Second-Life-Komponenten Abkürzungen

156 162 172 184 186 194 195 196

6.1 Rahmenversteifung und Aufprallschutz 128 6.2 Spritz- und Steinschlagschutz 130

Kapitel 7: Fast am Ziel

134

7.1 Kommunikation und Anzeigen 136 7.2 Probefahrten 138 7 .3 Abnahme für Straßenzulassung

4

140

5

Auftakt

Auftakt

... zu Ihrer Entscheidung, dieses Guidebook zu kaufen! Damit haben Sie den ersten Schritt auf dem Weg zum vielleicht spannendsten Projekt Ihres Lebens als Automobil-Fan getan. Und Sie werden Teil einer wachsenden Community von Menschen, die ihre individuelle Mobilität klimaneutral gestalten wollen.

Dennoch: Sie sollten sich gut überlegen, ob und in welcher Form Sie einen Elektroumbau tatsächlich angehen wollen.

Denn ganz gleich, ob sie ihn alleine oder mit Unterstützung von Fachleuten durchführen – ein Elektroumbau ist ein sehr anspruchsvolles Projekt. Dieses Guidebook soll Ihnen helfen, diese Entscheidung auf einer fundierten Basis zu treffen.

Das setzt voraus, dass Sie einen tiefen Einblick in die Themen erhalten, die auf Sie zukommen – unter technischen, handwerklichen und finanziellen Aspekten. Deshalb beschreiben wir die Umrüstung eines Volvo 850 Kombi, Baujahr 1993, im Detail.

Wir nehmen dabei nicht für uns in Anspruch, an jeder Stelle die perfekte Lösung zu präsentieren. Wir sind aber sicher, dass Ihnen die Detailtiefe einen guten Überblick vermittelt, welche kleinen und großen Herausforderungen Sie meistern müssen – unabhängig vom Modell, das Sie umrüsten wollen. Im Idealfall hilft Ihnen unsere Beschreibung, schneller eine praktikable und sichere Lösung für Ihr Projekt zu finden.

Für alle Volvo Kombi-Fans der Modellreihen 850 und der ersten V70-Generation kann das Guidebook darüber hinaus als Anleitung dienen, wenngleich wir betonen: Jedes Projekt ist individuell und nicht alles, was wir beschreiben, lässt sich bei anderen Fahrzeugen dieser Modellreihen eins zu eins umsetzen. Dazu gab es über die Jahre zu viele Änderungen bzw.

Varianten.

Natürlich wollen wir mit diesem Guidebook dazu beitragen, dass der Trend, Old- und Yougtimer auf Elektro umzurüsten, weiter verstärkt wird. Aber wir verfolgen ein weiteres Ziel: Wir glauben, es ist wichtig, den Umrüst-Horizont zu erweitern und auch junge bzw. aktuelle Verbrenner-­Modelle stärker in den Blick zu nehmen. In den nächsten 20 bis 30 Jahren sollten Umrüstungen eine wichtige Rolle spielen. Der Grund: So lässt

6

sich ein Teil der Ressourcen, die in der Vergangenheit, heute und in den kommenden Jahren in die Produktion von Verbrenner-Fahrzeugen geflossen sind bzw. fließen, weiter nutzen.

Das ist dringend nötig, damit die CO2-Emissionen der indivi­ duellen Mobilität reduziert werden. Es ­erfordert allerdings, dass der Umrüstprozess „industrialisiert“ wird, d.h. er muss für möglichst viele Volumen­modelle standardisiert werden und zu akzeptablen Kosten umsetzbar sein. Dazu wollen wir mit unserem Guidebook einen Anstoß geben.

Die „Industrialisierung“ von Elektroumbauten gelingt nur, wenn sich noch mehr Menschen – vom Hobby-Schrauber über den Kfz-Meister bis zum Software-Ingenieur – mit dem Thema beschäftigen. Die Community der privaten Umrüster und professionellen Umrüstexperten muss also weiter wachsen und sich gegenseitig befruchten – im Idealfall mit Unterstützung der Automobilbranche.

Vor diesem Hintergrund wird verständlich, warum wir für Umrüstungen einen „Second Life“-Ansatz favorisieren. Denn dann ist der Beitrag zu Ressourcenschonung und CO2-Reduktion am größten. Das bedeutet: Wann immer möglich, sollten gebrauchte Komponenten, z. B. aus Nissan-, Prius- und Tesla-Fahrzeugen, eingesetzt werden.

Aber natürlich können Sie bei Ihrer Umrüstung auch stärker auf neue Komponenten setzen als wir das getan haben. Sie leisten mit Ihrem Projekt in jedem Fall einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.

Wir wünschen Ihnen anregende Einblicke und Erkenntnisse bei der Lektüre dieses Guidebooks. Und natürlich viel Erfolg bei Ihrem (möglichen) Projekt!

Die Autoren

Warum überhaupt umrüsten?

Eine Frage, die Sie ganz sicher in Ihrem Familien- und Freundeskreis gestellt bekommen, wenn Sie von Ihren Plänen berichten: Warum ­überhaupt den zeitlichen und finanziellen Aufwand betreiben und ein Bestandsfahrzeug umrüsten? Warum nicht gleich ein neues Elektrofahrzeug kaufen?

Die Antwort in einem Satz: Das Klima braucht jede Hilfe, die es bekommen kann. Und zwar jetzt.

Denn nur dann können wir es (vielleicht) noch schaffen, die Klimakatastrophe abzuwenden, die sich inzwischen überall auf der Welt ankündigt – sei es etwa in Hurrikans und Waldbränden in den USA, in immer häufigeren Überschwemmungen in Bangladesh, in gigantischen Erdrutschen in den italienischen und französischen Alpen oder auch in den immer häufigeren Hitzesommern in Deutschland.

Das Klima braucht jede Hilfe, die es bekommen kann.

Deshalb ist der Umstieg auf klimaneutrale Mobilität so wichtig.

Und glücklicherweise befinden wir uns inzwischen mitten in einer Zeitenwende vom Verbrennerfahrzeug zum Elektroauto (und anderen alternativen Antriebskonzepten). Um diesen Paradigmenwechsel möglichst schnell zu vollziehen, reicht es aber nicht aus, nur auf neue Fahrzeuge zu setzen.

Angesichts eines Bestands von rund 48,5 Millionen Pkw in Deutschland2 (weltweit sind es ca. 1,2 Milliarden3) ist es unter ökologischen Gesichtspunkten ein „no brainer“, Ressourcen dadurch zu schonen, dass ein Teil der Bestandsfahrzeuge durch einen Elektroumbau ein zweites Autoleben erhält und länger gefahren wird.

Doch wie sieht die Klimabilanz einer Umrüstung eigentlich aus? Diese Frage beantwortet das nachfolgende Kapitel.

In vielen Ländern der Welt hat die Politik verstanden, dass die Menschheit angesichts des dramatischen Temperaturanstiegs handeln muss. Doch damit die ambitionierten Zielvorgaben Realität werden, müssen Gebäude, die Industrie, die Stromerzeugung und der Verkehr emissionsfrei werden.

Dabei kommt es auf jeden einzelnen von uns an. Wir müssen uns kritisch mit unserem ökologischen Fußabdruck auseinandersetzen und ihn verringern – nicht zuletzt im Pkw-basierten Individualverkehr, der beispielsweise in der EU etwa 60 Prozent der CO2-Emissionen des Verkehrs ausmacht1 und der trotz vieler progressiver Konzepte der „shared mobility“ auch in den kommenden Jahrzehnten dominieren dürfte.

„Warming stripes“ – Ed Hawkins

Gratulation!

1 Europäisches Parlament, Presseinformation, 14. Juni 2022: CO2-Emissionen von Pkw: Zahlen und Fakten.

2 Kraftfahrtbundesamt, Presseinformation Nr. 10/2022 vom 4. März 2022: Der Fahrzeugbestand am 1. Januar 2022.

3 Umweltbundesamt: Weltweiter Autobestand 1978 bis 2022.

7

Auftakt

Wie das Klima profitiert

VOLVO 850 BENZIN

VOLVO 850 ELECTRIC

VOLVO XC40 BENZIN

POLESTAR 2 ELEKTRO

CO2-Em/100 km

31,31 kg (10,1l × 3,1 kg

6,3 kg (18kWh × 0,35 kg)

14,2 kg (0,142 kg/km × 100)

6,8 kg (19,3 × 0,35 kg)

Laufleistung 64.250 km (5 Jahre)

20.117 kg (31,31 kg × 642,5)

4.048 kg (6,3 kg × 642,5)

9.124 kg (14,2 kg × 642,5)

4.369 kg (6,8 kg × 642,5)

Herstellung

0 kg (weil in Vergangenheit)

2.000 kg (durch Umbau)

16.100 kg

26.200 kg

Summe

20.117 kg

6.048 kg

25.224 kg

30.596 kg

Automobile sind eine Meisterleistung der Ingenieurskunst und einfach faszinierend. Allein die Herausforderung eines Elektroumbaus ist daher schon ein guter Grund für ein solches Projekt. Doch wir wollen vor allem eines: Mithelfen, die individuelle Mobilität per Pkw künftig klimaneutral zu gestalten – und ihr damit letztlich eine Zukunftsperspektive zu erhalten.

Abb. 1: CO2-Emissionen bzw. -Äquivalente im Vergleich (in kg; Betriebszeit fünf Jahre).

Doch in welchem Umfang profitiert das Klima von Elek­tro­umbauten?

Zum einen werden die CO2-Emissionen, die für die Herstellung eines Neuwagens (Verbrenner oder Elektrofahrzeug) anfallen würden, vermieden.

Zum anderen verbrennt ein zum Elektrofahrzeug umgebauter Pkw keinen konventionellen Kraftstoff mehr. Dadurch werden die damit verbundenen CO2-Emissionen eingespart – natürlich abzüglich der CO2-Emissionen, die bei der Herstellung des Stroms für das Elektrofahrzeug entstehen.

So weit so einleuchtend. Geht es aber um die konkrete Berechnung des positiven Klimabeitrags von Elektroumbauten, wird es etwas komplizierter. Denn der Effekt ist im Detail schwer zu kalkulieren und hängt von den Annahmen ab, die getroffen werden. Dadurch bewegen wir uns immer ein Stück weit im Reich der Interpretation.

Nehmen wir beispielsweise die Frage, wieviel CO2 die Herstellung eines konventionellen und eines Elektro-Pkw verursacht.

Bisherige Berechnungen lagen mit maximal zehn Tonnen deutlich zu niedrig. Darauf deuten Berechnungen des ­Elektroauto-Herstellers Polestar vom September 2020 hin.

Danach entstehen bei der Produktion eines Volvo XC40 mit Verbrennungsmotor 16,1 Tonnen und beim Elektroauto ­Polestar 2 rund 26,2 Tonnen CO2.1

Die Klimabilanzen für die einzelnen Varianten zeigt Abbildung 1. Die Zahlen beruhen dabei auf der Annahme, dass

• der Polestar 2 laut Hersteller 19,3 Kilowattstunden auf 100 Kilometer verbraucht (WLTP).

• jedes Fahrzeug 12.850 Kilometer im Jahr zurücklegt. Das entspricht der durchschnittlichen Laufleistung eines Pkw in Deutschland im Jahr 2021.3

• bei der Herstellung (Materialien und Montage) des Volvo XC40 16,1 Tonnen CO2 und bei Herstellung (Materialien und Montage, einschließlich Batterie) des Polestar 2 26,2 Tonnen CO2 emittiert werden (Herstellerangaben).6

Auf das Beispiel unseres 1993er Volvo 850 GLE übertragen würden sich folgende Optionen ergeben:

• die Fahrzeuge fünf Jahre gefahren werden, die gesamte Laufleistung also jeweils 64.250 Kilometer beträgt.

1. Der Volvo wird verschrottet2 und durch einen neuen Verbrenner ersetzt, z. B. einen Volvo XC40 (Anschaffungspreis: ab ca. 30.000 Euro).

• der Volvo XC40 laut Hersteller pro gefahrenem Kilometer 142 Gramm CO2 emittiert.

2. Der Volvo wird verschrottet und durch ein neues Elektrofahrzeug ersetzt, z. B. den Polestar 2 (Anschaffungspreis: ab ca.

53.000 Euro).

3. Der Volvo wird zum Elektroauto umgebaut und 5 Jahre weiter gefahren (Preis der Umrüstung: ca. 18.000 Euro, ohne Eigenleistung).

• der Volvo 850 als Verbrenner durchschnittlich 10,1 Liter Benzin auf 100 Kilometer verbraucht4 und die CO2-Emissionen pro Liter Benzin 3,1 Kilogramm betragen.5 • der Volvo 850 nach dem Elektroumbau 18 Kilowattstunden auf 100 Kilometer verbraucht.

• die Produktion des Stroms, mit dem der umgebaute Volvo 850 und der Polestar 2 betrieben werden, 350 Gramm CO2 pro Kilowattstunde verursacht.7 • für den Umbau des Volvo 850 weitgehend Gebrauchtkomponenten genutzt werden. Das bedeutet sowohl Elektromotor, Wechselrichter und vor allem die Antriebsbatterie werden nicht neu produziert, sondern aus einem Unfallfahrzeug ausgebaut. Dennoch werden z. B. die drei Batterieboxen und einige andere Komponenten speziell gefertigt bzw. neu gekauft. Dafür werden CO2-Emissionen in Höhe von pauschal 2.000 Kilogramm angesetzt.

3 Kraftfahrtbundesamt, Kurzbericht 31. Mai 2022: Entwicklungen der Fahrleistungen nach Fahrzeugarten seit 2017 in Deutschland.

4 ADAC-Autotest Volvo 850 GLE Kombi.

5 Der Wert von 3,1 kg/Liter Benzin umfasst sowohl die CO2-Emissionen beim Verbrennen des Treibsstoffs im Motor als auch bei Herstellung und Transport (Well to Tank); bei Diesel liegt der Wert übrigens mit 3,3 kg/Liter noch darüber; siehe dazu: Auke Hoekstra, Maarten Steinbuch, „Vergleich der lebenslangen Treibhausgasemissionen von Elektroautos mit den Emissionen von Fahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotoren“, Eindhoven University of Technology, August 1 Polestar, Life cycle assessment: Carbon footprint of Polestar 2, September 2020, S. 20.

2020.

2 Die Alternative zur Verschrottung lautet Export. Da sie in Deutschland wegen der Abgasnormen kaum noch verkäuflich sind, gehen

6 Polestar, Life cycle assessment: Carbon footprint of Polestar 2, September 2020, S. 20.

jedes Jahr Tausende ältere Fahrzeuge ins Ausland, z.B. nach Osteuropa und Afrika. Dort fahren sie weiter und belasten das Klima.

7 Energiemix Deutschland 2021, Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW), 12. August 2022.

8

9

Auftakt – Wie das Klima profitiert

Notizen ELEKTROUMBAU VOLVO 850 BENZIN

14.069 kg

NICHT-PRODUKTION UND NICHT-BETRIEB NEUFAHRZEUG

SUMME

25.224 kg (Volvo XC 40 Benzin)

39.293 kg

30.569 kg (Polestar 2 Elektro)

44.638 kg

Abb. 2: Einsparung von CO2-Äquivalenten durch den Umbau eines Volvo 850 Benzin auf Elektro und durch Nicht-Produktion und Nicht-Betrieb eines Neufahrzeugs (in kg; Betriebszeit fünf Jahre, Laufleistung 64.250 km).

Das Beispiel des Volvo 850 Benziners zeigt, dass durch den Umbau zum Elektroauto CO2-Emissionen in Höhe von rund 39 Tonnen bzw. 44 Tonnen (Betriebszeit 5 Jahre) eingespart werden können – je nachdem, ob das (nicht produzierte) Neufahrzeug ein Verbrenner (Benziner) oder ein Elektroauto wäre.

Eine Einsparung zwischen 7,8 und 8,9 Tonnen pro Jahr entspricht übrigens einem beträchtlichen Teil der energiebedingten CO2-Emissionen pro Kopf in Deutschland (2022: 11,2 Tonnen).8 In einen Euro-Wert umgerechnet entsteht pro Tonne CO2-Emissionen ein wirtschaftlicher bzw. gesellschaftlicher Schaden von 180 Euro9. Das bedeutet: Durch den Elektroumbau eines einzigen Bestandsfahrzeugs wie dem Volvo 850

werden auf fünf Jahre betrachtet Schäden für die Allgemeinheit in Höhe zwischen 7.000 und 8.000 Euro vermieden.

Nehmen wir an, jedes Jahr würden in Deutschland nur 1.000 Volvos oder vergleichbare Modelle anderer Hersteller auf Elektro umgerüstet und fünf Jahre gefahren. Das würde folgende Klimaeffekte haben:10 • Vermiedene CO2-Emissionen: 39.000 bis 44.000 Tonnen • Vermiedene Umweltschäden: 7 bis 8 Millionen Euro Es gibt also gute ökologische Gründe für einen Elektroumbau.

8 Umweltbundesamt CO2-Rechner (Stand 2022).

9 Umweltbundesamt: Presseinformation „Eine Tonne CO2 verursacht Schäden von 180 Euro – Umweltbundesamt legt aktualisierte Kostensätze vor“, 20. November 2018.

10 M al ganz abgesehen von den positiven wirtschaftlichen Effekten. Schließlich investieren Fahrer, die ihr Fahrzeug auf Elektro umbauen, einen beträchtlichen Betrag und sorgen damit für Beschäftigung, z.B. im Kfz-Handwerk und im Autoteilhandel.

10

11

Auftakt – 7 Fragen

Vor der Projektentscheidung: In sich gehen

Schnellladesäulen beinhalten bereits das Ladegerät und das Fahrzeug muss lediglich die Schnittstelle dazu haben (CCS, ChaDeMo). Diese Ladesäulen können mit Leistungen von 50 kW bis 350 kW laden und die Fahrt kann dann in aller Regel nach 20 bis 40 Minuten Ladezeit fortgesetzt werden.

1.

Wie wollen Sie Ihr Elektroauto nutzen?

Betrachten wir das Fahrprofil der Autoren dieses Guidebooks: Udo fährt täglich etwa fünfzehn Kilometer ins Büro und zurück, gegebenenfalls mit einem Umweg zum Super- oder Baumarkt.

Dadurch kommt er auf eine Tagesfahrleistung von 30 bis 50 Kilometer. Am Wochenende erledigt er Einkäufe (ca. 40 Kilometer), Sonntags fährt er ab und zu in den nahen Odenwald (ca. 50 Kilometer) oder in die Pfalz (ca. 100 Kilometer). Mit der Reichweite von 150 Kilometern seines umgebauten Volvo 850 kommt er also sehr gut zurecht.

Philip fährt täglich acht Kilometer ins Büro und acht zurück, dann noch zusätzlich sechs Kilometer in die Werkstatt und wieder zurück. Kleinere Umwege und Erledigungen eingerechnet liegt die Tagesfahrleistung bei 30 bis 40 Kilometern. Am Wochenende besucht er Freunde mit der Familie und legt dabei auch mal 40 Kilometer an einfacher Strecke zurück. Mit der Reichweite seines umgebauten Toyota GT 86 von 100 Kilometern kann er über das Jahr gesehen rund 95 Prozent seine Fahrten bestreiten. Für den Rest fährt er einen Toyota Prius Plug-In-Hybrid.

Bei Johannes nutzt vor allem seine Frau den umgebauten Touran täglich für die Fahrt zur Arbeit und zurück (18 Kilometer). Hinzu kommen Fahrten zum Einkaufen und für Besuche von Familie und Freunden in einer Entfernung von etwa 400 Kilometern. Nach einem Upgrade des Batteriepakets von 24 kWh auf 40 kWh haben Johannes und seine Frau den Touran im Sommer 2021 erstmals auch für ihren jährlichen Schwedenurlaub genutzt. Eine Tour von insgesamt 3.000 Kilometern.

12

Wenn Sie allerdings die Sicherheit haben wollen, an öffent­ lichen Ladesäulen möglichst schnell möglichst viel Strom „tanken“ zu können, ist ein anderer Ansatz erforderlich. Hier gilt es zu unterscheiden zwischen Gleichstrom-Schnelllade­ säulen, die meist an Autobahnen zu finden sind, und Wechselstrom-Ladesäulen, die eher in den Innenstädten anzutreffen sind.

Was benötigen Sie aufgrund Ihres Fahrprofils an Reichweite?

Die Antwort auf diese Frage beeinflusst die technischen Parameter des Fahrzeugs, z. B. Motorleistung und Batteriekapazität, und damit auch, welche Komponenten erforderlich sind.

2.

Wo können bzw. müssen Sie laden?

Die Antwort auf diese Frage hängt eng mit Frage eins zusammen: Es kommt beim Thema Laden vor allem auf Ihr Fahrprofil an. Wenn Sie bei Ihren täglichen Fahrten die Reichweite Ihres Fahrzeugs nicht ausreizen, also in der Regel nicht auf öffentliche Ladestationen angewiesen sind, dann können Sie zuhause über eine herkömmliche Steckdose über Nacht laden.

Für Ihr Projekt bedeutet das, dass Sie ein einphasiges Ladegerät mit einer Leistung von drei Kilowatt (kW) verbauen können, das den Wechselstrom (Alternating Current, AC) aus der Haushaltssteckdose in Gleichstrom (Direct Current, DC) umwandelt und in Ihrer Antriebsbatterie speichert. Das wäre preislich und technisch die einfachste Lösung. Es wird pro Stunde Strom für etwa 20 Kilometer geladen. Übrigens: Eine AC-Phase hat in der Regel maximal drei Kilowatt, höhere Leistungen werden über Dreiphasen-Wechselstrom (Drehstrom bzw. Starkstrom) abgebildet.

Wechselstrom-Ladesäulen sind, elektrisch betrachtet, einfach Drehstromsteckdosen. Somit muss das Ladegerät im Fahrzeug verbaut werden. Um hier die Ladesäule nicht zu lange zu blockieren, sollte ein Drei-Phasen Ladegerät verbaut werden, das mindestens 11 kW leistet. Es wird pro Stunde Strom für eine Reichweite von etwa 75 Kilometer geladen.

3.

Eignet sich Ihr Fahrzeug für einen Elektroumbau?

Im Prinzip ist jedes Fahrzeug geeignet. Wenn es ein manuelles Getriebe hat, macht es die Sache durchaus leichter (Automatik-Getriebe, S. 75).

Bisher hört man häufig, man könne/solle nur ältere Modelle, z. B. mit einem Baujahr vor 1990, umrüsten. Als Gründe werden in der Regel das geringere Gewicht und der geringere Anteil an Elektronik genannt. Das ist im Grundsatz richtig. Weniger Gewicht und weniger Elektronik machen vieles leichter. Das heißt aber nicht, dass nicht auch moderne Fahrzeuge umge­ rüstet werden können (z.B. Philips Toyota GT 86, Baujahr 2012).

Ein Punkt, der vor dem Hintergrund der Klimaproblematik von Bedeutung ist. Wenn Umrüstungen mittelfristig einen nennenswerten Beitrag zu Klimaschutz und Ressourcenschonung leisten sollen, dann müssen in Zukunft vor allem moderne Fahrzeuge in großer Stückzahl umgerüstet werden.

An der Technik wird es jedenfalls nicht liegen. Antriebsbatterien werden beispielsweise immer kompakter und leistungs-

fähiger, so dass auch höhere Fahrzeug-Gewichtsklassen als Umrüstprojekte in Frage kommen. Darüber hinaus gibt es für immer mehr Modelle Lösungen, um elektronische Komfortund Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug auch nach dem Umbau nutzen zu können. Das zeigen wir letztlich auch am Beispiel des Volvos 850, Baujahr 1993.

Entscheidend für die Auswahl eines Fahrzeugs sind also nicht so sehr Alter, Gewicht und elektrische bzw. elektronische Systeme. Entscheidend ist vielmehr der Zustand. Das betrifft zum einen die Karosserie, und hier vor allem das Thema Rost.

Hinzu kommen zum anderen zentrale Komponenten wie Achsen, Bremsen, Lenkung, Getriebe. Sie sollten nicht nur funktionsfähig, sondern in einem Zustand sein, der eine weitere Nutzungszeit von mindestens fünf Jahren zulässt.

Notwendige Instandsetzungsarbeiten an diesen Komponenten und Restaurations- bzw. Rostarbeiten sollten möglichst vor dem Umbau erledigt werden. Allerdings ergeben sich im Projektverlauf erfahrungsgemäß immer wieder Zeitfenster, um am Fahrzeug zu arbeiten – zum Beispiel, wenn Sie auf die Lieferung von Komponenten warten.

Bei der Frage nach der Eignung von Fahrzeugen können auch Zulassungsvorschriften Grenzen setzen bzw. Hürden aufbauen.

So müssen in Deutschland umgebaute Fahrzeuge ab Baujahr 2001 durch eine Sachverständigenorganisation auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) geprüft werden. Diese EMVPrüfung ist teuer. Sie entfällt, wenn beim Umbau Komponenten verwendet werden, welche bereits eine EMV-Prüfung bestanden haben. Das gilt zum Beispiel für alle Komponenten, die – unabhängig vom Baujahr – in Serien-Elektrofahrzeugen verbaut und auf dem Gebrauchtmarkt erhältlich sind.

4.

Gebrauchtteile oder neue Komponenten einsetzen?

Wenn Sie ausschließlich auf neue Komponenten setzen, wird es teurer, aber in der Regel kommen Sie schneller ans Ziel.

Denn sobald Sie wissen, was Ihr Elektroauto leisten soll, können Sie die erforderlichen Komponenten definieren, Angebote von Lieferanten einholen und zügig loslegen. Im Gegensatz dazu kann es sein, dass Sie die Verfügbarkeit von Gebrauchtteilen erst einmal recherchieren müssen. Und dann ist die Frage, ob Zustand und Preis passen.

13

Auftakt – 7 Fragen

Bei jedem Konversionsprojekt kommen am Ende immer auch neue Komponenten zum Einsatz – zum Beispiel aus Sicherheitsgründen (etwa Hochvoltkabel). Aber der Beitrag eines Elektroumbaus zum Umwelt- und Ressourcenschutz ist umso größer, je mehr gebrauchte Teile verwendet werden.

Vielleicht können Sie sich mit dem Upcycling-Ansatz durchaus anfreunden. Aber Sie fragen sich gleichzeitig, ob überhaupt genügend gebrauchte Komponenten am Markt erhältlich sind.

Nun, dabei muss man unterscheiden. Komponenten wie elektrische Vakuumpumpen oder Hydraulikpumpen sind auf jeden Fall leicht zu besorgen, da es sich um Standard-Komponenten aus massenhaft produzierten Verbrenner-Fahrzeugen handelt.

Ebenfalls gut verfügbar sind (zumindest in Deutschland bzw.

Europa) gebrauchte Elektromotoren (z. B. Nissan Leaf) und andere Elektrofahrzeug-Komponenten (z. B. Tesla-Ladegeräte).

Etwas Geduld kann allerdings nötig sein, um ein gebrauchtes Nissan Leaf-Batteriepaket zu einem guten Preis zu finden. Ideal ist es deshalb unserer Erfahrung nach, ein Komplettfahrzeug zu kaufen. Da hat man alles drin, was man benötigt, und am Ende sogar noch einiges übrig, was sich wieder veräußern lässt. So hat Udo die Leaf-Karosse verkauft und dadurch die Kosten ein Stück weit reduziert.

Insgesamt spricht alles dafür, dass sich die Gebrauchtteile-Versorgung in den kommenden Jahren deutlich verbessern wird.

Das liegt daran, dass immer mehr Elektrofahrzeuge zugelassen werden und damit auch die Zahl der Gebraucht- und Unfallfahrzeuge entsprechend steigt. Mit dem wachsenden Angebot an Neufahrzeugen wächst zudem der Preisdruck auf Gebrauchtfahrzeuge der ersten und zweiten Generationen, so dass man hier durchaus Schnäppchen machen kann, wenn man etwas Zeit mitbringt.

Parallel dazu werden immer mehr Komponenten aus ­Serien-Elektrofahrzeugen auch in Umbauten verwendet werden können. Dafür sorgen die Elektropioniere, die auf der OpenInverter-Plattform (openinverter.org) ihr Wissen aus eigenen Projekten teilen. Inzwischen lassen sich Komponenten aus Modellen von Nissan über Lexus bis Tesla verwenden. Und mit jedem Projekt werden es mehr: So konnten wir bei Udos Volvo-Projekt erstmals eine Webasto-Hochvoltheizung einsetzen, weil Johannes dank seiner Software-Kenntnisse es geschafft hat, das Produkt zum Laufen zu bringen.

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5.

Was haben Sie an Platz und Werkzeug zur verfügung?

Grundsätzlich ist es zwar richtig, dass Sie Ihr Umbauprojekt in Ihrer normalen Hausgarage durchführen können. Aber es erleichtert die Sache sehr, wenn Ihre Garage zumindest breiter ist als das Standardmaß. Hilfreich sind zudem ein Vorplatz und ein Lagerraum. Denn allzu schnell stapeln sich alle möglichen Teile und Komponenten, die Sie entweder ausgebaut haben oder einbauen werden. Zudem kann es durchaus sein, dass vor der Garage ein „Spenderfahrzeug“ steht, aus dem Sie die wichtigen E-Komponenten entnehmen.

Ganz abgesehen vom Arbeitsraum: Sie benötigen Platz für Ihr Werkzeug, zum Beispiel für einen Motorkran und leistungsfähige Wagenheber. Rechnen Sie bitte damit, dass Sie – wenn Sie nicht schon früher intensiv an Autos gearbeitet haben – im Laufe des Projekts das ein oder andere Gerät und Werkzeug anschaffen werden und unterbringen müssen.

6.

Was trauen Sie sich selbst zu, wofür brauchen Sie Unterstützung?

Eine entscheidende Frage ist schließlich: Was können bzw. wollen Sie selbst erledigen? Die Antwort wird durch zwei Faktoren bestimmt: Durch Ihre Fähigkeiten und durch die Infrastruktur, die Sie zur Verfügung haben.

Infrastruktur – Wenn Ihre Räumlichkeiten beengt sind und sie nicht über die nötige Ausstattung (z. B. Motorkran) verfügen, ist es eine weise Entscheidung, den Ausbau von Verbrennungsmotor, Tank und Auspuff von einer Kfz-Werkstatt erledigen zu lassen. Bei dieser Gelegenheit könnten Sie dann auch gleich Komponenten tauschen lassen, die gegebenenfalls verschlissen sind (z. B. Bremssättel oder Antriebswellengelenke).

Fähigkeiten – Man wächst mit seinen Aufgaben. Richtig, so muss man an einen Elektroumbau herangehen. Doch Mechanik ist das eine, Elektrik und Elektronik das andere.

Thema Mechanik – Viele klassische Mechanik-Arbeiten können Sie tatsächlich selbst erledigen. An einigen Stellen sind aber Spezialwissen und Fertigungskompetenz gefragt – zum Beispiel, wenn es um die Verbindung von Elektromotor und Getriebe geht oder auch um die Dimensionierung und Produktion von Halterungen und Batterieboxen.

Thema Elektrik – Es hängt zwar davon ab, wie sie Ihren Umbau konzipieren. Aber Sie werden es mit einem (lebensgefährlichen) Hochvoltsystem zu tun haben. Und hier sind besonderes Wissen und besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Ersteres sollten Sie sich vor dem Projekt aneignen und dann entscheiden, ob Sie diese Arbeiten tatsächlich selbst ausführen wollen. Letzteres, nämlich ihre persönliche Schutzausrüstung, müssen Sie sich besorgen und dann auch bei allen Arbeiten mit Hochvoltsystemen konsequent nutzen.

Thema Elektronik – Die meisten Funktionen und Systeme in modernen Fahrzeugen werden heute elektronisch bzw. mit Hilfe von Software gesteuert. Das gilt auch für Elektroautos.

Allerdings legen die Hersteller ihre Software-Codes nicht offen.

Deshalb lassen sich gebrauchte Komponenten, zum Beispiel aus einem Nissan Leaf, nicht so einfach in andere Fahrzeuge verpflanzen. Die Frage ist also: Wie funktioniert die Kommunikation in einem älteren Verbrenner, der mit einem Antriebsmotor und Wechselrichter, z. B. aus einem Nissan Leaf, ausgestattet wird?

Bei einem älteren Fahrzeug, das nicht über einen CAN Bus verfügt, ist die Zahl der elektronischen Komponenten überschaubar und vor allem sind sie nicht miteinander vernetzt.

Das Anti-Blockier-System (ABS) der Bremsen beispielsweise ist eine vollkommen unabhängige Einheit und wird auch nach dem Ausbau des Verbrennungsmotors weiter funktionieren.

Dagegen kommunizieren in modernen Fahrzeugen alle Steuergeräte über einen CAN Bus miteinander. Liefert das Hauptsteuergerät keine Informationen mehr vom Verbrennungsmotor, sogenannte CAN-Messages, dann wird auch das ABS-Steuergerät seinen Dienst nicht aufnehmen. Das Gleiche gilt für Traktionskontrollen, elektrische Servolenkungen oder sonstige Einrichtungen. Ein CAN Bus ist bei Umrüstungen immer dann von Vorteil, wenn die CAN-Messages und deren Inhalte bekannt sind. In diesem Fall kann mit einem Zusatzsteuergerät das Auto elektrisch gefahren werden, ohne dass wesentliche zusätzliche Kabel eingezogen oder sonstige Umbauten am Fahrzeug vorgenommen werden müssen.

7.

Sind Sie bereit, (viel) Geld und Zeit zu investieren?

Offensichtlich reizt Sie die Herausforderung eines Elektroumbaus. Sonst würden Sie nicht dieses Guidebook in Händen halten. Wenn Sie sich die Frage nach dem Grund stellen, wäre die Antwort im Idealfall eine Kombination aus folgenden Aspekten: Sie sind auf der Suche nach einem technisch anspruchsvollen Projekt. Und Sie wollen den ökologischen Fußabdruck Ihrer individuellen Mobilität reduzieren. Das bedeutet: Mit der Frage, warum Sie Geld in ein „altes“ Auto stecken, können Sie souverän umgehen. Ebenso mit dem Unverständnis von Verwandten und Freunden, warum Sie nach anstrengenden Arbeitstagen Ihre freien Abende in der Garage oder Werkstatt verbringen.

Harte Kosten-Nutzen-Aspekte stehen also nicht im Vordergrund eines privaten Elektroumbaus. Trotzdem sollten Sie wissen, mit welchen Kosten Sie rechnen müssen, bevor Sie entscheiden, ein Projekt in Angriff zu nehmen. Deshalb hat Udo akribisch Buch geführt und letztlich rund 18.000 Euro in seinen Volvo 850 electric investiert.

In dieser Summe sind ausschließlich die Kosten der tatsächlichen Umrüstung enthalten. Das heißt: Wenn Sie Ihr Wunschfahrzeug erst kaufen und gegebenenfalls technisch und optisch auffrischen müssen, dann kommen diese Kosten hinzu.

Bei den konkreten Umbaukosten geht es zunächst einmal um das Spenderfahrzeug bzw. um die Elektrokomponenten wie Elektromotor, Wechselrichter, Antriebsbatterie, HV-Kabel und Stecker. Das ist der größte Kostenblock. Hinzu kommen einzelne weitere Komponenten wie eine elektrische Vakuumpumpe, eine Ölpumpe für die Servolenkung und eine Heizung.

Wesentlich sind zudem die Boxen für die Module der Antriebsbatterie, Adapterplatten sowie Halterungen. In der Regel dürften Sie diese Teile von einem Blechbearbeitungsbetrieb oder einem Schlosser zukaufen, ähnlich wie weitere Dienst– leistungen rund um die Elektronik und Steuerung Ihres Elektroumbaus.

Von der Antriebsbatterie bis zur Zulassung finden Sie auf S. 146 – 147 einen kompletten Überblick aller Kosten der Volvo-Umrüstung.

Unsere Einschätzung: Ohne Partner geht es nicht (S. 148 – 149).

Wenn Sie ganz genau sein wollen, könnten Sie natürlich auch Ihre Eigenleistung auf der Basis eines Stundensatzes bepreisen und einrechnen. Aber das würde die Rechnung in ganz andere Dimensionen führen, und es würde dem Geist eines privaten Umbauprojekts widersprechen.

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Auftakt – Be a hero for more than one day

Vom Ehrgeiz gepackt Vor seinem Elektroumbau war Udo stolzer Besitzer der US-Version eines Volvo 265, Baujahr 1980. Über Jahre hegte und pflegte er das Fahrzeug. Doch inspiriert von den Umbaupionieren auf der Plattform openinverter.org (darunter auch Philip und Johannes) reifte der Entschluss, das Fahrzeug zu verkaufen.

Zum einen will er seine Mobilität klimaneutral gestalten, zum anderen hat ihn der Ehrgeiz gepackt: Auch wenn das Projekt eigentlich über seine fachlichen Möglichkeiten hinausgeht, hat er sich entschlossen, es – mit Unterstützung von Experten – anzugehen. Er will sich also durchaus etwas beweisen. Und er ist sich sicher: Wer ein Bestandsfahrzeug umrüstet und damit seine Nutzungsdauer verlängert, ist in Anlehnung an den Song „Heroes“ von David Bowie eine Art Held, und zwar nicht nur für einen Tag. Aus dem Verkauf des Volvo 265 (Abb. 1) erzielt er einen Erlös von 11.300 Euro. Das soll das Budget für die Umrüstung sein.

Und siehe da, es hat sogar (fast) gereicht.

Die Grundsatzentscheidungen sind schnell getroffen: Es sollen das manuelle Getriebe des Umbau-Kandidaten und möglichst viele gebrauchte Komponenten genutzt werden. Als bekennender Volvo-Fan soll der Kandidat für die Umrüstung ein Fahrzeug dieser Marke sein. Die Wahl fällt auf einen Volvo 850, Baujahr 1993 in der seltenen Farbe „Gold“ bzw. laut VolvoProspekt „beige-metallic“ (Farbcode 411).

ist Udo mitten im Gespräch darüber, warum es sinnvoll ist, die enormen Ressourcen, die in die Bestandsfahrzeuge investiert worden sind, durch einen Umbau möglichst lange und möglichst klimaneutral zu nutzen. Und tatsächlich: Die Argumente fallen auf fruchtbaren Boden. Udo erntet durchaus anerkennendes Kopfnicken.

Da die Nachbarn bereits grundsätzlich über Udos Pläne informiert sind, überrascht es sie nicht, als einige Zeit später ein Nissan Leaf (Abb. 2) mit Frontschaden vor der Garage abgeladen wird. Das Fahrzeug hat Udo auf einer Internet-Plattform aufgetan und noch aus dem Nordsee-Urlaub heraus gekauft. Was er zu diesem Zeitpunkt nicht wusste: Das Modelljahr 2016 gab es in zwei Konfigurationen – einmal mit 24 kWh-Antriebsbatterie und einmal mit 30 kWh. Und es ist die 30 kWh-Version!

1 Abb.1: Volvo 265, Baujahr 1980: Ein Schmuckstück, keine Frage, aber ein Diesel.

Abb.2: Nissan Leaf, Baujahr 2016: Totalschaden, aber auf jeden Fall noch brauchbar.

Abb.3: Volvo 850, Baujahr 1993: Vor dem Transport von Fulda nach Mannheim.

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Damit sind die Grundlagen für das Projekt gelegt: Umbau­ kandidat und Spenderfahrzeug stehen in bzw. vor der Garage.

Das Fahrzeug (Abb. 3) stammt aus der Schweiz und steht – von einigen Kratzern und Dellen abgesehen – sehr gut da, was die Karosserie und das Thema Rost betrifft. Mit 303.000 Kilometern auf dem Tacho springt der Volvo zwar noch an. Doch der Motor hat seine Macken. Deshalb muss das Fahrzeug mit dem Hänger aus der hessischen Rhön in die Region Rhein-Neckar transportiert werden.

Der neue (alte) Volvo vor Udos Garage führt natürlich zu Fragen der Nachbarn: Elektroumbau? Was hat ihn denn da geritten?

Warum er sich nicht einfach ein neues E-Auto kauft? Und schon

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Auftakt – Be a hero for more than one day

Bis nach Schweden Nachdem Johannes sein Ingenieur-Studium beendet hatte, mißfiel ihm die ­Vorstellung, jeden Morgen den Dieselmotor seines VW Sharan starten zu ­müssen, um wenige Kilometer zur Arbeit zu fahren. Wie sich herausstellte, ließ sich dies jedoch recht einfach verhindern – durch Radfahren.

1 Trotzdem war die Idee geboren, ein Verbrennerfahrzeug zum Elektrofahrzeug umzubauen, um damit wenigstens alltägliche Fahrten abzudecken. Es sollte allerdings vier Jahre dauern, bis es endlich so weit war. Das hatte gute Gründe: 2008 gab es weder gebrauchte Akkus aus bestehenden Elektrofahrzeugen noch Motoren oder Wechselrichter. Es gab lediglich sündhaft teure Neukomponenten, die dem Vorhaben sofort ein finanziellen Riegel vorgeschoben hätten.

Abb.1: Johannes‘ erstes Umbauprojekt: Ein VW Polo – noch mit Lithium-Eisen-Phosphat-Akku.

Abb.2: Johannes’ (rechts, links sein Vater) zweites Projekt – ein VW Touran.

Also entwickelte Johannes in seiner Freizeit eine der wichtigsten Komponenten selbst: den Wechselrichter. Als Motor kam ein Drehstrommotor zum Einsatz, wie man ihn eher von großen Drehmaschinen oder Aufzügen kennt.

Abb.3: Johannes’ Touran an einer Ladestation in Schweden.

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Mittlerweile waren auch Lithium-Eisen-Phosphat Akkus zu bezahlbaren Preisen auf den Markt gekommen und so konnte der erste Umbau beginnen. Fehlte nur noch das Fahrzeug. Es sollte klein und leicht sein, und so wurde es ein VW Polo 86C von 1992. Das Fahrzeug wurde bis 2020 benutzt und fuhr in der Zeit 40.000 km.

Es gab aber nach wie vor den VW Sharan mit Dieselmotor, der alle längeren Fahrten abdecken musste. Aufgrund der Vorliebe für Schwedenurlaube hatte das Fahrzeug in 20 Jahren bereits 500.000 km angesammelt.

24 kWh-Batteriepack aus einem Nissan Leaf. Nach knapp eineinhalb Jahren Bauzeit, in der die Wechselrichter-Software weiter entwickelt wurde, war das Endprodukt fertig: Ein E-Touran mit einer Reichweite von etwa 120 km, dessen Stauraum durch keinerlei Elektrokomponenten blockiert wurde. Das Nissan-Leaf-Akku-Pack hatte komplett in den Bauraum des ehemaligen Benzintanks gepasst!

Endlich konnte Johannes die rund 350 Kilometer lange Strecke von Kassel in seine alte Heimat, das Saarland im Südwesten Deutschlands, elektrisch fahren. Der kleine 24 kWh Akku verlangte allerdings viel Geduld beim Nachladen auf längeren Strecken. Und so wurde er kurzerhand durch den neueren Nissan Leaf Akku ersetzt, der auf dem exakt gleichen Bauraum 40 kWh unterbringt. Somit waren über 200 km ohne Nachladen möglich.

Nun war auch die letzte Bastion des Diesels gefallen: der Schwedenurlaub. Mit dem mittlerweile europaweit ausgebauten Schnellladenetz war es möglich, bis nach Östersund in Mittelschweden vorzudringen.

Die Tage des VW Sharan Diesel waren gezählt. Er wurde 2022 verkauft, und Johannes ist jetzt nur noch elektrisch unterwegs.

Als die niederländische Firma New Electric Johannes einen Nissan Leaf „Drive Stack“ spendete, um auch diesen mit seiner selbst entwickelten Software ansteuern zu können, war der Grundstein für das nächste Projekt gelegt. Es sollte ein Fahrzeug mit etwas höherem Nutzwert als der Polo sein, mit mehr Stauraum, größerer Reichweite und Schnellladefähigkeit.

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Und so stand Ende 2018 ein ziemlich mitgenommener VW Touran, Baujahr 2004, in der Einfahrt und wenig später ein

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Auftakt – Be a hero for more than one day

Alles andere als langweilig In den Projekten von Johannes und Udo geht es darum, (langweilige) Alltagsmodelle umzubauen. Philip verfolgt dagegen sportlichere Ziele. Das sieht man schon an der Auswahl des Fahrzeugs: Sein erster Umbau ist ein Toyota GT86 von 2012.

Als sich Philip mit dem Thema Elektromobilität auseinandersetzt, steht für den Fan schneller Coupés fest: Wenn es Spaß machen soll, wird es teuer. Dass der Umbau eines Bestandsfahrzeugs eine günstigere Alternative zum Kauf eines Neuwagens sein könnte, dieser Gedanke hat sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht aufgedrängt.

Doch Philip taucht Schritt für Schritt tiefer in das Thema E-Mobilität ein. Er kauft sich einen gebrauchten Nissan Leaf und sammelt wichtige Erfahrungen mit der Technik und Praxis der neuen Antriebsform. Der Leaf erweist sich als solides E-Auto, hat aus Sicht von Philip aber natürlich deutliche Defizite beim Fahrspaß. Doch gleichzeitig ist ihm klar, dass im E-Motor durchaus Potenzial schlummert.

Dazu muss man wissen, dass Philip Tuning-Experte für den GT86 und vergleichbare Modelle von Honda und Subaru ist.

Zudem baut er in seiner eigenen Werkstatt im Nebenberuf Wohnkabinen für Offroad-Camper. Dadurch kennt er sich mit Metallen und den Gesetzen der Mechanik sehr gut aus. Und als ausgebildeter Fachinformatiker sind ihm auch 3D-Zeichnungen und CAD-Programme keineswegs fremd. Alles in allem also beste Voraussetzungen für ein Umbauprojekt.

Schließlich wird Philip ein Toyota GT86 mit Motorschaden angeboten. Da macht es Klick: Die Idee für einen Umbau mit Leaf- und anderen vorwiegend gebrauchten Komponenten setzt sich fest. Was ihn daran reizt: Angesichts des begrenzten Bauraums im Toyota, muss er praktisch in jeder Hinsicht Neuland betreten. Existierende Lösungen funktionieren nicht.

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Nehmen wir als Beispiel die Aufteilung der 24 kWh-Antriebsbatterie. In aufwändiger Kleinarbeit (nicht zuletzt mit Hilfe von 3D-Zeichnungen) bringt er die Kapazität trotz aller Limitierungen an vier Stellen im Fahrzeug unter: In der Reserveradmulde, an der Stelle des Tanks sowie im Motorraum unter und neben dem E-Motor. Dabei ist das Ziel nicht nur, ausreichend Leistung im Toyota zur Verfügung zu haben. Ebenso wichtig ist es, eine ausgewogene Gewichtsverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse zu erreichen. Das hat Philip geschafft. Mit 51 Prozent vorne und 49 Prozent hinten ist das Verhältnis ideal.

1 Abb.1: Tuning World Bodensee 2022: Der EV86 wird unter die 100 besten Fahrzeuge der Messe gewählt.

Abb.2: Absolut aufgeräumt – der Motorraum des EV86.

Abb.3: Dynamischer Auftritt mit Stil: Die Felgen des EV86 hat Philip in „High Voltage“- Orange lackieren lassen.

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Eine weitere Herausforderung: Wichtige Fahrerassistenzsysteme wie ABS und ESP sowie die sonstige Elektronik gilt es, im Toyota zu erhalten – und zwar ohne das originale Motorsteuergerät, das nicht weiter verwendet werden kann. Zusammen mit Johannes entwickelt Philip dazu ein neues Steuergerät auf Basis eines handelsüblichen Mikro-Controllers. Die beiden schaffen es, dass nicht nur alle wichtigen Informationen für den Betrieb des Fahrzeugs an den CAN Bus gesendet und weiterverarbeitet werden können, also z. B. Batteriespannung, Leistung, Geschwindigkeit. Mit Hilfe der Steuerung gelingt es darüber hinaus, dem Leaf-Motor mehr Leistung zu entlocken.

Das Drehmoment steigt von 240 Nm auf 370 Nm. Das macht den EV86, wie Philip seinen Toyota jetzt nennt, nicht nur extrem spritzig (in 6,7 Sekunden von null auf 100 km/h), sondern auch zum geborenen Drifter.

Daher kommt der Fahrspaß wahrlich nicht zu kurz. Das zeigt zumindest das breite Grinsen, das Philip im Gesicht hat, wenn er mit dem EV86 durch die hügelige Landschaft der heimischen schwäbischen Alb kurvt. Alles andere als langweilig, eben.

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Auftakt – Prio 1: Sicherheit

Achtung Hochvolt!

Helm mit Gesichtsschutz, Schutzklasse 1, d.h. elektrische Isolierung bis 1.000 V AC und Störlichtbogenschutz bis 4 kA/0,5s nach Norm EN 61482-1, z. B. von CATU.

Keine Frage, die Umrüstung eines Fahrzeugs auf Elektroantrieb ist ein sinnvolles Projekt. Aber es ist auch mit Risiken für Leib und Leben verbunden.

In der Elektromobilität gelten in Deutschland Spannungen von mehr als 60 Volt (Gleichspannung) bzw. 30 Volt (Wechselspannung) als Hochvolt (HV). Erkennbar sind HV-Systeme daran, dass ihre Komponenten mit einem Warnhinweis versehen sind: Ein schwarzer Blitz auf gelbem Grund in einem Dreieck mit dem Hinweis „Achtung Hochvolt“ bzw. „Danger High Voltage“.

Zudem müssen HV-Kabel in der Signalfarbe orange ausgeführt sein.

Die größten Gefahren, die von HV-Systemen ausgehen, sind Stromschläge, aber auch Lichtbögen. Letztere entstehen durch das Trennen bzw. Verbinden elektrischer Stromkreise unter Last sowie durch Kurzschlüsse oder beschädigte Komponenten und Isolierungen. Kommt es zu einem Stromschlag oder Lichtbogen, löst das oft reflexartige Bewegungen und damit Unfälle aus. Die Betroffenen können stürzen und zusätzlich Schürfwunden oder andere Verletzungen erleiden.

Risiko Stromstärke Der entscheidende Faktor für die Gefahr durch HV-Systeme ist allerdings nicht die Spannung, sondern die Stromstärke. Im HV-System unseres Volvo-Umbaus fließen zeitweise Ströme von mehr als 200 Ampere. Für unseren Körper lebensgefährlich sind aber bereits wenige Milliampere.

Also, doch besser die Finger von einem solchen Projekt lassen?

Diese Frage sollten Sie sich ernsthaft stellen. Entscheiden Sie sich bitte nur dann für ein Umbauprojekt, wenn Sie bereit sind, sich intensiv mit dem Thema Sicherheit auseinanderzusetzen.

Das heißt: Sie müssen Vorsichtsmaßnahmen identifizieren und umsetzen, und Sie müssen in professionelle Schutzkleidung investieren.

Natürlich wäre es am besten, sich in persönlichen Trainings von erfahrenen Experten im Umgang mit HV-Systemen schulen zu lassen. Allerdings werden derartige Qualifizierungen zumindest in Deutschland bisher nicht für Privatpersonen angeboten, sondern nur für Mitarbeiter in Branchen wie dem Kfz-Handwerk.

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Einen guten Überblick über Sicherheitsmaßnahmen und die erforderliche Ausrüstung geben jedoch auch die Webseiten von Versicherungen und Berufsgenossenschaften. Wie die persönliche Schutzausrüstung für Arbeiten am HV-System aussehen sollte, haben wir auf der gegenüberliegenden Seite zusammengefasst.

Demontage

Jacke und Hose mit einem hohen Anteil an Baumwolle. Kunstfasern wie Polyester oder Polyamid sind nicht geeignet, da nicht flammhemmend. Ideal ist Störbogen-sichere Kleidung nach Norm EN 61482-2, z. B. von CATU.

Isolierhandschuhe bis 1.000 V AC nach Norm EN 60903, z. B. Honeywell Electrosoft.

Isolierte Schraubendreher, Steckschlüssel, etc., z. B. Wiha.

Sicherheitsschuh mit isolierender Sohle für Elektroschutz bis zu 1.000 V AC nach Normen EN ISO 20345:2011 und ASTM F2412-11-11, z. B. von Gaston Mille.

In einem Umbauprojekt kommen Sie in den meisten Fällen das erste Mal mit HV-Technik in Berührung, wenn Sie die Antriebsbatterie eines Spenderfahrzeugs ausbauen oder es öffnen müssen.

Haben Sie ein Spenderfahrzeug gekauft, sollten Sie sich als erstes vergewissern, dass der Trennschalter gezogen und das Minuskabel der 12-V-Batterie abgeklemmt sind.

Autoschlüssel und Trennschalter bewahren Sie bitte getrennt vom Fahrzeug an einem Ort auf, zu dem nur Sie Zugang haben.

Und vor jedem Arbeitsgang am HV-System prüfen Sie bitte, ob der Trennschalter tatsächlich gezogen ist. Doch Vorsicht: ein entfernter Trennschalter bietet keine absolute Sicherheit. Das HV-System ist zwar spannungsfrei geschaltet. Dennoch stehen die einzelnen Module bzw. Zellen der HV-Batterie weiter unter Spannung. Also auch nach dem Ziehen des Trennschalters Vorsicht walten lassen. So ist es zwar unwahrscheinlich, aber dennoch nicht unmöglich, gleichzeitig an den Plus- und Minuspol einer Moduleinheit zu geraten.

Was Sie auf jeden Fall benötigen und in der Regel online finden, ist das Werkstatthandbuch zu ihrem Spenderfahrzeug (die Bedienungsanleitung reicht nicht aus). Das Dokument ist wichtig, denn darin finden Sie nicht nur Detailinformationen zum Aufbau des Batteriepacks, sondern auch zu seiner Demontage.

Nach der Lektüre der Details können Sie einschätzen, ob Sie in Ihrem Arbeitsumfeld (z. B. Ihrer privaten Garage) die Demontage der Antriebsbatterie sicher ausführen können.

Im Zweifelsfall lassen Sie die Arbeit von einem Fachbetrieb erledigen, der sich mit dem Modell Ihres Spenderfahrzeugs auskennt.

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VORSICHTSMASSNAHMEN

BITTE AUCH SONST AN SICHERHEIT DENKEN:

FÜR ARBEITEN AM HV-SYSTEM:

• Augen und Ohren: Kapselgehörschutz und Schutzbrille tragen, z. B. beim Bohren und Flexen.

• Beleuchtung: Für gutes Licht sorgen, z. B. mit Hilfe von Baustrahlern, zusätzlich zur Garagen-Beleuchtung; Stirnlampe nutzen für Detailausleuchtung.

• Arbeitsumgebung: Für angenehme Raumtemperatur sorgen (ca. 20 Grad Celsius).

• Hände: Mit Arbeitshandschuhen Schnitte, Risse und Kratzer vermeiden.

• Ordnung: Nur die Teile und Werkzeuge vor­halten, die für den nächsten Arbeitsschritt nötig sind.

• Vier Augen sehen mehr als zwei: Zu zweit arbeiten erhöht die Sicherheit.

• Mit dem HV-System des Spenderfahrzeugs und den Sicherheitshinweisen des Herstellers vertraut machen.

• Trennschalter ziehen bzw. prüfen, ob er gezogen worden ist.

• Spannungsfreiheit nach 3-Punkt-Regel prüfen: Messgerät prüfen, Spannungsfreiheit messen, Messgerät nochmals prüfen.

• Nur mit Schutzkleidung am System arbeiten.

• Schutzkleidung, z. B. Isolierhandschuhe, auf Risse und Löcher prüfen.

• HV-Kabel und -komponenten grundsätzlich nicht ungeschützt berühren.

• HV-Kabel und Akku auf Beschädigungen prüfen.

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Auftakt – Zulassung

Von Anfang an im Blick

Inhalte einer Baubeschreibung nach dem VdTÜV-Merkblatt „Elektrofahrzeuge im Einzelgenehmigungsverfahren“ 1 PERSONENSCHUTZ BEI DER BEGUTACHTUNG

Geht es um die Straßenzulassung eines zum Elektroauto umgebauten Bestandsfahrzeugs, sind die Bedingungen von Land zu Land verschieden. In Deutschland ist das VdTÜVMerkblatt „Elektrofahrzeuge im Einzelgenehmigungsverfahren“ das entscheidende Dokument.

Der Verband der Technischen Überwachungsvereine hat in seinem Merkblatt die Anforderungen definiert. Es ist äußerst wichtig,, das Dokument schon vor Beginn eines Projekts durchzuarbeiten.

Zum einen erhöht das die Chancen, sein Fahrzeug später ohne größere Komplikationen abgenommen zu bekommen. Denn wer fängt gerne nochmal von vorne an,, nachdem Monate lang „Blut, Schweiß und Tränen“ in das Projekt geflossen sind? Das wohlwollende Nicken des Prüfers ist sozusagen der Ritterschlag für jeden Umrüster – die offizielle Anerkennung, etwas

Außergewöhnliches geleistet zu haben. Zum anderen tragen die konkreten Zulassungsanforderungen dazu bei, von Anfang an auf Qualität und Sorgfalt zu setzen. Insofern sind die Kriterien des Merkblatts für jedes Umbauprojekt relevant – ­unabhängig davon, ob es in Deutschland oder in einem anderen Land durchgeführt wird.

Worauf es im Detail ankommt, wird aus dem Inhaltsverzeichnis des VdTÜV-Merkblatts deutlich (Abb. 1). Auf jeden dieser Punkte muss in der erforderlichen Dokumentation zu einem Umbauprojekt eingegangen werden.

5.5 Spannungsabschaltung beim Crash 5.6 Herausnehmbarer Energiespeicher

2 GRUNDLAGEN/ ERFORDERLICHE DOKUMENTATION 6 BRENNSTOFFZELLENSYSTEM 3 FUNKTIONSSICHERHEIT 3.1 Relevante

Inhalte der harmonisierten Normen der Niederspannungsrichtlinie 3.2 Funktionale Anforderungen 3.3 Sicherstellung des Antriebs (Dimensionierung) 3.4 Mindestladezustand des Energiespeichers 3.5 Heizung/Lüftung sowie Entfrostung, Trocknung 3.6 Bremse 3.7 Lenkung 3.8 Grundfunktion der elektrischen Systeme 3.9 B atterie (Rechargeable Electrical Energy Storage System, REESS) und Batteriemanagementsystem (BMS) 4 ELEKTRISCHE SICHERHEIT 4.1 Schutz gegen direktes Berühren 4.2 Kenntlichmachung von HV-Komponenten 4.3 Isolationsfehlerüberwachung 4.4 Trennung Hochvoltkreis 4.5 Auslegung des HV-Netzes 4.6 Spannungsfreischaltung 4.7 Verbindung mit externer Stromversorgung 5 SICHERHEIT DES ENERGIESPEICHERS 5.1 Belüftung (DIN VDE 0510, UN-Regelung Nr. 100) 5.2 Konstruktionsmerkmale/Einbaubedingungen/Einbauort 5.3 Überlastschutz 5.4 Energiespeicherabdeckung

7 UMWELTSCHUTZ UND UMWELTVERTRÄGLICHKEIT 7.1 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 7.2 A bgasemissionen, CO2-Emissionen, Kraftstoffverbrauch, Stromverbrauch und Reichweite von Elektro-HybridFahrzeugen 7.3 S tromverbrauch und Reichweite von reinen Elektrofahrzeugen 7.4 Geräuschemissionen 7.5 Energiespeicher 8 MOTORLEISTUNG 9 UMFASSENDER PERSONENSCHUTZ – SCHUTZ FÜR DRITTE 9.1 Insassenschutz 9.2 S chutz für Dritte (Wartung/Prüfung, Instandsetzung, Rettungswesen) 9.3 Ladungsvorgang 9.4 W ahrnehmungssicherheit, Schutz schwächerer Verkehrsteilnehmer 10 A LLGEMEINE BEURTEILUNGSKRITERIEN UND PRÜFPUNKTE 11 BEDIENUNGSANLEITUNG, SICHERHEITSKONZEPT 12 ANLAGEN

Abb. 1: Inhalte des VdTÜV-Merkblatts „Elektrofahrzeuge im Einzelgenehmigungsverfahren“ (Version August 2021).

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Auftakt – Basisdaten Volvo 850 electric

Motor: 180 kg Abgasanlage: 20 kg Tank (mit Inhalt): 70 kg Komponenten (Generator, Servopumpe, Kühler, etc.): 30 kg

Elektromotor: 55,0 kg Wechselrichter: 15,0 kg DC/DC-Wandler: 3,4 kg Ladegerät: 15,2 kg Batterieboxen 1–3 (mit Modulen und Haltern): 246,6 kg Stabilisierungskreuz Heck: 3,2 kg Aufprallbügel Heck: 1,5 kg Ladekabel: 2,9 kg Spritzschutz vorne: 2,3 kg Steinschlagschutz Unterboden: 3,1 kg Akustikwarner (mit Halter): 1,0 kg Aluminiumplatte: 4,5 kg Hydraulikpumpe mit Halter: 5,0 kg 2 Wasserpumpen mit Halter: 3,0 kg Vakuumpumpe mit Halter: 1,8 kg HV-Heizung mit Halter: 3,0 kg Kühler mit Halter: 1,0 kg Adapterplatte Getriebe: 1,8 kg Adapterplatte E-Motor: 0,9 kg Halterungen E-Motor: 5,5 kg Abstandsringe Getriebe/E-Motor (5 Stück): 2,3 kg

300 kg

378 kg

Volvo 850 Benzin

Volvo 850 electric

Wichtige Kenngrößen Die Leistung des Elektromotors unseres Spenderfahrzeugs beträgt 80 kW, die Akkukapazität 30 kWh. Was bedeutet das für Basisdaten des E-Volvos – zum Beispiel Gewicht, Gewichtsverteilung, Ladezeit, Reichweite und Höchstgeschwindigkeit?

Gewicht und Gewichtsverteilung Wichtige und unter Umständen limitierende Faktoren sind bei einem Umbauprojekt das Gewicht und die Gewichtsverteilung.

Beides kann in der Regel nicht erhalten werden: Das umgebaute Fahrzeug wird schwerer und die Gewichtsverteilung verschiebt sich meist von vorne nach hinten.

Das hat folgende Gründe: Im Originalzustand des Verbrennerfahrzeugs trägt die Vorderachse vor allem durch den Motor mehr Gewicht als die Hinterachse. Bei einem Elektroumbau wird jedoch ein leichter Elektromotor eingebaut und im Heck meist ein beachtlicher Teil der schweren Antriebsbatterie platziert. So auch beim Volvo-Umbau.

Das ist kein Problem, solange die zulässige Hinterachslast nicht überschritten wird. Beim Volvo sind wir davon mit 720 kg noch ein gutes Stück entfernt (max. 1.010 kg). Der höheren Belastung der Hinterachse begegnen wir dennoch mit dem Einbau von verstärkten Federn und wir legen das Fahrzeug rund 5 cm höher. Wer beim Thema Gewicht keine Überraschung erleben will, sollte sich frühzeitig Gedanken machen, welche Komponenten aus- bzw. eingebaut werden, was sie jeweils wiegen, wo sie im Fahrzeug montiert werden und was das für die Gewichtsverteilung bedeutet. Für einen Vorher/Nachher-Vergleich ist es wichtig, das Fahrzeug vor Beginn des Umbauprojekts zu wiegen und die Gewichtsverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse zu kennen.

In der Regel werden aus dem Verbrenner-Fahrzeug Motor und Hilfsaggregate (z.B. Kühler, Generator, Servopumpe) sowie die Abgasanlage und der Tank entfernt. Diese Komponenten summieren sich bei unserem Volvo auf rund 300 kg (dabei wird der Tank als „gefüllt“ mit einem Gewicht von 70 kg gerechnet).

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Stattdessen finden nun unter anderem ein Elektromotor, Wechselrichter und HV-Batterien Platz im Motorraum sowie im Heck. Die Elektro- sowie weitere Komponenten bringen 378 kg auf die Waage (Abb. 1).

Dadurch erhöht sich das Leergewicht des Volvos von 1.450 kg auf etwa 1.528 kg (ohne Fahrer). Bei einem zulässigen Gesamtgewicht von 1.970 kg sinkt die mögliche Zuladung von 520 kg auf 442 kg. Es können aber weiterhin fünf Personen transportiert werden. Denn für die Zulassung kalkulieren die Prüfer der Sachverständigenorganisationen in Deutschland pro Person 75 kg Gewicht sowie 5 kg Gepäck (5 × 80 kg = 400 kg). Bis zur maximalen Zuladung bleiben also noch 42 kg Spielraum nach oben.

Abb. 1: Was geht, was kommt – Volvo 850 Benzin vs. Volvo 850 electric.

Ladezeit

i TRAGFÄHIGKEIT DER REIFEN: Das Leergewicht des Volvos steigt durch den Umbau zwar nicht gravierend, aber doch nennenswert. Daher lohnt es sich, den Last- bzw. Tragfähigkeitsindex der Reifen zu prüfen. Auskunft gibt die Kennung auf der Reifenwand – beim Volvo „195/60 R15 92V“. Die Zahl „92“ steht für eine Tragfähigkeit von 630 kg. Bei vier Reifen ergibt sich also eine maximale Tragfähigkeit von 2.520 kg. Da dieser Wert deutlich über dem zulässigen Gesamtgewicht von 1.970 kg liegt, sind wir auf der sicheren Seite.

Aufgrund seines Fahrprofils spielt für Udo die Ladezeit k­ eine entscheidende Rolle, da er zuhause an der Wallbox laden wird.

Deshalb sind eine Typ2-Ladedose und das 11kW-Ladegerät von Tesla für seine Bedürfnisse ausreichend. Das bedeutet: Wenn er am Abend mit einer Restenergie von 2.450 Wh (10 Prozent der verfügbaren Kapazität von 24.500 Wh) in die Garage fährt und den Volvo an die Wallbox anschließt, dann hat er seine Antriebsbatterie nach zwei Stunden wieder vollständig aufgeladen: • Ladeleistung des Tesla-Ladegeräts: 183 Wh/Min. (11.000 W : 60) • Nachzuladende Energie: 24.500 Wh − 2.450 Wh = 22.050 Wh • Ladezeit: 22.050 : 183 = 120,5 Minuten

Aber nehmen wir einmal an, Udo hätte ein Fahrprofil, bei dem auch längere Strecken in einer akzeptablen Zeit ­zurückgelegt werden sollen. Dann hätten wir aus dem Leaf-Spenderfahrzeug den CHAdeMO-Stecker verbaut. Dadurch werden – vorbei am Tesla-Ladegerät – ganz andere Ladegeschwindigkeiten möglich. Allerdings muss man wissen, dass man einen Lithium-­ Ionen-Akku nicht mit hoher Leistung bis 100 Prozent laden kann und dass die L­ adeleistung temperaturabhängig ist.

Dass der 30 kWh-Akku für schnelles Nachladen eine gute Wahl ist, veranschaulicht der Vergleich der Ladeleistung verschiedener Nissan-Akkus. Die 30 kWh-Variante zeigt die beste Ladekurve: Bis 80 Prozent (19.600 Wh) lädt der Akku praktisch konstant mit 45 kW – das heißt: Pro ­Minute fließen 750 Wh an Energie, so dass wir – wenn wir mit 10 Prozent Restenergie an die Ladesäule kommen (2.450 Wh) – nach knapp 23 Minuten bei 80 Prozent der verfügbaren Batteriekapazität sind.

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Auftakt – Basisdaten Volvo 850 electric

Schauen wir uns auf der Basis dieser Werte folgendes Beispiel an (Abb. 2):

geplagten Autobahnen lässt das zu. Aber bei unserem Volvo-Umbau steht ein Kurzstrecken-Fahrprofil im Vordergrund.

Für Udo ist es wichtig, dass er mit seinem Volvo 850 electric seine tägliche Pendelstrecke ohne Nachladen umweltfreundlich zurücklegen kann. Und das ist bei einer Tagesfahrleistung von nur 40 Kilometern ohne Frage der Fall. Das bedeutet: Die erforderliche Energie kann er bequem zuhause über Nacht an seiner Wallbox nachladen.

Udo plant im Sommer einen Besuch bei Johannes. Die Strecke beträgt einfach rund 260 Kilometer. Die Reisegeschwindigkeit auf der durchgehend verfügbaren Autobahn soll 120 km/h betragen, und Udo startet mit voll geladenem Akku (24.500 Wh).

Bis zum ersten Ladestopp kann er 110 km zurücklegen (24.500 Wh − 2.450 Wh = 22.050 Wh : 200 Wh/km = 110 km).

Somit erfolgt der erste Ladestopp nach einer Fahrzeit von 55 Minuten. Fürs Nachladen auf 80 Prozent Akkukapazität (19.600 Wh) sind 23 Minuten erforderlich. Nach 85 Kilometern (19.600 Wh − 2.450 Wh = 17.150 Wh : 200 Wh/km = 85 km) und einer Fahrzeit von 44 Minuten muss Udo nochmals nachladen (23 Minuten).

Doch selbst wenn seine Pendelstrecke 60 Kilometer einfach betragen würde, wäre das in der Konfiguration des Volvo 850 electric machbar – auch ohne Nachlademöglichkeit am Zielort.

Denn die Reichweite würde selbst im Winter bei einer Geschwindigkeit von 90 km/h bei rund 138 km liegen (24.500 Wh − 2.450 Wh = 22.050 Wh : 160 Wh/km = 138 km).

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Den Rest der Strecke von 65 km legt Udo in 33 Minuten zurück.

AKKU-WISSEN

Am Ziel ist er also nach knapp drei Stunden: Fahrzeit: 55 min + 44 min + 33 min = 132 min Ladezeit: 2 × 23 min = 46 Summe: 178 min = 2 h 58 min

Ein Akku altert etwa fünfmal schneller, wenn er auf 100 Prozent statt auf 80 Prozent geladen wird. Deswegen lassen die meisten Batteriemanagementsysteme (BMS) das Laden auf 100 Prozent nicht zu, sondern begrenzen es auf 90 Prozent (zeigen aber 100 Prozent an). Beträgt die tägliche Laufleistung, zum Beispiel die Pendelstrecke zur Arbeit und zurück, zwischen 30 und 60 km, benötigen wir nur einen Teil der Akkukapazität. Deshalb ist es sinnvoll, das Ladelimit bei 80 Prozent einzustellen. So „pendelt“ der Ladezustand des Akkus zwischen 60 und 80 Prozent – optimal!

Am Ziel hat der Akku noch eine Restreichweite von 20 Kilometern.

Rund drei Stunden für eine Distanz von 260 Kilometern – das ginge mit einem Verbrennerfahrzeug zweifellos schneller – ­vorausgesetzt die Verkehrssituation auf Deutschlands Stau

Reichweite langstrecke mit dem volvo 850 electric (Voraussetzung : chademo-anschluss

110

distanz (kilometer)

195 ladestopp

fahr- bzw. reisezeit (minuten)

0

55

78

Abb. 2: Langstrecke mit dem Volvo 850 electric, Voraussetzung: CHAdeMO-Anschluss.

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JAHRESZEIT GESCHWINDIGKEIT

SOMMER 90 KM/H

SOMMER 120 KM/H

WINTER 90 KM/H

WINTER 120 KM/H

Kleinwagen

110 Wh/km

170 Wh/km

140 Wh/km

200 Wh/km

Kombi/Minivan

140 Wh/km)

200 Wh/km

160 Wh/km)

240 Wh/km

Transporter/Bus

190 Wh/km

270 Wh/km

230 Wh/km

330 Wh/km

Abb.3

Reichweite Abgesehen von der Akkukapazität hängt die Reichweite von weiteren Faktoren ab. Manche sind vom Fahrer bzw. vom Modell abhängig, zum Beispiel: • Ist das Fahrverhalten eher defensiv oder „spritzig“?

• Sitzt der Fahrer in der Regel allein im Fahrzeug oder mit mehreren Personen?

• Welche Verbraucher befinden sich im Fahrzeug und wie oft werden sie genutzt (z. B. Heizung, Scheibenwischer, Klimaanlage)?

• Wird das Fahrzeug mit speziellen Elektroauto-Reifen gefahren oder nicht?

Es gibt aber auch grundsätzliche Einflussgrößen wie Luftwiderstand und Außentemperatur. Der Luftwiderstand wird von der Aerodynamik des Fahrzeugs bestimmt. Das heißt: Ein hohes Fahrzeug verbraucht mehr Energie als ein niedriges. Der Volvo 850 Kombi ist hier ein Mittelding: Nicht so effizient wie ein Kleinwagen, aber effizienter als ein Transporter bzw. Bus. Für die Außentemperatur gilt: Kältere Luft hat eine höhere Masse, was sich auf den Luftwiderstand auswirkt. Kalte Akkus haben weniger nutzbare Kapazität als warme. Und nicht zuletzt: Bei kühlen Temperaturen bzw. im Winter nutzen wir die Heizung. Unter dem Strich benötigen wir bei einer Außentemperatur von knapp unter null Grad Celsius etwa 20 Prozent mehr Energie als bei 25 Grad Celsius.

Aus diesen Grundprinzipien und der Auswertung von Testfahrten des YouTubers Bjorn Nyland (mit rund 100 Elektrofahrzeug-Modellen zu unterschiedlichen Jahreszeiten und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten) ergeben sich folgende Erfahrungswerte für den Energieverbrauch (Abb. 3): Um die Reichweite berechnen zu können, müssen wir allerdings noch die tatsächlich nutzbare Akkukapazität kennen.

260 ladestopp

122

145

178

Nissan gibt etwa 90 Prozent der nominalen Kapazität zur Nutzung frei. Da wir einen gebrauchten Akku nutzen, verfügt er nicht mehr über die volle freigegebene Kapazität.

Wir gehen in unserem Beispiel von 91 Prozent Restkapazität (State of Health) aus. Daraus ergibt sich folgende Rechnung: E = 30 kWh × 0,9 × 0,91 = 24,5 kWh oder 24.500 Wh.

Allerdings ist das noch nicht die tatsächlich nutzbare Akkukapazität. Denn spätestens bei einem Ladezustand von 10 Prozent (2.450 Wh) sollte nachgeladen werden. Die tatsächlich nutzbare Akkukapazität beträgt demnach: E = 24.500 Wh– 2.450 Wh = 22.050 Wh Auf dieser Grundlage lässt sich die Reichweite berechnen, zum Beispiel für die Variante „Kombi/Minivan Sommer 90 km/h“: Reichweite = 22.050 Wh : 140 = 157 km Im Winter wären es bei 90 km/h etwa 20 Kilometer weniger. Die Bedeutung der Einflussgrößen Luftwiderstand und Außentemperatur sehen wir auch daran, dass ein Kleinwagen im Sommer bei 90 km/h nur ein Drittel der Energie benötigt, die ein Transporter/ Bus im Winter bei 120 km/h verbraucht: 110 Wh vs. 330 Wh.

Höchstgeschwindigkeit Während für Philip die Höchstgeschwindigkeit beim Umbau seines Toyota GT 86 verständlicherweise ein wichtiges Thema war, hat das für Johannes und seinen Touran nur eine untergeordnete Rolle gespielt. Und auch für Udo ist sie kein entscheidender Faktor. Aber natürlich muss er wissen, wie schnell sein Volvo 850 electric tatsächlich fahren kann, wenn er beispielsweise zu einem Überholmanöver ansetzt.

Die Leistung des Elektromotors von 80 kW ermöglicht im Nissan Leaf eine Geschwindigkeit von bis zu 145 km/h. Sie wird ohne klassisches Getriebe, d.h. praktisch schon im ersten Gang, erreicht. Der Motor dreht mit 12.000 Umdrehungen in der Minute (rpm) und wird dann abgeregelt.

In unserem Umbau verfügen wir allerdings über ein manuelles Getriebe. Die Drehzahl werden wir deshalb auf 7.000 rpm begrenzen, um es nicht zu überlasten. Üblicherweise werden wir im dritten Gang fahren – bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 120 km/h (bei ca. 4.200 rpm). Wollen wir schneller fahren, legen wir zu Beginn der Fahrt den vierten Gang ein. Dann kommen wir bei ca. 4.000 rpm auf eine Geschwindigkeit von 130 km/h.

29

Auftakt – Komponenten aus dem Nissan Leaf

Reiche (Aus-) Beute Für einen Elektroumbau wird weit mehr benötigt als ein E-Motor und eine Antriebsbatterie. Deshalb lohnt sich der Kauf eines Spenderfahrzeugs.

Denn dann stehen die erforderlichen Aggregate und Teile „kompakt“ zur Verfügung. Gegenüber dem Einzelkauf ist das nicht nur kostengünstiger.

Das Projekt wird zudem beschleunigt, da weniger Zeit für Recherche, ­Be­stellung und Lieferung einzelner Komponenten aufgewendet werden muss.

Natürlich kann es auch etwas dauern, bis man ein geeignetes Spenderfahrzeug findet. Aber steht es erst einmal auf dem Hof, macht es Vieles einfacher. Unser „Donor“ ist ein 2016er Nissan Leaf mit Frontschaden und einer Laufleistung von 102.000 Kilometern. Der State of Health der Antriebsbatterie beträgt 91 Prozent.

Für 5.900 Euro gekauft, wurde er später für 1.500 Euro weiterverkauft – ohne 30 kWh-Antriebsbatterie, Elektromotor, Wechselrichter, BMS und weiterer Komponenten. Das alles hat also 4.400 Euro gekostet. Ohne Zweifel ein Schnäppchen.

Die Herausforderung bestand allerdings darin, die benötigten Komponenten aus dem Leaf auszubauen. Durch den Frontschaden war das gar nicht so einfach. An manchen Stellen musste der Winkelschleifer angesetzt werden, um sich Zugang zu verschaffen, zum Beispiel zu den Verschraubungen der Antriebseinheit (E-Motor, Wechselrichter, Ladegerät/DC-DCWandler, Getriebe).

Bevor mit dem Ausbau begonnen wird, lohnt es sich auf jeden Fall, auf Online-Plattformen technische Videos zum Spenderfahrzeug anzusehen. Zudem empfehlen wir, Handbücher des Herstellers zu Rate zu ziehen. Beim Leaf haben uns die Abschnitte „EVC – EV Control System“ und „TMS – Traction Motor System“ des „Nissan Leaf Service and Repair Manuals“, Ausgabe Juni 2014, sehr geholfen. Je größer das Wissen über die Abläufe, um so besser. Das beginnt schon beim Lösen von Steckverbindungen. Zudem sind für einige Arbeitsschritte spezielle Werkzeuge erforderlich. Und schließlich muss man bedenken: Nicht fachgerecht ausgeführt, können die benötigten Teile beim Ausbau beschädigt werden. Und behalten Sie bei der Demontage stets auch Ihre Sicherheit im Blick. Also, möglichst Schritt für Schritt nach Herstellerangaben vorgehen.

30

1 Abb. 1: Die Antriebsbatterie vor dem Leaf.

Unter dem Fahrzeug ist der erforderliche Rangierwagenheber zu sehen.

WERKZEUG Flacheisen bzw. Hebelwerkzeug Gurte Euro-Palette Rangierwagenheber Seifenlauge Rollbretter Schrausbenschlüssel 10er, 13er (isoliert) Teppichmesser

Abb. 2: Trotz Frontschaden: Was wir benötigen, ist nicht beschädigt.

Abb. 3: Die „freigelegte“ Antriebseinheit.

2

MATERIAL Komponenten aus dem Leaf-Spenderfahrzeug: Akustikwarner Antriebsbatterie (komplett) Elektromotor Kabel, Stecker Kühlschläuche Nabeneinfassung Getriebe Schrauben Schütze aus Power Delivery Module (PDM, Ladegerät/DC-DC-Wandler als Reserve) Wasserpumpe Wechselrichter

3 31

Auftakt – Komponenten aus dem Nissan Leaf

Im Fokus: Die Antriebsbatterie Im Rückblick betrachtet wäre es eine Alternative gewesen, die Leaf-Demontage von einer Nissan-Werkstatt erledigen zu lassen. Das gilt insbesondere für die Antriebsbatterie. Obwohl der Ablauf im Leaf-Handbuch beschrieben wird (Abschnitt „EVB – EV Battery System“), lässt er sich in einer normalen Garage so gar nicht durchführen. Denn dort gibt es weder eine Hebebühne noch einen Hub- und Senkwagen, um die rund 300 kg schwere Antriebsbatterie aufzunehmen. Wie also die Batterie „ablassen“?

Die Idee: Eine Holzpalette unter das Fahrzeug legen und mit Stücken aus Hartstyropor den Abstand bis zur Batterie ausfüllen. Dann hat die Einheit nach dem Lösen der Schrauben (12 Stück) kaum Weg zurückzulegen, bis sie aufliegt (Abb. 4-5).

Gesagt getan. Doch wie die Antriebsbatterie unter dem Fahrzeug hervorholen?

Schritt 1: Der Leaf muss so weit angehoben werden, dass die Distanz zwischen Boden und Unterkante des Fahrzeugs ca. 35 cm beträgt. Dazu reicht ein normaler Wagenheber nicht aus. Es ist ein hydraulischer Rangierwagenheber mit entsprechendem Hub erforderlich.

Schritt 2: Die Hartstyropor-Elemente Stück für Stück herausziehen, damit die Batterie direkt auf der Palette ruht.

Schritt 3: Gurte um Batterie und Palette schlingen.

Schritt 4: Seifenlauge auf dem Garagenboden verteilen.

Schritt 5: Batterie unter dem Fahrzeug hervorziehen.

Als die Antriebsbatterie später auf Rollbretter umgebettet wird, um sie leichter in der Garage bewegen zu können, fällt es uns wie Schuppen von den Augen: Es wäre intelligenter gewesen, die Rollbretter von Anfang an unterzulegen. Dann wäre die Aktion mit der glitschigen Seifenlauge nicht nötig gewesen.

Aber wie heißt es so schön: Hinterher ist man immer schlauer.

Sesam öffne dich Nachdem der schwarze Deckel vom Staub befreit ist, glänzt die Antriebsbatterie im Schein der Garagenbeleuchtung wie eine Schatztruhe, die es nur noch zu öffnen gilt. Doch auch hier sind Vorsicht und Sorgfalt geboten. Bevor man Hand anlegt, sollte man sich über Aufbau und Demontage informieren. Dazu sind

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im Netz unter dem Suchbegriff „Nissan Leaf Battery Disassembly“ zahlreiche Videos zu finden. Eines ist besonders empfehlenswert: Der „2011 Nissan Leaf Battery – Deep Dive“ von Prof.

John D. Kelly von der Weber State University in Utah/USA. Der Deckel der Antriebsbatterie ist mit dem Unterteil des Gehäuses verschraubt und verklebt. Die Schrauben sind schnell gelöst. Die etwa 35 mm breite Verklebung muss mit einer dünnen Klinge, zum Beispiel einem Teppichmesser, durchtrennt werden (Abb. 6). Das kostet schon etwas Kraft und einige Klingen. Aber nach etwa 45 Minuten sollte diese Arbeit erledigt sein. Dabei besteht übrigens nicht die Gefahr, mit der Klinge ins Innere vorzudringen. Denn es gibt an der Verbindungsstelle zwischen Deckel und Unterteil keinen Durchgang zu den Modulen.

Abb. 4: Die Steckereinheit (Connector Flange) der Antriebsbatterie vom Motorraum des Leaf aus gesehen.

Abb. 5: Die 300 kg schwere Antriebsbatterie auf der Palette, bevor sie unter dem Fahrzeug hervorgezogen wird.

Abb. 6: Schweißtreibend – die Verklebung zwischen Deckel und Unterteil des Gehäuses zu lösen.

Abb. 7: Sieht gut aus – das Innenleben der Antriebsbatterie.

Abb. 8: Akzeptabel – mit einer Spannung von 345 Volt liegt die Antriebsbatterie deutlich oberhalb der Mindestspannung von 330 Volt .

Abb. 9

Ist die Verklebung durchtrennt, mit einem flachen Eisen in den Spalt fahren und den Deckel Stück für Stück aufhebeln – und sich an dem erhebenden Moment erfreuen, wenn der Blick erstmals auf die Module fällt (Abb. 7). Doch bei aller Faszination für die Technik:

!

BITTE SCHON DAS ANHEBEN DES DECKELS UND ALLE ARBEITEN AN DER ANTRIEBSBATTERIE IN SCHUTZKLEIDUNG UND MIT ISOLIERTEM WERKZEUG AUSFÜHREN. Bevor wir mit der Demontage der Moduleinheiten beginnen, führen wir einen Spannungstest durch. Zwar sollte mit der Antriebsbatterie alles in Ordnung sein (das ließ zumindest die Anzeige im Fahrzeug vermuten). Aber wir wollen auf Nummer sicher gehen und messen nach (Abb. 8). Dazu schließen wir – bei entferntem Trennschalter – den Pluspol unseres Multimeters an den Pluspol des Rear Stacks (12 Module) und den Minuspol an den Minuspol des RH Front Stacks (Abb. 9) – natürlich alles in Schutzkleidung! Dann stecken wir den Trennschalter ein. Die Anzeige des Multimeters zeigt 345 Volt. Das ist deutlich oberhalb der Mindestspannung von 330 Volt. Wir sind erleichtert.

i ALLES AUFHEBEN Grundsätzlich gilt im Sinne der Wiederverwendung möglichst vieler Teile: Alles so demontieren, als ob man es wieder zusammensetzen muss. Alle Schrauben aufheben, und Kabel nicht durchtrennen, sondern lösen. Verschiedene Kabel und einige Schrauben sind für den Umbau zwingend erforderlich.

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Auftakt – Komponenten aus dem Nissan Leaf Module und Komponenten demontieren Vor der weiteren Demontage der Antriebsbatterie ist es sinnvoll, sich nochmals die bereits genannten Videos anzuschauen, im Leaf-Handbuch nachzulesen (z. B. EVB-204/205, EVB-30/31) und sich zu fragen: Habe ich genug für meine Sicherheit getan?

Im ersten Schritt bitte den Trennschalter ziehen und die HV-Verbindungen lösen, damit die einzelnen Moduleinheiten (Rear Stack, RH Front Stack, LH Front Stack) voneinander getrennt sind. Dann Stück für Stück die Schrauben, mit denen die einzelnen Teile am Unterteil des Gehäuses befestigt sind, lösen und die Komponenten herausnehmen.

Verschraubung der drei Moduleinheiten lösen und sie jeweils vorsichtig mit dem Motorkran herausheben.

Orangene Schutzklappen aufklipsen, z. B. hier.

Verschraubung der Trennschalter-Einheit („Service Plug“, SP) lösen, BMS-Kabel-Verbindungen ziehen und Einheit herausnehmen.

10

9

1

2

LH Front Stack

Steckereinheit („Connector Flange“) an der Front lösen undabnehmen.

Kabel am Plus- und Minuspol des „Rear Stacks“ lösen und isolieren.

8

Rear Stack

RH Front Stack

„Battery Junction Box“ (BJB) von der Steckereinheit („Connector Flange“) an der Frontseite lösen, Befestigungen am Gehäuseboden lösen, BJB herausnehmen.

Kabel am Minuspol der „Battery Junction Box“ (BJB) und am Minuspol des „RH Front Stacks“ lösen und herausnehmen.

7

3

6 Kabel am Pluspol der „Battery Junction Box“ (BJB) lösen und herausnehmen.

34

5

4

Kabel am Pluspol des „LH Front Stacks“ lösen und isolieren.

Orange ummantelte Kupferschiene („Busbar“) zwischen dem Minuspol des „LH Front Stacks“ und dem Pluspol des „RH Front Stacks“ lösen und herausnehmen.

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Auftakt – Erforderliche Zusatzkomponenten

Funktionslücken schließen Dank des Leaf-Spenderfahrzeugs verfügen wir bereits über wesentliche Komponenten eines Elektrofahrzeugs. Trotzdem gibt es einige Lücken im Teilesortiment, die wir füllen müssen.

Da der Verbrennungsmotor nicht mehr vorhanden ist, fehlen das Vakuum für den Bremskraftverstärker und der Antrieb für die Servopumpe. Mit Hilfe einer elektrischen Pumpe, wie sie millionenfach verbaut wird, lösen wir das Vakuum-Problem (Abb. 1). Und mit einer ebenfalls weit verbreiteten elektrischen Hydraulik-Pumpe sorgen wir für steten Ölfluss im Lenkgetriebe (Abb. 2).

(PDM, Abb. 7). Wir konnten es allerdings nicht verwenden, da es auf Elektromotor und Wechselrichter sitzt und die Gesamteinheit für den Motorraum des Volvos zu hoch war. Alternativ nutzen wir ein Tesla Ladegerät (11 kW, Abb. 8) sowie einen Tesla DC/DC-Wandler (Abb. 9) jeweils aus einem Model S (2015).

Mit dem Tesla-Ladegerät haben wir aber noch etwas Arbeit (S. 120).

Auch das Gasgeben wird sich durch den Umbau verändern.

Den Gaszug und seine bisherige Halterung können wir in modifizierter Form zwar weiter nutzen. Aber wir benötigen ein Gaspoti (Abb. 3). Dieses Standardprodukt ist ebenso wie die beiden Pumpen auf dem Gebrauchtteilemarkt leicht zu beschaffen. Unsere Empfehlung: Bis auf das Gaspoti möglichst Angebote nutzen, bei denen sowohl der Halter als auch die Verkabelung dabei sind.

Last but not least: Mit dem Verbrennungsmotor wurde auch der Tank ausgebaut. Hinter dem Tankdeckel verbirgt sich also kein Einfüllstutzen mehr, sondern eine Typ2-Ladebuchse (Abb. 10) zum Einstecken des Ladekabels.

Recht einfach ist der Ersatz des großen Volvo-Kühlers. Wir werden zwar weiterhin einen Kühlkreislauf haben. Aber die Kühlleistung kann deutlich geringer ausfallen. Deshalb ist ein Mini-Kühler (Abb. 4) ausreichend.

Und bitte nicht vergessen: Zwar wird Einiges von dem, was wir aus dem Volvo ausgebaut haben, nicht mehr benötigt. Manches wird aber weiterhin gebraucht. Dazu zählen beispielsweise die Antriebswellen-Klammer (Abb. 11), die auf der Rück­seite des Verbrennungsmotors befestigt war, sowie einige Motorhalterungen und auch der Motor-Kabelbaum. Wie bereits gesagt, gilt der Grundsatz: Erstmal nichts entsorgen oder veräußern.

Abb. 1: Vakuumpumpe mit Sensor

Abb. 2: Hydraulikpumpe

Abb. 3: Gaspoti

Abb. 4: Kühler.

Abb. 5: HVH Webasto.

Abb. 6: Wasserpumpe Heizkreislauf.

Abb. 7: Power Delivery Module.

Abb. 8: Tesla Ladegerät.

Abb. 9: Tesla DC/DC-Wandler.

Abb. 10: Typ2-Ladebuchse.

Abb. 11: Antriebswellen-Klammer.

Kniffliger wird es beim Thema Heizung. Auch hier brauchen wir eine Lösung, da die Abwärme des Verbrennermotors nicht mehr zur Verfügung steht. Wir entscheiden uns für eine Hochvolt-Heizung von Webasto (Abb. 5). Für den Heizkreislauf benötigen wir zudem eine Aftermarket-Wasserpumpe (Abb. 6).

Mit unserem Leaf-Spenderfahrzeug hatten wir theoretisch auch schon das Ladegerät und den DC/DC-Wandler im Haus. Diese Einheit nennt Nissan das „Power Delivery Module“

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37

Auftakt – Der Projektplan

Planvoll vorgehen Ein Projekt von der Komplexität eines Elektroumbaus erfordert planvolles Vorgehen. Überraschungen und Fehler sind zwar trotzdem nicht auszuschließen. Aber sie halten sich dann hoffentlich in Grenzen.

4. Planung • Batteriekapazität abhängig von Raum- und Gewichtsverhältnissen im Fahrzeug verteilen: Zahl der Boxen, Module/Box, Maße der Boxen, Halter für die Boxen, Länge der HV- und BMS-Kabel.

• E-Motor/Getriebe probeweise fixieren: Kuppler, Abstandsringe, Adapterplatten.

• E-Motor/Getriebe-Halter: Welche können weiter genutzt werden, welche müssen neu erstellt werden?

• Wechselrichter aufsetzen; Position DC/DC-Wandler und Junction Box auf Aluminiumplatte festlegen.

• Aluminiumplatten (groß, klein): Maße und Zahl der Bohrungen.

• Junction Box: Maße, Kabelführung, Bohrungen, Sicherungen.

• Zusatzkomponenten probeweise platzieren, Halter: Welche Komponenten bringen Halter mit, welche Halter müssen erstellt werden?

5. Sourcing 2 Nicht zuletzt dank der Umbau-Erfahrungen von Johannes und Philip konnten wir zu Beginn von Udos Projekt eine Roadmap erstellen. Darin haben wir wesentliche Projektphasen grundsätzlich definiert. Das diente als Orientierung, um sich immer wieder mal rückversichern zu können: Wo stehen wir eigentlich? Sind wir noch auf Kurs?

In jedem Projekt kommt es zwangsläufig zu Verzögerungen, etwa weil ein Teil nicht lieferbar ist oder nicht passt und nochmal bestellt bzw. produziert werden muss. Auch in einem solchen Fall erweist sich die Roadmap als hilfreich. Denn wenn es an einer Stelle hakt, zeigt sie uns schnell, wo wir stattdessen weiterarbeiten können.

Insofern eröffnet die Roadmap eine gewisse Flexibilität, was die zeitliche Abfolge der Arbeitsschritte betrifft – wenngleich vom Grundsatz her die einzelnen Phasen bzw. Schritte aufeinander aufbauen.

Darüber hinaus vermitteln Abfolge und Struktur der Kapitel im „So geht’s“-Abschnitt einen grundsätzlichen Eindruck zum Projektverlauf. Und schließlich weisen wir in den Kapiteln selbst immer wieder darauf hin, wann gewisse Arbeitsschritte erledigt werden müssen, damit es nicht zu Doppelarbeit kommt.

3. Vorbereitung

1. Vorlauf • Spenderfahrzeug oder Einzelkomponenten?

Second Life- oder Neukomponenten?

• Leer- und zulässiges Gesamtgewicht des Umbau-Kandidaten, Gewichtsverteilung, maximale Achslasten, Bodenabstand?

Wichtig für den Vorher/Nachher-Vergleich.

• Gewünschte Reichweite und bevorzugte Art des Ladens (z. B. an der Wallbox Zuhause)? Beeinflusst Kapazität der Antriebsbatterie und die Ladeinfrastruktur.

•M otor, Tank, Kraftstoffleitungen, Abgasanlage aus Verbrenner ausbauen.

•A ntriebsachsen-Halterung, Motorhalterungen, Kabelbäume, Steckverbinder, Klammern, Gummimanschette Kraftstoffeinfüllstutzen, Schläuche/Schellen des Kühlkreislaufs behalten.

•S toßstangen, Radkästen, Kofferraumverkleidung, Sitze, Teppich, Frontmaske aus- bzw. abbauen.

• F alls erforderlich: Reparaturarbeiten rund um Technik und Karosserie ausführen.

2. Sourcing 1­ • Spenderfahrzeug, Elektro-Einzelkomponenten oder Umbau-Kit (falls erhältlich) kaufen.

• Zusatzkomponenten recherchieren und bestellen, z. B. Vakuum-, Hydraulik-, Wasserpumpe, Heizung (je nachdem, wie geheizt werden soll).

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• Adapterplatten, Abstandsringe, Aluminiumplatten, Batterieboxen, Kuppler: Angebote einholen und bestellen.

• Halter: Maße bestimmen und einzeln oder im Paket in Auftrag geben.

• Junction Box: Standardbox bestellen oder individuell machen lassen.

• HV-Kabel bei einem Elektrofachbetrieb herstellen lassen.

• BMS-Kabel selbst fertigen.

6. Arbeiten ausführen • Leaf-Antriebseinheit und Antriebsbatterie demontieren.

• Module für Einbau in Box 2 und 3 vorbereiten.

• Batteriebox 1 leer einsetzen und festschrauben.

• Batteriebox 1 mit Modulen bestücken, Vorlade- und Trennschalter-Einheit einbauen.

• Batteriebox 2 mit BMS- und HV-Kabeln versehen und mit Halter einbauen.

• Ladekabel herstellen und an Ladebuchse anschließen.

• Ladekabel, HV-Kabel, BMS-Kabel nach vorne in den Motorraum führen.

• E-Motor und Getriebe miteinander verbinden und einbauen (zuvor Nietmuttern in der Karosserie zur Befestigung von Batteriebox 3 setzen).

• Wechselrichter auf E-Motor montieren.

• DC/DC-Wandler und Junction Box mit Aluminiumplatte verschrauben und auf WR aufsetzen.

• Batteriebox 3 leer einsetzen und Module verschrauben.

• Deckel von Batteriebox 3 aufsetzen (mit eingeführten BMS- und HV-Kabeln).

• Junction Box verkabeln.

• Ladegerät aufsetzen.

• Zusatzkomponenten montieren und Kabel anschließen.

• Kabelbox vor Ladegerät installieren.

• VCU (umgebaute Fenix) einbauen.

• Kühlkreislauf installieren.

• Heizkreislauf installieren.

• Stabilisierungsschutz und Aufprallbügel einbauen.

• Tests • Spritz- und Steinschlagschutz montieren.

• Probefahrten • Zulassung

7. Inbetriebnahme

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So geht‘s / Batterieboxen

So geht’s – Kapitel 1:

Batterieboxen

40

1.1. Planen und fertigen

42

1.2. Mit Modulen bestücken

46

1.3. Halterungen und Einbau

54

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So geht’s – 1.1 Planen und fertigen

Teilen und verteilen Die Antriebsbatterie unseres Leaf-Spenderfahrzeugs besteht aus 24 Modulen. 12 davon sind stehend platziert, 12 liegend – aufgeteilt in zwei Einheiten mit jeweils sechs Modulen. Diese Dreiteilung wollen wir auf den Volvo übertragen.

Dazu müssen wir zunächst einmal prüfen, wo überhaupt Batterieboxen montiert werden können. Im Motorraum? Auf jeden Fall. Denn die Antriebseinheit eines Elektroautos benötigt weniger Platz als ein Verbrennungsmotor und seine Aggregate. Das eröffnet Möglichkeiten, es reicht aber nicht. Wie sieht es also unter dem Kofferraum aus und wie am Unterboden? Es zeigt sich, dass auch dort Boxen montiert werden können. Am Unterboden hat der Ausbau der Abgasanlage eine Lücke vor der Hinterachse hinterlassen. Unter dem Kofferraum fehlt der wuchtige Tank. Drei Positionen (Abb. 1) sind auch nötig, wenn wir alle Module aus der Leaf-Antriebsbatterie unterbringen und ihre Anordnung im Grundsatz beibehalten wollen. Das bedeutet: Box 1 soll 12 Module aufnehmen, die Boxen 2 und 3 jeweils sechs.

BOX 1

BOX 3

BOX 2

Auflagefläche aufgrund der Geometrie des Fahrzeugs nicht über die gesamte Tiefe der Box genutzt werden kann, muss sie teilweise reduziert werden (Abb. 3). Wo und wieviel, könnte man natürlich auch schon beim Ausmessen erfassen und die Box so fertigen lassen. Wir empfehlen allerdings, das vor Ort im Kofferraum zu machen und auch erst dann die Position der Befestigungslöcher festzulegen.

Weniger aufwändig als Box 1 sind die Boxen 2 und 3. Sie fassen jeweils sechs Module (3 × 2 Module) und haben mit einem Innenmaß von 720 × 350 × 170 mm die gleiche Größe und jeweils einen Deckel (Abb. 4).

Abb. 1: Um die 30 kWh-Kapazität der Leaf-Antriebsbatterie im Volvo zu verteilen, sind drei Batterieboxen erforderlich.

In Box 1 wollen wir nicht nur die 12-Moduleinheit unterbringen, an deren Rand übrigens das BMS bzw. Batteriemanagementsystem (Nissan spricht vom „Lithium Battery Controller“, LBC) befestigt ist. Hinzu kommen der Trennschalter (Service Plug) und die Pre-charge Unit (in der Nissan-Terminologie: Battery Junction Box, BJB) (Abb. 2). Daraus ergibt sich folgendes Mindestinnenmaß für Box 1: 890 mm breit, 565 mm tief, 250 mm hoch (Abb. 3). Alle drei Maße sind kritisch: Die Breite muss zwischen die beiden Träger des Fahrzeugrahmens passen, die Tiefe zwischen Kofferraum-Ende und Beginn der Hinterachse, und die Höhe ist wichtig, weil der Abstand vom Boden zur Unterkante von Box 1 nicht geringer sein darf als zuvor bei der Reserveradmulde.

Zum Verschrauben mit der Karosserie muss Box 1 über eine Auflagefläche von 60 mm links und rechts verfügen. Da diese

42

Abb. 2: Der Inhalt von Box 1: Die 12-Moduleinheit mit BMS – rechts im Bild – sowie die Pre-charge Unit – vorne links – und der Trennschalter.

Abb. 3: Batteriebox 1 bereits mit angepassten Auflageflächen aber noch ohne Bohrungen.

Abb. 4: Die Batterieboxen 2 und 3 haben die gleiche Größe.

43

So geht’s – 1.1 Planen und fertigen

Platzverhältnisse prüfen Bevor wir die Boxen tatsächlich fertigen lassen, müssen wir prüfen, ob wir richtig gemessen haben und ob vielleicht nicht doch etwas stört. Deshalb empfehlen wir als nächsten Schritt, Attrappen aus Karton in Originalgröße zu basteln.

Dank unserer Attrappe zeigt sich schnell, dass der Platz zwischen Hinterachse und Reserveradmulde für Box 1 nicht ausreicht. Der Tank ist inzwischen zwar entfernt worden. Aber wir müssen zusätzlich einen großen Teil der Reserveradmulde herausschneiden, damit wir Box 1 unterbringen können.

Abbildung 5 zeigt vorne die Reserveradmulde und dahinter den (ehemaligen) Tank. Nach dem Herausschneiden der Reserveradmulde (Abb. 6) passt unsere Box 1-Attrappe perfekt!

Nachdem wir einige Blechschrauben, die aus dem Unterboden vor der Hinterachse heraus ragen, abgeschnitten haben, fügt sich die Attrappe von Box 2 in den Raum, den zuvor Katalysator und Auspuffrohr eingenommen haben. Da Box 2 und 3 gleich groß sind, konnten wir die Attrappe auch für den Test im Motorraum nutzen. Dort ist ebenfalls ausreichend Platz vorhanden (Abb. 7).

Boxen fertigen lassen Bisher haben Papier und Bleistift ausgereicht, um die Boxen zu skizzieren und auf dieser Grundlage Attrappen herzustellen.

Damit die Batterieboxen aus 3 mm starkem Aluminium ratio-

nell und damit zu akzeptablen Kosten gefertigt werden können, sind allerdings sogenannte DXF-Dateien erforderlich. Mit diesem Format arbeiten die Betriebe, die Aluminium- und andere Metalle mit High-Tech-Maschinen professionell bearbeiten.

Philip kennt sich mit dem DXF-Format bestens aus. Er verfügt zudem über einen guten Überblick, was die Herstellung der Batterieboxen und sonstiger Metallteile kosten darf. Auf Basis der Maße erstellt er DXF-Dateien, holt Angebote ein – und dann ist der Auftrag auch schon vergeben.

i RESERVERADMULDE AUSSCHNEIDEN • Wir brauchen eine leistungsstarke Schleifmaschine und zwei bis drei Schleifscheiben für Metalle (Größe vorzugsweise 180 mm).

• Bitte nur mit Ohrenschutz, Sicherheitsbrille, Sicherheitsschuhen und Handschuhen arbeiten. Beim Flexen sprühen bekanntlich die Funken. Deshalb bitte auch alles, was vom Funkenstrahl erreicht wird, abdecken und gut lüften. Noch besser wäre es, für diese Arbeit das Fahrzeug ins Freie zu rollen und dort zu flexen.

Abb. 7: Box 3 passt in den Motorraum. Für den Test mit der Attrappe haben wir den Elektromotor und weitere Komponenten provisorisch platziert.

44

Abb. 5: Der wuchtige Tank (im Bild hinten), den wir entfernt haben, schafft zwar Raum für Box 1, aber noch nicht genug. Die Reserveradmulde (vorne) muss auch weichen.

Abb. 6: Ehemalige Reserveradmulde vom Fahrzeugheck aus betrachtet.

45

So geht’s – 1.2 Mit Modulen bestücken

WERKZEUG

Es ist ein wenig wie Weihnachten... ... wenn die Batterieboxen von der Spedition geliefert werden.

Das glänzende Aluminium sieht einfach cool aus. Und die Boxen passen! Wir sind erleichtert, froh und einen großen Schritt weiter.

Doch die nächsten Aufgaben warten schon.

Multitool und Winkelschleifer

aufgesetzt und an der Rückwand der Box befestigt,tnachdem wir die entsprechenden Löcher angezeichnet und gebohrt haben (Abb. 10).

Die vordere Stabilisierungsschiene macht es uns leicht, die 12-Modul-Einheit am Boden der Box zu fixieren. Die Schiene hat mehrere M12er Bohrungen. Wir nutzen vier davon zur Befestigung. Da die Schiene aber 20 mm über dem Boden der Box platziert ist, legen wir noch zwei ca. 25 cm lange Kanteisen (20 x 20 mm) aus unserem Fundus unter (Abb.11).

Rollbretter ca. 30 × 60 cm (zur leichten Bewegung der Module) Bohrmaschine Metallbohrer 6 mm, 10 mm, 12 mm Lochsägen 16, 20, 32 mm Motorkran einschließlich Ketten und Haken

Wie werden die Module in den Boxen fixiert?

WERKZEUG

Wie werden in Box 1 die Pre-charge Unit und der Trennschalter montiert?

Box 1: Befestigung Rückwand 4 Winkeleisen, z.B. 40 × 40/40 × 20 mm mit M6er Bohrungen

Welche Kabel-Ein- und -Ausgänge benötigen wir?

Wie müssen in den Boxen 2 und 3 die Zellverbinder gegenüber dem Originalzustand angepasst werden, da ein Modul seine Position verändert?

Befestigung Boden 2 Kanteisen (20 × 20 mm, Länge ca. 25 cm mit je 2 M12er Bohrungen), Schrauben: 4 × M12 × 45 mm

Box 1: 12-Modul-Einheit einpassen Box 1 passt in die dafür vorgesehene Öffnung, die wir im Kofferraum geschaffen haben. Doch passt die 12-Modul-Einheit aus dem Leaf-Batteriepaket auch in die Box? Um das zu prüfen, heben wir sie mit unserem Motorkran an und lassen sie probeweise ab. Und tatsächlich: Sie ist einige Millimeter zu lang.

Trennschalter-Einheit: Befestigung Abstandshalter am Boden Schrauben: 4 × M6 × 30 mm (aus Leaf-Fundus)

Abb. 9: Die Stabilisierungsschienen der 12-Modul-Einheit um etwa einen Zentimeter kürzen (siehe Markierung) und mit neuen Bohrungen versehen.

Abb. 10: Mit Standard-Winkeleisen befestigen wir die 12-Modul-Einheit an der Rückwand von Box 1.

Pre-charge Unit: Befestigung über Gummipuffer am Boden 2 × Gummipuffer Typ B (Höhe 40 mm, Breite 50 mm, mit Außen- und Innengewinde) Schrauben: 2 × M10 × 35 mm

Sowohl die Stabilisierungsschienen als auch die Enden der vier Gewindestangen, die horizontal durch die Module laufen und sie zusammenhalten, müssen an der Plus-Seite der 12-Modul-Einheit gekürzt werden (Abb. 8). Nach dem Kürzen der Stabilierungsschienen bohren wir neue M10er Löcher, damit die 12-Modul-Einheit auch wieder mit dem Motorkran angehoben werden kann (Abb. 9).

Kabelanschlüsse: Kabelverschraubungen: 2 × 32 mm, 2 × 20 mm, 1 × 16 mm BMS-Hauptkabel-Eingang (Teil des Aufsatzes auf der LeafAntriebsbatterie) Schrauben: 3 × M6 × 30 mm

12-Modul-Einheit fixieren

Abb. 8: Damit die 12-Modul-Einheit in die Box 1 passt, müssen die vier Gewindestangen, die die Module zusammenhalten, um etwa einen Zentimeter gekürzt werden. Ebenso die Stabilisierungsschienen.

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Die nun passende 12-Modul-Einheit lassen wir bündig zur Rückwand in die Box ab. Das bedeutet: Die freie Fläche für Pre-charge Unit und Trennschalter weist in Richtung Fahrgastraum. Obwohl die 12-Modul-Einheit rund 100 Kilogramm auf die Waage bringt, muss sie mit der Box verschraubt werden.

Für die Fixierung an der Rückwand nutzen wir vier Winkeleisen aus unserem Fundus (siehe „Material“). Sie werden auf die vorhandenen Gewinde der hinteren Stabilisierungsschiene

Befestigung Trennschalter-Einheit am Abstandshalter Schrauben: 3 × M6 × 30 mm (aus Leaf-Fundus), 1 × M6 × 40 mm (länger, weil Stütze des HV-Kabels noch mit befestigt wird)

Boxen 2 und 3: Deck- und Halteplatten bearbeiten Schrauben: 8 × M6 × 150 mm (Flansch mit Schaft aus Leaf-Fundus)

Abb. 11: Die 12-Modul-Einheit wird nicht nur an der Rückwand, sondern auch am Boden von Box 1 verschraubt.

Isolierung Alle Batterieboxen müssen mit Kunststoff in der Signalfarbe Orange isoliert werden, (z.B. Evacast PP Folie, 0,8 mm)

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So geht’s – 1.2 Mit Modulen bestücken

Pre-charge Unit und Trennschalter befestigen Die 12-Modul-Einheit sitzt und hat Luft. Dann können wir uns nun den beiden anderen Komponenten zuwenden, die ebenfalls in Box 1 Platz finden müssen: Pre-charge Unit und Trennschalter-Einheit. Aus praktischen Gründen (wir kommen leichter dran) und weil wir für ein- und ausgehende Kabel Platz brauchen, werden beide Komponenten nicht direkt am Boden der Box befestigt, sondern etwa vier Zentimeter erhöht.

aus der Leaf-Antriebsbatterie (Abb. 17). Mit dem Winkelschleifer trennen wir das Stück so ab, dass wir es mit drei M6er Schrauben an der Box-Wand befestigen können. Für die übrigen Bohrungen der Anschlüsse in der Box-Wand (Durchmesser zwischen 16 und 32 mm) empfehlen wir Lochsägen.

Für die Trennschalter-Einheit nutzen wir dazu zwei Kabelhalter aus der Leaf-Antriebsbatterie, die ihre ursprüngliche Funktion verloren haben. Sie können mit Multitool und Bohrer schnell passend gemacht werden. Zur Befestigung verwenden wir M6er Schrauben, die wir noch von der Leaf-Demontage haben (Abb. 12).

Für die Pre-charge Unit (Abb. 13) eignen sich beispielsweise zwei Gummipuffer (50 mm Durchmesser, 40 mm Höhe) mit M10er Gewinde und entsprechende Schrauben (Länge 35 mm) (Abb. 14).

Abb. 15: Die Anschlüsse an der Vorderseite von Batteriebox 1 (Maße, S. 157).

Abb. 12

Ein- und Ausgänge der Kabel bestimmen und bohren Zwölf Module, BMS, Pre-charge Unit und Trennschalter-Einheit machen Box 1 zu einem zentralen Punkt im elektrischen System des Fahrzeugs. Das zeigt sich an den Anschlüssen. Es sind sechs an der Zahl (Abb. 15).

Vom Pluspol der 12-Modul-Einheit führt ein HV-Kabel an einen Anschluss des Relais der Pre-charge Unit. An dem anderen Anschluss wird später das HV-Kabel angeschlossen, das zur Junction Box im Motorraum führt (1. HV-Ausgang). Ein weiteres HV-Kabel verbindet den Minuspol der 12-Modul-Einheit mit der Trennschalter-Einheit, von der das HV-Kabel zur Box 2 abgeht (2. HV-Ausgang).

Abb. 13

Da sich das BMS in Box 1 befindet, muss auch die originale BMS-Verkabelung (Abb. 16) aus der Leaf-Antriebsbatterie in Box 1 untergebracht werden. Es wird mit dem Batterie-Steuerkabel verbunden (1. BMS-Ausgang). Zudem werden zwei BMS-Kabel aus Box 2 (2. und 3. BMS-Ausgang) und ein BMS-Kabel aus Box 3 (4. BMS-Ausgang) angeschlossen.

Die sechs Anschlüsse befinden sich an der Vorderseite von Box 1, d.h. in Richtung des Fahrgastraums. Wir schlagen vor, die Anschlüsse ausgehend von der Mitte der Vorderseite von Box 1 anzuordnen. Für die beiden HV- und drei der BMS-Anschlüsse können wir Kabelverschraubungen nutzen. Für den Anschluss des Batterie-Steuerkabels benötigen wir jedoch (wegen der Einsteck-Mechanik) einen Teil der Original-Anschlusseinheit

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Abb. 16: Das originale BMS-Kabel aus der Leaf-Antriebsbatterie wird weiter verwendet und wie bisher angeschlossen – bis auf zwei Prüfleitungen (Interlock für HV-Stecker), die nicht mehr erforderlich sind.

KEINE KOMPROMISSE BEI DER SICHERHEIT

Abb. 17: Den rechten Teil der Original-Anschlusseinheit benötigen wir zum Anschluss des BMS-Hauptkabels.

!

Für die kurzen Distanzen von der 12-Modul-Einheit zur Pre-charge Unit und zum Trennschalter wollten wir im Sinne der Zweitverwertung zunächst ein HV-Kabel aus der Leaf-Antriebsbatterie teilen und wieder nutzen. Dazu haben wir es mit einer entsprechenden Kabelschere in zwei Hälften (Länge jeweils 32,5 cm) geteilt, an den Schnittstellen abisoliert und Kabelschuhe (35 mm2) aufgecrimpt. Soweit so gut. Allerdings mussten wir feststellen, dass unsere Zange nicht wirklich sauber gecrimpt hat.

Unserer Einschätzung nach ist es mit einer „handelsüblichen“ Handcrimpzange nicht möglich, Kabel mit einem Querschnitt von 35 mm2 absolut sicher zu crimpen. Es fehlt einfach der nötige Druck (und vielleicht lässt auch die Qualität der Backen der Zange zu wünschen übrig). Aus diesem Grund haben wir diese Kabel – und übrigens auch alle anderen HV-Kabel – vom Elektrofachbetrieb unseres Vertrauens (siehe S. 149) fertigen lassen.

Abb. 14

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So geht’s – 1.2 Mit Modulen bestücken

Boxen 2 und 3: Deck- und Halteplatten bearbeiten In der Leaf-Antriebsbatterie liegen (im LH Front Stack und im RH Front Stack) jeweils vier Module nebeneinander (2x2 Module + 2x1 Modul = 6 Module). Unsere Batterieboxen erlauben aber nur drei Module nebeneinander (3x2 Module = 6 Module).

gleiten lassen. Dazu die Box neben das Rollbrett legen und das Rollbrett Schritt für Schritt anheben. Wenn man zu zweit ist, lässt sie sich auch anheben und einsetzen.

Die Module sind über Halteplatten am Boden der Leaf-Antriebsbatterie befestigt. Sie enthalten die Gewinde für die 150 mm langen M6er Flanschschrauben mit Schaft, mit denen die Module fixiert werden. Das bedeutet: Wir benötigen diese Platten auch in unseren Batterieboxen.

Mit Schrauben, die wir noch aus der Demontage des Leaf-Spenderfahrzeugs haben, und Abstandshaltern (Höhe 20 mm, 10er Bohrung; Hartkunststoff) können wir später – wenn wir Box 2 und 3 für den endgültigen Einbau vorbereiten – die Modulpakete befestigen (Abb. 20).

Abb. 18: Die Befestigungsplatten für die Module müssen angepasst werden, damit sie in die Batterieboxen 2 und 3 passen. Im Bild die Platte für Box 2, die rechts gekürzt werden muss. Zudem müssen der obere und untere Rand abgeflext werden.

Wenn die Deck- und Halteplatten vorbereitet sind, die Halteplatten auf eines der Rollbretter legen, die Module entsprechend positionieren und die Deckplatten auflegen. Dann die 150 mm Flanschschrauben durch die Öffnungen führen und anziehen. Bitte beachten: Es fehlen pro Stack vier dieser Schrauben, denn im Leaf liegen zwei der sechs Module nebeneinander, d.h. die entsprechenden Befestigungsschrauben sind kürzer und passen nicht, wenn wir die Module in unserer Box nun übereinander legen.

Abb. 20: Die Module in den Boxen 2 und 3 werden über die Öffnungen in den Deckplatten mit der Box verschraubt.

Zellverbinder anpassen und montieren Die Positionsänderung je eines Moduls in Box 2 und 3 hat zur Folge, dass wir das Zellverbinder-Arrangement anpassen müssen – und zwar unter zwei Gesichtspunkten:

Also: Bitte acht dieser Schrauben besorgen!Beim Anordnen der Module bitte die Reihenfolge aus dem Leaf beachten.

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Während wir die 12-Modul-Einheit aus dem Leaf ohne Änderungen in die Box 1 übertragen konnten, klappt das bei den Modulen für die Boxen 2 und 3 nicht: Ein Modul verändert jeweils seine Position (Abb. 21).

Am Beispiel der Module für Box 2 wandert (von vorne mit Blick auf die Anschlüsse betrachtet) ein Modul von links unten – siehe die leere Stelle auf der Befestigungplatte ganz links in Abb. 21 – eine Position weiter nach rechts. Die Position in Box 2 lautet: links oben; alle anderen Module behalten die Position, die sie schon im Leaf hatten; das selbe gilt für Box 3. Dort bewegt sich ein Modul von ganz rechts eine Position nach links; die Endposition lautet dann rechts oben.

Module mit Deck- und Halteplatten verschrauben

Sind Halteplatte, Module und Deckplatte miteinander verbunden, werden sie für den nächsten Arbeitsschritt testweise in die Batteriebox eingelassen. Wenn die Moduleinheit auf einem Rollbrett liegt, kann man sie mit etwas Geschick in die Box

Beides ist etwas „tricky“. Deshalb richten wir uns einen Schreibtischplatz ein, um im Sitzen bei gutem Licht arbeiten zu können. Wichtig sind ein Teppichmesser mit scharfer Klinge, ein 30 cm Lineal und eine ruhige Hand.

Okay, die Moduleinheit sitzt in der Box. Dann beschäftigen wir uns jetzt mit der Befestigung in der Box mit Hilfe der beiden M10er Löcher in den Deckplatten. Gegenüber diesen Löchern bitte zwei Bohrungen anzeichnen, die Module aus der Box herausnehmen und mit einem 10er Metallbohrer die beiden Löcher bohren.

Doch damit sie passen, müssen oben und unten die Ränder sowie ein Modulplatz abgeflext werden. Auch hier ist ein leistungsfähiger Winkelschleifer mit einem 180 mm-Blatt von Vorteil, denn es muss einiges an Strecke zurückgelegt werden (bitte auch die beiden Gewinde, die mit der Platte verschweißt sind, abflexen, da sie nicht benötigt werden und ggf. stören) (Abb. 18).

Als Gegenstück zur Platte am Boden der Leaf-Antriebsbatterie sind auf der Oberseite der Module zwei weitere Platten. Diese Deckplatten haben je Modul vier Löcher (Durchmesser 10 mm).

Eine der Platten wird komplett verwendet, die zweite muss geteilt werden (Abb. 19).

Eine weitere Alternative ist natürlich, die Einheit (Gewicht ca.

64 kg) mit dem Motorkran anzuheben. Dabei aber bitte aufpassen: Die Halteplatte fixiert zwar die Module. Sie ist aber nicht dafür gedacht, das gesamte Gewicht der Einheit frei zu tragen.

Deshalb Vorsicht: Beim Anheben wird sie sich verbiegen. Daher bitte vor dem Anheben mit einem Gummistück die Lücke zwischen der geteilten Deckplatte schließen.

Abb. 19: Eine der Abdeckplatten auf der Oberseite der Module muss in der Mitte geteilt werden (im Bild ist die Platte des LH Front Stacks zu sehen, d.h. für Batteriebox 2). Wir benötigen die rechte Seite der Platte.

Zudem muss der untere Rand „plan“ sein, d.h. die Aussparung mit dem Loch (im Bild unten) muss bei beiden Platten abgeflext werden.

ie Kunststoff-Isolierung der Zellverbinder muss zwischen den D nebeneinander liegenden Einzelmodulen durchtrennt werden; dann müssen die Zellverbinder übereinander platziert werden Zwei Zellverbinder gilt es umbauen, damit sie zur neuen Anordnung passen.

Abb. 21: Modul-Wanderung um eine Position von links unten nach rechts oben – noch in der Box der Leaf-Antriebsbatterie. Aber in dieser Anordnung werden die Module in Box 2 übernommen.

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So geht’s – 1.2 Mit Modulen bestücken

Notizen Abbildung 22 zeigt den ursprünglichen Aufbau der Zellverbinder für die beiden Einzelmodule im LH Front Stack. Die Kunststoff-Brücke zwischen den beiden Modulen ist bereits durchtrennt; auf Abbildung 23 ist die neue Position des bisher linken Zellverbinders zu sehen: er sitzt jetzt über dem anderen Zellverbinder.

Achtung: Die Schutzkappe für den Plus-Pol in Box 2 direkt neben dem Bügelzellverbinder stört etwas. Deshalb muss auch hier die Kunststoff-Isolation circa einen Zentimeter beschnitten werden.

Nachdem die beiden Baustellen der Zellverbinder geschlossen

sind, können wir mit der Verschraubung der Zellverbinder beginnen. Wichtig dabei, in Box 2 das weiße BMS-Kabel mit dem unteren Spannungssensor des Moduls oben links zu verbinden.

Abb. 22

Abb. 25: Der ehemals ca. 50 cm lange Zellverbinder in seiner neuen abgewinkelten Form. Er ist mit drei 4er Rundkopfinbus-Schrauben (Länge 9 mm) und Muttern verbunden.

Abb. 23

Abb. 26: Der Zellverbinder mit der ebenfalls zurecht geschnittenen Kunststoff-Isolierung wie er auf den Modulen positioniert ist.

Abb. 24

Abb. 27

Dazu muss am unteren Zellverbinder Kunststoff abgenommen werden. Sonst entspricht die Anordnung der beiden Zellverbinder nicht dem Abstand zwischen dem unteren und oberen Modul. Kunststoff muss auch deshalb zurückgeschnitten werden, damit die BMS-Kabel sauber umverlegt werden können.

Zellverbinder-Teilung Durch die Positionsverschiebung je eines Moduls in den Boxen 2 und 3 muss auch einer der Kupferstreifen umgebaut werden. Der ursprünglich etwa 50 cm lange Zellverbinder (Abb. 24) wird verkürzt und in abgewinkelter Form verlegt.

Dazu zunächst einmal die orange Kunststoffisolierung vorsichtig mit einem schmalen Schraubendreher ausklinken und den Kupferstreifen herausnehmen.

Den Kupferstreifen haben wir in die Maße 21 cm, 9,5 cm und 9,5 cm geteilt. An den Enden der Teilstücke bohren wir M6er Löcher, die wir probeweise verschrauben, um zu prüfen, ob die Maße tatsächlich passen. Dann teilen wir auch die Kunststoff-Isolierung mit dem Teppichmesser. Dabei sorgen wir dafür, dass alle drei Teilstücke jeweils einen Clip haben, um die Vorder- und Rückseite der Isolierung miteinander verbinden zu können.

An den Stellen, an denen sich die Kupferstücke überlappen, schneiden wir den Einfassrand der Kunststoff-Isolierung ab.

Dann passen Vorder- und Rückseite der Isolierung auch wieder gut zusammen. Diese, kleinteiligen zum Teil diffizile Arbeiten erinnern ein wenig an die Modellbau-Projekte der Jugendzeit.

Biegearbeit Beim zweiten (kurzen) Zellverbinder ist Biegearbeit (z.B. in einem Schraubstock) gefragt. Wir benötigen einen klassischen Bügel (Abb. 26) und können dazu den ursprünglichen Zellverbinder verwenden. Die neuen Maße sind schnell ermittelt: Auflagefläche zur Befestigung 15 mm, Höhe 18-20 mm, Bügellänge 83 mm. Und auch hier können wir Teile der Kunststoff-Isolierung zurechtschneiden und nutzen. Wenn kein Clip mehr vorhanden ist, einfach mit orangem Klebeband umwickeln. Übrigens: Der kurze Zellverbinder wird nach dem langen Zellverbinder montiert. Denn er läuft über ihn hinweg (Abb. 27).

52

53

So geht’s – 1.3 Halterungen und Einbau

Fester Sitz Nachdem Größe und Position unserer Batterieboxen feststehen und wir wissen, wie wir sie mit Modulen bestücken können, stellt sich eine letzte Frage: Wie befestigen wir die Batterieboxen an ihrem jeweiligen Platz?

Box 1 Vergleichsweise einfach ist das im Falle von Box 1. Sie verfügt links und rechts über 60 mm breite Auflageflächen, die nur noch an die Platzverhältnisse angepasst werden müssen (Abb. 28). Dann bohren wir links und rechts jeweils drei Löcher (12 mm) von oben durch den Fahrzeugrahmen (Abb. 29), setzen die Box wieder ein und Zeichen von unten die Positionen der Bohrungen in die Auflagefläche der Box ein.

Die Löcher sind ebenso schnell gebohrt wie verschraubt (Abb. 30 und 31). Später kleiden wir die Seiten, an denen die Box vorne und hinten anliegt, mit Karosseriekleber bzw.

Abdichtmasse aus, damit kein Wasser in den Kofferraum bzw. in den Rest der Reserveradmulde dringen kann (Abb. 30, links).

Als zusätzliche Stütze für Box 1 montieren wir einen Halter aus Flacheisen (Maße, S. 163). Er umschließt Box 1 von unten bzw. außen und wird mit dem Rahmen an zwei vorhandenen Gewinden verschraubt (M10) (Abb. 30).

WERKZEUG Bohrmaschine Metallbohrer 8 mm, 10 mm Lochsägen 16 mm, 20 mm, 32 mm

Abb. 29

Abb. 31

Motorkran einschließlich Ketten und Haken Nietmutternzange Wagenheber

MATERIAL Befestigung Box 1: Sechskantschrauben 6 × M10 × 40 mm 2 × M10 × 40 mm Flacheisen-Halter (4 mm) (Maße, S. 163) Befestigung Box 2: Sechskantschrauben 1 × M8 × 40 mm für vorhandenes Gewinde 1 × M10 × 40 mm für vorhandene Bohrung 2 × M8 × 35 mm für Unterboden Befestigung Box 3: Gewindenieten 3 × M10 Flacheisen (3 mm) 35 mm × 195 mm Winkeleisen (2 mm) 55 mm × 70 mm × 70 mm (2 Stück) Inbus-Senkkopfschrauben: 2 × M8 × 40 mm für Box-Boden 3 × M8 × 80 mm für Box-Seitenwand Abstandshalter (Kunststoff): 3 × 10 bis 30 mm (zwischen Karosserie und Box-Seitenwand)

Abb. 28

54

Abb. 30

Kabelverschraubungen Boxen: 16 mm, 20 mm, 32 mm

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So geht’s – 1.3 Halterungen und Einbau

Box 2 Bei Box 2 müssen wir schon etwas intensiver nachdenken, planen und messen, um eine Halterung zu schaffen, die den Anforderungen gerecht wird. Wir können zwar links und rechts neben den Schwellern je eine vorhandene Bohrung bzw. ein Gewinde zur Befestigung nutzen. Allerdings liegen sich diese Punkte leicht versetzt gegenüber, und sie sind auch nicht auf derselben Höhe. Zudem benötigen wir nach vorne Richtung Motorraum zwei weitere Befestigungen im Unterboden, um die Box sicher zu fixieren. Und schließlich müssen wir die Box direkt mit der Halterung verbinden. Ansonsten würde sie immer ein gewisses „Spiel“ haben und scheuern, was wir auf jeden Fall vermeiden müssen.

Die Abmessungen der Halterung bestimmen wir, nachdem wir die leere Box in ihre Position vor der Hinterachse gebracht und fixiert haben, z. B. mit Hartschaumstoff. Es entsteht letztlich eine asymmetrische Konstruktion (Abb. 32), die wir bei unserem Schlosser herstellen lassen.

Liegt die Halterung vor, müssen Box und Halterung in ihre Soll-Position gebracht werden. Denn erst dann können wir die Bohrungen in der Box für das Verschrauben mit der Halterung korrekt anzeichnen. Dazu legen wir die leere Box mit Deckel in

die Halterung und schrauben die Einheit links und rechts am vorhandenen Gewinde bzw. in der Bohrung fest. Zudem stützen wir die hinteren Träger der Halterung soweit ab, dass die Löcher für die Befestigung am Unterboden eingezeichnet werden können. Box und Halterung wieder lösen; vier M10er Löcher in die Box bohren und Träger verschrauben (Abb. 33).

Bei den beiden Löchern im Unterboden müssen wir etwas improvisieren. Ohne Hebebühne können wir das Fahrzeug nicht hoch genug anheben, um von unten mit einer normalen Bohrmaschine zu arbeiten. Deshalb bohren wir mit einem Mini-Akkuschrauber zwei 3 mm Löcher von unten (der Unterboden ist erstaunlich dünn und leicht zu bohren), die wir dann vom Innenraum aus auf acht Millimeter aufbohren (Abb. 34).

Sobald Halterung und Box miteinander verschraubt sind, können wir die Module in die Box einfügen. Dazu fixieren wir die sperrige Einheit aus Box und Halterung so, dass sich die Modul-Einheit mit Hilfe des Motorkrans einsetzen lässt. Zuvor legen wir die orange Kunststoff-Isolierung ein. Und vor dem Anheben der Module klemmen wir ein Gummistück zwischen Modulplatz eins und zwei/drei, damit das auf den Modulen verschraubte Halteblech sich nicht durchbiegt.

Jetzt wird es Zeit, die Kabelausgänge im Deckel einzuzeichnen und mit unseren Lochsägen zu bohren: 2 × 32 mm für die HV-Kabel, 1 × 20 mm für das 25 Positionen-Kabel und 1 × 16 mm für das vier Positionen-Kabel. Dabei müssen wir berücksichtigen, dass speziell die HV-Kabel aufgrund ihres begrenzten Biegegrads etwas Vorlauf benötigen, bis sie aus der Box herausgeführt werden können (Abb. 35).

Abbildung 35 zeigt zudem, dass wir den Deckel-Innenrand zur Abdichtung mit Moosgummi ausgekleidet haben. Und wer genau hinsieht, erkennt zwei mit Gummis geschlossene Fehlbohrungen unter den aktuellen Ausgängen der HV-Kabel.

Wir hatten vergessen, dass die Kabel über die Hinterachse geführt werden müssen (Abb. 36). Das geht nur, wenn die Ausgänge am oberen Rand der Box platziert sind und nicht unten.

führen das andere Ende des Kabels durch den Deckel. Dabei bitte an die Kabelverschraubungen auf beiden Seiten des Deckels denken. Ganz ähnlich gehen wir bei den HV-Kabeln vor.

Wir schließen sie mit Tellerfeder-Muttern an Plus- und Minuspolm an und führen sie ebenfalls durch den Deckel, einschließlich Kabelverschraubungen, aus der Box heraus.

Alles in allem bringen Box 2 und ihre Halterung rund 65 Kilogramm auf die Waage. Zur Befestigung dieser Einheit wäre es von Vorteil, zu zweit zu sein und das Fahrzeug auf einer Hebebühne anheben zu können. Ansonsten erfordert es einiges Geschick, Box und Halterung hoch zu hieven und zu verschrauben. Udo musste es alleine machen und hat sich in seiner Garage wie folgt beholfen:

Wir nehmen unsere zuvor gefertigten BMS-Kabel, die bisher nur in Richtung Box 2 einen Stecker haben, stecken sie ein und

Flacheisen: 6 mm Bohrungen: 11 mm 40

40

20

20

205

180 40

15

130

180

Abb. 35

Abb. 34

Abb. 36

35

35

60

Abb. 33

210 200 15 40

200

730

Abb. 32: Batteriebox 2 Halterung.

56

130

65

57

So geht’s – 1.3 Halterungen und Einbau

Einbau Box 2 Fahrzeug so weit anheben und auf Unterstellböcken fixieren, dass Box 2 auf ein Rollbrett gelegt und untergeschoben werden kann.

Links und rechts je einen Wagenheber unter dem Endstück der Halterung positionieren und Schritt für Schritt anheben; dabei die hinteren Träger der Halterung am Boden abstützen.

Die Box muss leicht schräg angehoben werden, weil nur so die Kabelverschraubungen, die aus dem Deckel ragen, über die Hinterachse gehoben werden können.

Abb. 37: Abb. 40

Liegt die Box am Unterboden an, die Halterung links und rechts über das vorhandene Gewinde bzw. die Bohrung befestigen sowie über zwei M8er Schrauben (aus dem Leaf-Fundus) zusätzlich am Unterboden fixieren – mit Scheibe, da das Bodenblech ziemlich dünn ist.

Einbau Box 3 Die leere Box auf die Flach- bzw. Winkeleisen aufsetzen, Schrauben einführen, aber zunächst nur locker anziehen.

Die Box über die Gewindenieten mit der Karosserie verbinden (Inbus-Senkkopfschrauben M8 × 80 mm). Dazu zwischen Box-Wand und Karosserie Abstandshalter einfügen, da die Box nicht plan am Rahmen anliegt. Wir verwenden dazu Teile aus unserem Fundus.

Box 3 Box 3 wird über Flach- bzw. Winkeleisen aus dem Baumarkt sowohl hinten in Richtung Spritzwand als auch vorne auf dem Rahmen befestigt (Abb. 37 und 38). Beim Maßnehmen müssen wir darauf achten, die Position der Box so zu definieren, dass sie nicht zu nah an der Spritzwand ist. Denn sonst lassen sich die Module nicht mit dem Motorkran in die Box ablassen (es sei denn, man hat kein Problem damit, die Motorhaube komplett abzubauen).

Modul-Einheit aufgehängt ist, nach dem Absenken auch wieder herausnehmen lassen. Denn zwischen Box-Wand und Haken ist sehr wenig Platz.

Und schließlich die Modul-Einheit über die Halteplatten und Abstandshalter an der Boxwand mit M10er Schrauben fixieren (Abb. 20, S. 51).

Abb. 38:

Die Modul-Einheit mit dem Motorkran anheben und in die Box ablassen. Zuvor prüfen wir, ob sich die Haken, an denen die

Dann fehlt nur noch der Deckel von Box 3. Wir benötigen Öffnungen für das HV-Kabel von Box 2, das HV-Kabel zum Wechselrichter und für das BMS-Kabel von Box 1. Beim Bestimmen der Bohrungen bitte beachten, dass die beiden HV-Kabel wegen des begrenzten Biegegrads nicht direkt vom Anschluss nach oben geführt werden können (Abb. 42).

Abb. 39:

Abb. 41

Abb. 42

Ist die Box fixiert, Box-Boden und -Innenwände mit orangen Kunststoff-Platten auskleiden (Abb. 41).

Zur Befestigung von Box 3 auf den Flach- bzw. Winkeleisen bohren wir in den Box-Boden zwei M8er-Löcher und senken die Bohrungen für zwei Inbus-Senkkopfschrauben (M8 × 40 mm) ein (Abb. 39).

Zusätzlich bohren wir drei M8er-Löcher in die linke Seitenwand von Box 3 (Maße, S. 161) und drei entsprechende M10er Löcher in die Karosserie. Denn dort wird Box 3 zusätzlich fixiert. In die Bohrungen in der Karosserie pressen wir mit der Nietmutternzange drei M10er Gewindenieten ein (Abb. 40). Dazu sollte der Motorraum noch völlig leer sein, denn das Nieten mit einer herkömmlichen Zange erfordert viel Platz, um den erforderlichen Druck ausüben zu können.

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So geht‘s / Antriebseinheit

So geht’s – Kapitel 2:

Antriebseinheit 2.1 Antriebswelle fixieren

62

2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen 64

60

2.3 Wechselrichter fit machen

76

2.4 DC/DC-Wandler, Junction Box, Ladegerät

80

61

So geht’s – 2.1 Antriebswelle fixieren

Neuer Stabilisator Der Einbau der Antriebseinheit setzt voraus, dass die Antriebswelle stabil befestigt ist. Als Ankerpunkt diente bisher der Verbrennungsmotor.

Da er jetzt fehlt, benötigen wir eine neue Lösung.

Aus pragmatischen Gründen (weil es weniger Aufwand war), hat die Kfz-Werkstatt Verbrennungsmotor und Getriebe zunächst als Einheit ausgebaut. Dann erst wurde das Getriebe vom Motor getrennt und wieder eingesetzt, einschließlich des Teilstücks der Antriebswelle auf der Fahrerseite.

Auf der Beifahrerseite besteht die Antriebswelle aus einem Teilstück, das zum Rad führt, sowie aus einem Gelenk mit Manschette und einem frei laufenden Ring (Abb. 1). Bei unserem Volvo 850 war die Antriebswelle über eine zweiteilige Klammer, die den frei laufenden Ring umschließt, auf der Rückseite des Motors befestigt (Abb. 2).

Die zweiteilige Klammer haben wir nicht mit dem Motor entsorgt, sondern behalten. Da der Verbrennungsmotor nun als Fixpunkt fehlt, brauchen wir eine Idee, woran wir die Klammer festmachen.

Die Antriebswellen-Klammer und natürlich auch unsere Halterung weisen drei Bohrungen auf: Im oberen Loch sitzt eine M8er Schraube (30 mm), in den beiden anderen Löchern darunter werden M10er Schrauben (35 mm) verwendet.

Abb. 2: Verbrennungsmotor und Getriebe nach dem Ausbau. Die Klammer für die Antriebswelle ist rechts unten zu sehen.

Zudem fixieren wir unsere Halterung links an der originalen Volvo-Motorhalterung mit einer M10er Schraube (70 mm).

Rechts wird die Konstruktion am E-Motor mit einer original Leaf-Schraube angeschraubt (M12 × 160 mm) (Abb. 5). Das bedeutet: Wie im Originalzustand ist die Achse gummigelagert befestigt: Zum einen über die Volvo-Motorhalterung, zum anderen über den Elektromotor.

WERKZEUG Steckschlüssel 12 mm, 13 mm, 14 mm, 17 mm, 19 mm Bohrmaschine Metallbohrer 8 mm und 10 mm

Für die Antriebswellen-Halterung (Maße, S. 163) gilt: Die Abmessungen lassen sich nicht eins zu eins auf ein anderes Volvo 850-Projekt oder gar auf die erste Generation des V70 übertragen. Das heißt: Bitte auf jeden Fall am tatsächlichen Objekt nachmessen.

Die Lösung: eine Flacheisen-Konstruktion, die sowohl rechts am Elektromotor als auch links an der ursprünglichen Motorhalterung des Volvo 850 befestigt wird. Um die Maße dieser Flacheisen-Halterung zu bestimmen, sorgen wir im ersten Schritt dafür, dass die Antriebswelle richtig in der Getriebeöffnung eingerastet und im Rad fixiert ist. Die Welle muss zudem in Waage liegen. Dazu stützen wir das Gelenk am Rahmen entsprechend ab.

Abb. 5

MATERIAL Abb. 3

Volvo Antriebswellen-Klammer zweiteilig, mit Schrauben, Teilenummer 914 3465 Schrauben Klammer: 1 × M8 × 30 mm, 2 × M10 × 35 mm Volvo-Motorhalterung links 1 × M10 × 70 mm

Vom Provisorium zur Lösung Aus verschiedenen Flacheisen-Reststücken (40 mm breit, 4 mm stark) setzen wir provisorisch eine Halterung zusammen, verschrauben sie mit der Klammer und markieren die Kontaktstellen mit Kreide (Abb. 3). Dieses Konstrukt lassen wir schweißen. Dann wird das Teil imprägniert, schwarz lackiert und schließlich testweise mit der Klammer verschraubt (Abb. 4).

E-Motor 1 × M12 × 160 mm (aus Leaf) Flacheisen 40 mm breit, 4 mm dick, ggf. Reststücke Kreide Abb. 1: Die Antriebswelle auf der Beifahrerseite. Vorne rechts der Freilaufring.

62

Abb. 4

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

WERKZEUG

Präzisionsarbeit

Gabelschlüssel 16 mm, 17 mm Inbusschlüssel 6 mm

Wer einen Verbrenner auf Elektro umbaut, ist an vielen Stellen gefordert. Mechanisch am anspruchsvollsten dürfte dabei das Verbinden des Elektromotors mit dem vorhandenen Schaltgetriebe sein. Diese Einheit bildet die neue Herzkammer des Fahrzeugs.

Stichsäge Zum Aussägen der Sperrholzplatte Holzbohrer 10 mm Lochsäge 20 mm für das Nabenloch

E-Motor

Wenn wir vom Verbinden des E-Motors mit dem Getriebe sprechen, sind zwei Themenkomplexe gemeint – zum einen das Zusammenfügen der beiden Komponenten mit Hilfe von Adapterplatten und Abstandsringen, zum anderen die eigentliche Verbindung der Naben von E-Motor und Getriebe über die Nabenkupplung (Abb. 6).

Adapterplatte

MATERIAL (E-MOTOR/GETRIEBE-VERBINDUNG) Rotex GS38 Kupplung Abstandsringe

Beginnen wir mit den Adapterplatten und Abstandsringen. Wir empfehlen Aluminium mit einer Stärke von acht Millimetern, da diese Materialdicke einerseits robust genug ist und sich andererseits präzise lasern lässt. Würde das Aluminium dicker sein, nähme die Präzision ab, und Präzision ist bei diesen Teilen sehr wichtig.

Nabenaufsätze aus Volvo-Kupplungsscheibe und Leaf-Getriebe

E-Motor-Adapterplatte Aluminium, 8 mm

Kuppler

Das Thema Lasern ist bereits ein Hinweis darauf, dass wir für die Arbeiten in diesem Kapitel auf die Unterstützung von externen Experten angewiesen sind. Denn selbst ein handwerklich versierter und überdurchschnittlich gut ausgestatteter Schrauber dürfte hier überfordert sein. Der Grund: Für die Herstellung der Adapterplatten, Abstandsringe und später auch der Nabenkupplung sind Dreh- und computergesteuerte Maschinen erforderlich.

Getriebe-Adapterplatte Aluminium, 8 mm

Adapterplatte

Abstandsringe Aluminium, 8 mm, Außendurchmesser: 220 mm, Innendurchmesser 150 mm Getriebe

Letztere benötigen Daten, damit sie wissen, was sie tun sollen.

Die Aufbereitung dieser Daten hat Philip übernommen. Auf Basis seiner Vorkenntnisse und Erfahrungen aus eigenen Projekten hat er die Produktionsdaten für die Adapterplatten und Abstandsringe erstellt.

Schrauben: • 6 × M10 × 75 mm Leaf-Schrauben zur Befestigung der Adapterplatte am E-Motor • 4 × M10 × 80 mm Innensechskant-Senkkopf-Schrauben mit Schaft zur Verschraubung von E-Motor- und Getriebeadapterplatte mit den Abstandsringen • 14 × M10 × 40-60 mm zur Befestigung der Adapterplatte am Getriebe

Abb. 6

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Sperrholzplatte 5 mm, 500 × 500 mm

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

Getriebe-Adapterplatte Um Produktionsdaten generieren zu können, sind genau gearbeitete Schablonen erforderlich, zum Beispiel aus Sperrholz. Wie wir die Schablone für die Getriebe-Adapterplatte (Abb. 7) hergestellt haben, lässt sich in sechs Schritten skizzieren.

1. Das ausgebaute Getriebe mit der flachen Seite auf einen Bogen Transparentpapier legen.

2. Den Umriss des Getriebes sowie die durchgehenden Bohrungen auf das Transparentpapier übertragen.

3. Transparentpapier ausschneiden (Umriss und Bohrungen).

4. Transparentpapier auf dem Getriebe fixieren, die noch fehlenden Bohrungen sowie die Nabenposition einzeichnen.

5. Transparentpapier auf einer Sperrholzplatte befestigen und Umriss, Bohrungen und Nabenposition übertragen.

6. Sperrholzplatte aussägen und Löcher bohren.

Die Sperrholzplatte bildet die Blaupause für die Herstellung der Adapterplatte aus Aluminium. Deshalb bitte auf jeden Fall Probe verschrauben, um festzustellen, ob die Schablone auf das Getriebe passt.

Übrigens: Das Volvo-Getriebe verfügt über 14 Befestigungsbohrungen. Unsere Empfehlung lautet, alle diese Bohrungen zu nutzen, damit Getriebe und Getriebe-Adapterplatte „bombenfest“ miteinander verbunden sind.

Ein wichtiger Punkt ist aber noch offen: Für die Verschraubung mit der E-Motor-Platte und den Abstandsringen benötigt die Getriebe-Adapterplatte vier weitere Bohrungen. Diese Bohrungen müssen so platziert werden, dass die Naben von E-Motor und Getriebe in Waage verbunden werden können. Um die Position der Bohrungen bestimmen zu können, hat Udo das Getriebe in seiner ursprünglichen Position eingebaut und mit Hilfe einer Wasserwaage das Lot genau durch die Mitte der Getriebenabe geführt (Abb. 8). Auf dieser Basis konnte Philip in Verbindung mit den Daten der Adapterplatte für den E-Motor – die Position der Löcher bestimmen.

lung der Platte auf Daten zurückgreifen konnten, die Philip bereits bei seiner eigenen Umrüstung mit Leaf-Komponenten erfasst hatte.

Die E-Motor-Adapterplatte wird an sechs Stellen am Motor befestigt (Abb.9) Dazu nutzen wir die Schrauben aus dem Leaf-Spenderfahrzeug (M10 × 75 mm). Und natürlich enthält auch diese Platte vier Löcher für die Verschraubung mit den

Abstandsringen und der Getriebe-Adapterplatte. Bei diesen Schrauben handelt es sich um Innensechskant-Senkkopfschrauben (M10 × 80 mm, bei 6 Abstandsringen). Senkkopf deshalb, weil diese Schrauben bündig mit der Plattenseite abschließen müssen, die dem E-Motor zugewandt ist. Ansonsten lässt sich die Platte nicht befestigen. Wir müssen also die vier Bohrungen in der E-Motor-Adapterplatte entsprechend einsenken (Abb. 10).

E-Motor-Adapterplatte Bei der E-Motor-Adapterplatte wiederholt sich im Grundsatz der Prozess, den wir für die Getriebe-Adapterplatte beschrieben haben. In unserer Volvo-Umrüstung konnten wir uns allerdings diese Arbeitsschritte sparen, da wir für die Herstel-

Abb. 8: Getriebe im Lot.

Abb. 7: Unsere Schablone zur Fertigung der Getriebe-Adapterplatte – eine Sperrholzplatte.

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Abb. 9: E-Motor mit angeschraubter Adapterplatte und Schrauben zur Befestigung von Abstandsringen und Getriebeplatte.

Abb. 10: Die Bohrungen zur Verschraubung der E-Motor-Adapterplatte mit den Abstandsringen werden eingesenkt.

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

Einheit aus Adapterplatten und Abstandsringen Liegen die Adapterplatten für E-Motor und Getriebe sowie die Abstandsringe und Schrauben vor, können wir die Einheit probeweise verschrauben (Abb. 11 und 12). Wie viele Abstandsringe zwischen den Adapterplatten nötig sind, lässt sich wie folgt ermitteln:

Und noch ein Hinweis: Die Schrauben zur Befestigung der E-Motorplatte am Motor einfügen, bevor die Getriebe-Adapterplatte auf die Abstandsringe aufgesetzt und verschraubt wird.

Denn hinterher reicht der Platz nicht aus, um die Schrauben einzuführen, wenn (wie beim Volvo) sechs Abstandsringe zum Einsatz kommen.

1. Kuppler zusammensetzen (zwei Metallteile mit rotem Gummipuffer zwischen den Hälften).

2. Kuppler bis zum Anschlag auf die Getriebe-Nabe schieben.

3. E-Motor gegenüber dem Getriebe im Motorraum provisorisch platzieren. Nabe des E-Motors in den Kuppler einführen – ebenfalls bis zum Anschlag.

Dieses Maß ist das Mindestmaß, das mit dem Adapterplatten und Abstandsringen überbrückt werden muss. Bei unserem Volvo 850 haben wir sechs Ringe verbaut, so dass die Einheit aus Adapterplatten und Abstandsringen ein Außenmaß von 64 mm hat (6 Abstandsringe á 8 mm plus 2 Adapterplatten á 8 mm).

Abb. 11: Die Einheit aus Adapterplatten und Abstandsringen von der E-Motorenseite aus betrachtet.

Abb. 13: Der Nabenkuppler besteht aus drei Teilen: den Nabenaufsätzen für E-Motor und Getriebe sowie einem roten Gummipuffer.

Nabenkuppler Nun zum Nabenkuppler. Er ist die kritischste mechanische Komponente in einem Umbauprojekt. Denn eine zuverlässig arbeitende Verbindung zwischen E-Motor und Getriebe entsteht nur, wenn beide exakt aufeinander ausgerichtet sind. Das bedeutet: Die Ausgangsnabe des E-Motors muss horizontal, vertikal und axial zentriert mit der Eingangsnabe des Schaltgetriebes verbunden werden. Das ist essentiell wichtig, um Schäden an den Lagern von Getriebe und Motor zu vermeiden.

Vom Einsatz anderer vermeintlich passender Aufsätze ist dringend abzuraten. Denn selbst wenn die Zähnezahl die gleiche ist und es so scheint, als würde es passen – das tut es nicht. Nabenprofile und Kenngrößen sind modellspezifisch.

Kommen also andere Aufsätze zum Einsatz, führt das über kurz oder lang zum Ausfall des Kupplers.

Der Nabenkuppler wird aus einer Rotex GS 38 Industrie-Klauenkupplung gefertigt. Die ursprünglich im Volvo enthaltene mechanische Kupplung ist nicht mehr nötig und entfällt. Beide Hälften der Rotex GS 38 werden auf einer Drehbank außen abgedreht, damit sie in Richtung Motor und Getriebe jeweils konisch zulaufen (Abb. 13). Zwischen beide Hälften wird später ein (roter) Gummipuffer eingefügt (Abb. 14).

Abb. 12: Seitenansicht der Einheit aus Adapterplatten und Abstandsringen: links im Bild die E-Motorenseite, rechts die Getriebeseite.

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Entscheidend für einen passgenauen und damit zuverlässig arbeitenden Nabenkuppler ist es, sowohl auf Getriebe- als auch auf Motorseite die Original-Nabenaufsätze zu verwenden.

Sie werden in die Rotex GS 38 eingeschweißt.

Abb. 14: Die Bestandteile des Nabenkupplers.

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

Nabenkuppler auf Getriebeseite

Doppelhochzeit

Für die Getriebeseite bedeutet das: Die Verzahnung der Volvo-Kupplungsscheibe (Abb. 15) wird entfernt und abgedreht.

Zum Einschweißen ist eine Adapterhülse notwendig, da die Öffnung der Rotex GS 38 größer ist als der Umfang der Verzahnung. Die Adapterhülse wird ebenfalls auf der Drehbank hergestellt.

Automobilhersteller sprechen von „Hochzeit“, wenn Fahrwerk, Motor und Getriebe mit der Karosserie verbunden werden. Wir feiern sogar eine Art Doppelhochzeit. Zum einen ist es ein freudiges Ereignis, wenn wir Elektromotor und Getriebe miteinander verbunden haben. Zum anderen ist es ein guter Grund zu feiern, sobald die Einheit im Volvo eingebaut ist.

Auf der Getriebeseite wird schließlich noch ein Anschlag auf die Rotex GS 38 geschweißt. Damit wird ein Verrutschen des Nabenkupplers verhindert (Abb. 16). Diese Hälfte des Nabenkupplers wird später auf die Nabe des Getriebes geschoben. Zuvor bitte daran denken, auf jeden Fall den Kupferschaft im Getriebe (Abb. 17) heraus zu schrauben – ansonsten reibt der Adapter daran, was ebenfalls zum Ausfall des Systems führen würde.

Hochzeit 1: E-Motor und Getriebe Beim Zusammenfügen von E-Motor und Getriebe empfehlen wir folgendes Vorgehen. Dabei sollte man auf jeden Fall zu zweit sein: 1. Einheit aus Adapterplatten und Abstandsringen mit dem Elektromotor verschrauben.

Abb.16: Anschlag Nabenkuppler auf Getriebeseite.

2. Getriebe mit der Öffnung nach oben zum Beispiel auf einer Werkbank platzieren.

3. Nabenkuppler auf die Getriebenabe stecken.

4. E-Motor von oben auf das Getriebe aufsetzen. Dabei die E-Motor-Nabe vorsichtig in den Nabenkuppler einführen.

5. Jetzt sitzen E-Motor und Getriebe exakt aufeinander (Abb. 19).

6. In dieser Position prüfen, ob die Bohrungen der Getriebe-Adapterplatte und die Befestigungslöcher im Getriebe tatsächlich passen. Das heißt: Die Schrauben müssen sich in die Löcher einführen lassen, ohne dass sich die Position von E-Motor und Getriebe auch nur den Bruchteil eines Millimeters ändert.

Abb. 15: Volvo-Kupplungsscheibe: Wichtig ist der Nabenaufsatz in der Mitte.

Abb. 17: Kupferschaft Getriebe.

7. Falls das nicht für jede Schraube möglich ist, müssen einzelne Bohrungen nachgearbeitet werden. Das ist kein Problem, solange es um geringfügige Erweiterungen und um zwei bis drei Bohrungen geht.

Nabenkuppler auf E-Motorenseite

Abb. 19: Getriebe und E-Motor in ungewöhnlicher Position. Der Vorteil: So lassen sich beide Komponenten exakt miteinander verbinden.

Auf der E-Motorenseite ist zwar kein Anschlag erforderlich.

Aber wir benötigen – wie gesagt – den Original-Nabenaufsatz aus dem Getriebe des Leaf-Spenderfahrzeugs (Abb. 18). Diese Verzahnung wird ebenfalls abgedreht, so dass sie in die andere Hälfte der Rotex GS 38 eingeschweißt werden kann. Auch hier wird eine Adapterhülse notwendig sein.

Soweit die Beschreibung des Ablaufs. Unsere Empfehlung: Die Herstellung des Nabenkupplers einem Experten überlassen, der damit Erfahrung hat. In unserer Volvo-Umrüstung hat Philip diese Aufgabe zusammen mit einem Metallbaubetrieb übernommen (S. 149).

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Abb.18: Nabenaufsatz aus dem Leaf-Getriebe.

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

Hochzeit 2: Einheit im Motorraum platzieren

nicht plan ist. Deshalb muss die Höhe der Puffer angepasst werden, damit der E-Motor tatsächlich in Waage aufliegt und fixiert werden kann. In unserem Fall hatten die Gummipuffer am Ende eine Höhe von etwa 10 mm (linkes Flacheisen vorne und hinten) und 20 mm (rechtes Flacheisen vorne) bzw. 25 mm (rechtes Flacheisen hinten).

Zurück zu den Vorbereitungen für den Einbau der E-Motor/ Getriebe-Einheit:

Das hört sich nicht besonders kompliziert an. Allerdings wird die Sache dadurch erschwert, dass die Unterseite des E-Motors

In dieser Phase des Projekts sind solche Arbeiten natürlich nicht praktikabel. Ausgehend von der ursprünglichen Position des Getriebes haben wir daher den E-Motor schon zuvor provisorisch eingebaut und austariert (Abb. 22 und 23). Das ist auch deshalb erforderlich, um die Maße für die Halter bestimmen zu können, die wir darüber hinaus brauchen.

Das Getriebe wird mit seinen ursprünglichen Haltern befestigt und liegt rechts auf einem Gummistopfen auf dem Rahmen auf. An einer Stelle, an der vor dem Umbau ein Motorhalter am Rahmen befestigt war, haben wir vorne zusätzlich ein Winkeleisen auf einem Gummipuffer platziert (Abb. 24). Das sichert die Stabilität des Getriebes.

Abb. 20: Der E-Motor sitzt auf zwei Flacheisen mit Gummipuffern.

Abb. 22: Der E-Motor muss ebenso in Waage sein …

Abb. 21: Die Flacheisen werden aus 4 mm starkem Eisen gefertigt (Maße, S. 165).

Abb. 23: … wie das Getriebe.

Bevor wir die Einheit aus E-Motor und Getriebe mit dem Motorkran in den Motorraum heben können, müssen einige Vorbereitungen getroffen werden.

Zunächst bauen wir zwei Flacheisen mit Gummipuffern ein, auf denen der E-Motor ruhen wird (Abb. 20 und 21). Sie werden vorne und hinten am Achsträger befestigt. Zum Teil können wir dazu vorhandene Bohrungen nutzen. Hinten verwenden wir Sechskantschrauben M10 × 35 mm, vorne M10 × 125 mm.

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Was wir zusätzlich schaffen müssen, ist eine Unterlage auf dem Garagenboden (z.B. aus Hartschaumstoff), um das Getriebe zu stabilisieren, wenn wir die Einheit absetzen.

Abb. 24: Das Getriebe wird am Rahmen vorne nicht nur über die originale Volvo-Drehmomentstütze befestigt, sondern auch über einen Winkel auf einem Gummipuffer.

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So geht’s – 2.2 Elektromotor mit Getriebe verbinden und einbauen

MATERIAL (E-MOTOR/GETRIEBE-HALTER)

Die Motorhalter Während wir beim Getriebe weitgehend auf vorhandene Halter zurückgreifen können, ist beim E-Motor mehr Eigenarbeit nötig.

Zur Spritzwand hin fixieren wir den E-Motor über eine Halter-Konstruktion am Lenkgestänge. Sie besteht aus einer Volvo- und einer Mitsubishi-Halterung sowie aus Rohrschellen und Schrauben (Abb. 25). Der Mitsubishi-Halter (RU-504) wird in ein M8er Gewinde im E-Motors geschraubt. Über den Volvo-Halter (Teilenummer 944 5853) überwinden wir die Distanz zum Lenkgestänge, an dem die Konstruktion mit Rohrschellen festgeschraubt ist (Abb. 26).

noch eine Stabilisierung nach vorne. Die stellen wir mit einem Halter her (Abb. 27), der über drei Schrauben mit dem E-Motor und über zwei Schrauben mit einem Winkeleisen verbunden ist. Das Winkeleisen sitzt auf einem Gummipuffer (Typ B, Höhe 30 mm) und wird von unten durch eine vorhandene Öffnung im Rahmen verschraubt (Abb. 28).

Motorhalter unten: 2 × Flacheisen 4 mm (Maße, S. 155) 2 × Sechskantschrauben M10 × 35 mm (hinten) 2 × Sechskantschrauben M10 × 125 mm (vorne) 4 × Gummipuffer, Typ D, Außengewinde M10, 50 mm Durchmesser, 30 mm Höhe, Stoppmuttern, Scheiben

Motorhalter vorne: Halter (Maße, S. 155), verschraubt mit Leaf-E-Motor-Schrauben Winkel (Maße, S. 156) Gummipuffer, Typ B, Außengewinde M10, 50 mm Durchmesser, 30 mm Höhe Sechskantschraube mit Schaft M10 × 140 mm

Motorhalter hinten: 2 × Motorhalter Volvo (Teilenummer: 944 5853) 2 × 2 Rohrschellen (DIN 3567 A), 1,5 Zoll 2 × Motorhalter RU-504 (aus Mitsubishi) 2 × Sechskantschrauben mit Schaft 140 mm

Halter Getriebe vorne: Winkel (Maße S. 157) 1 × Gummipuffer Typ B, Außen-/Innengewinde M10, 50 mm Durchmesser, 30 mm Höhe

Der E-Motor ist zwar bereits über den Halter der Antriebswelle mit dem Achsträger verbunden. Zusätzlich benötigen wir aber

i UND BEIM AUTOMATIK-GETRIEBE?

Abb. 27: Halter zur Befestigung des E-Motors vorne auf dem Achsträger, (Maße, S. 166).

Abb. 29: Die Befestigung des E-Motors unten, hinten, vorne und seitlich (über den Halter der Antriebswelle).

Abb. 25: Hintere Befestigung des E-Motors, teilweise mit gebrauchten, teilweise mit neuen Komponenten.

Abb. 26: E-Motorhalter in eingebautem Zustand.

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Abb. 28: Gummipuffer, Typ B, von unten mit M10er Sechskantschraube (140 mm) befestigt; das Metallstück unter der Scheibe ist nötig, um die vorhandene Bohrung (Durchmesser 25 mm) nutzen zu können.

Bisher werden fast ausschließlich Fahrzeuge mit Schaltgetriebe auf Elektro umgebaut. Doch in großen Automärkten wie den USA dominieren Automatik-Getriebe. Also, sind auch hierfür Lösungen gefragt. Und die gibt es. Bei einem Heckantrieb eignet sich beispielsweise das Hybridgetriebe aus dem Lexus GS450, bei Frontantrieb die Motor-Getriebeeinheit aus dem Toyota Prius. In beiden Fällen muss natürlich das bisherige Automatik-Getriebe ausgebaut werden. Insgesamt ist der Umbau eines Automatik-Fahrzeugs ähnlich aufwändig wie der eines Schalters. Zwar sind keine Adapterplatten, Abstandsringe und Kuppler erforderlich. Aber die Antriebswellen müssen speziell angefertigt werden. Dafür gibt es Spezialbetriebe, die das übernehmen können. Mehr Informationen zum Umbau von Fahrzeugen mit Automatik-Getrieben am Beispiel eines Audi A2 im YouTube-Kanal von Johannes: Lab Update #68 Audi A2 gets its driveshaft. https://www.youtube.com/watch?v=2tZAd6tv0L4

Abb. 30: Die Befestigung des Getriebes hinten und vorne; links unter dem E-Motor die beiden Flacheisen.

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So geht’s – 2.3 Wechselrichter fit machen

MATERIAL

Stromwandler

Elektrolötzinn

Elektromotor und Getriebe bilden zwar die neue Herzkammer des Volvo 850 electric. Allerdings sind weitere Komponenten erforderlich, damit das Herz auch zuverlässig schlagen kann.

Eine zentrale Schaltstelle der Kommunikation in einem Elektroauto ist der Wechselrichter des E-Motors. Dieser Wechselrichter wandelt den Gleichstrom aus der Antriebsbatterie in Wechselstrom für den E-Motor um und regelt seine Drehzahl.

Damit der Wechselrichter aus dem Leaf diese Aufgabe auch im Volvo erfüllen kann, müssen wir ihm beibringen, mit dem Volvo-Steuergerät zu kommunizieren. Dazu müssen wir ihn öffnen und das originale Control Board (Abb. 29) durch eine bis auf den Stecker fertig bestückte Platine von Johannes austauschen.1

Wechselrichter öffnen Beim Ausbau der Antriebseinheit aus dem Leaf-Spenderfahrzeug haben wir bereits Ladegerät, Wechselrichter und Antriebsmotor voneinander getrennt. Wir nehmen daher nun den Wechselrichter, drehen ihn um und legen ihn so auf den Kopf, dass die hervor stehenden Kupfer-Kontakte nicht beschädigt werden (Abb. 30).

her in den Einbuchtungen (Abb. 31) und hebeln den Deckel an mehreren Stellen an, bis er sich löst.

Platine demontieren Dann ziehen wir die Kabel-Stecker am oberen Rand der Platine (Abb. 32) ab und lösen die Schrauben, mit denen die Platine fixiert ist, mit einem Kreuzschlitz-Schraubendreher. Dabei kommt es darauf an, einen genau passenden Schraubendreher zu verwenden und vorsichtig zu sein. Denn die Schrauben sind mit Schraubensicherung versehen. Dadurch besteht die Gefahr, sie abzudrehen, wenn man zu schnell zu viel Kraft aufwendet.

Schraubensicherung Schrauben 6 × M8 × 30 mm zur Befestigung des Wechselrichters auf dem E-Motor 3 × M8 × 20 mm (schwarz) für Kupferschienen-Verbindung zwischen Wechselrichter und E-Motor 2 × M6 × 20mm für die Abdeckplatte

WERKZEUG Gabelschlüssel, 10 mm

Wir lösen reihum die zwölf Schrauben mit einer 10er Nuss. Da der Deckel verklebt ist, positionieren wir einen Schraubendre-

Schraubendreher Schlitz und Kreuz Entlötpumpe Lötkolben

i VIDEO

Abb. 30

er sich den Ablauf des Platinen-Swaps „live“ anschauen will: W Johannes hat dazu auf seinem YouTube-Kanal ein Video erstellt: Lab Update #20: Leaf Controler Swap https://www.youtube.com/watch?v=T_6hw6vGzfM&feature=youtube

Abb. 29: Der geöffnete Leaf-Wechselrichter mit Blick auf das Control Board 1Hinweis: Inzwischen gibt es auch eine Lösung ohne Tausch der Platine.

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Abb. 31

Abb. 32

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So geht’s – 2.3 Wechselrichter fit machen

Notizen Der knifflige Teil Die Original-Platine wird zwar ersetzt, aber wir benötigen auf jeden Fall den Stecker der Original-Platine, da er auf dem Markt nicht erhältlich ist (Abb. 33). Das bedeutet, der Stecker muss von der Platine gelöst (entlötet) und auf die Platine von Johannes gelötet werden. Dazu verwenden wir eine Entlötpumpe, und nutzen für das Anlöten Elektrolötzin mit einem maximalen Durchmesser von 1,0 mm. Ansonsten wird es schwer, die Drahtkontakte des Steckers sauber, d.h. ohne dass sie sich berühren, zu verlöten.

Abbildung 34 zeigt die Platine von Johannes mit dem Stecker der Original-Platine. Wenn das geschafft ist, einfach wieder die Kabel-Stecker anbringen und die Platine an die Halterung anschrauben. Dabei bringen wir etwas Schraubensicherung auf und passen beim Anziehen auf, nicht zu überdrehen. Jetzt den Deckel aufsetzen und festschrauben.

Abb. 33

Wechselrichter auf Elektromotor montieren Nachdem wir den Wechselrichter für den Einsatz im Volvo vorbereitet haben, können wir ihn auch wieder auf seinen angestammten Platz setzen: Den E-Motor. Beim Aufsetzen achten wir darauf, dass die Kupferschienen sauber in die Öffnung eingeführt werden (Abb. 35).

Dann werden die Kupferschienen mit den drei schwarzen M8er Schrauben an den Kontakten fest- und die Abdeckung aufgeschraubt (Abb. 36). Schließlich führen wir die M8er Schrauben, die Wechselrichter und E-Motor miteinander verbinden, reihum ein und ziehen sie an.

Abb. 35

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Abb. 34

Abb. 36

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So geht’s – 2.4 DC/DC-Wandler, Junction Box und Ladegerät

Turmbau Elektromotor und Getriebe sind verbunden. Den Leaf-Wechselrichter haben wir durch den Platinentausch fit gemacht für den Einsatz im Volvo und bereits mit dem E-Motor verschraubt. Doch der Aufbau der Antriebseinheit geht weiter.

WERKZEUG Gabelschlüssel 10 mm, 13 mm Innensechskant 5 mm Kegelsenker

Während E-Motor und Getriebe das Erdgeschoss der Antriebseinheit bilden, gehört das erste Obergeschoss dem Wechselrichter. Im zweiten Obergeschoss residieren DC/DC-Wandler und Junction Box (J/B). Beide Komponenten werden auf einer Trägerplatte aus Aluminium montiert, die wiederum auf dem Wechselrichter verbunden wird, und zwar mit Rundkopf-Innensechskantschrauben und drei Abstandshaltern. Sie werden auf der linken Seite zwischen Alu-Platte und Wechselrichter untergelegt, weil die Oberfläche des Wechselrichters nicht plan ist (Abb. 37). Diese Ausgleichsfunktion übernimmt auf der rechten Seite die kleine Aluplatte, die über die Wechselrichter-Kontaktschienen gelegt wird (Abb. 40). Über DC/DC-Wandler und J/B thront das Ladegerät (Abb. 38).

Es wird ebenfalls an zwei Stellen mit der Trägerplatte verschraubt. Das erfolgt aber zu einem späteren Zeitpunkt im Projektverlauf. Hier allerdings schon einmal der Hinweis: Bevor das Ladegerät aufgesetzt wird, sollten die Kabel an der Rückseite des DC/DC-Wandler eingesteckt sein – also das 12-Volt-Anschlusskabel, das CAN Bus- und Enable-Kabel (schwarzer Steckverbinder) sowie der J/B-Anschluss (blauer Steckverbinder). Zudem sollte das Erdungskabel angeschraubt sein. Denn sitzt das Ladegerät erst einmal oben drauf, sind J/B und die Rückseite des DC/DC-Wandlers nicht mehr zu erreichen.

Unsere Trägerplatte aus Aluminium muss mit insgesamt 27 Bohrungen den Vergleich mit Schweizer Emmentaler Käse nicht fürchten (Abb. 39 auf S. 82/83). Die Abmessungen der Platte, die Aussparung für die Wechselrichter-Kontaktschienen sowie die Position der Bohrungen für die Befestigung auf dem Wechselrichter sind in einer DXF-Datei gespeichert, die Philip erstellt hat. Sie bildet die Grundlage für die Fertigung der Platte in einem metallverarbeitenden Betrieb. Die übrigen Bohrungen haben wir eingefügt, nachdem die jeweilige Position definiert war.

Lochsägen 16 mm, 20 mm, 32 mm

MATERIAL DC/DC-Wandler Schrauben: 8 × M6 × 35 mm Senkkopf-Innensechskant, 1 × M8 × 25 mm Sechskant für den Masseanschluss

Abb. 37: DC/DC-Wandler (links) und Junction Box sitzen auf einer Trägerplatte aus Aluminium, die mit dem Wechselrichter verschraubt ist (siehe Pfeile) und Nummer 1 auf der Folgeseite).

Junction Box Gummipuffer (Typ B): 4 × M6/18, Durchmesser 25 mm, Höhe 20 mm 2 × M8/20, Durchmesser 30 mm, Höhe 20 mm Schrauben: 4 × M6 × 25 mm, 2 × M8 × 25 mm Senkkopf-Innensechskant Aluplatte an Wechselrichter Schrauben: 5 × M8 × 60 mm Rundkopf-Innensechskant 3 × Abstandshalter, Durchmesser 20 mm, Höhe 10 mm, 8 mm Bohrung Ladegerät an Aluplatte Schrauben: 1 × M8 × 120 mm (hinten links), m1 × M10 × 120 mm (vorne rechts) Senkkopf-Innensechskant Gaspoti Schraube: 1 × M8 × 25 mm Sechskant Kabel-Schelle (mitte rechts) Schraube: 1 × M6 × 25 mm Sechskant

Abb. 38: Das Ladegerät bildet den Abschluss der Antriebseinheit.

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So geht’s – 2.4 DC/DC-Wandler, Junction Box, Ladegerät

Wechselrichter, 9 mm Bohrung, 5 × M8 Schraube Masseanschluss DC/DC-Wandler, 9 mm, 1 × M8 Ladegerät, 9 mm und 11 mm, 1 × M8, 1 × M10 Junction Box, 2 × über WR, links Kabelschelle, 7 mm, 1 × M6

+

Gaspoti, 9 mm, 1 × M8 Masseanschluss Ladegerät, 9 mm, 1 × M8 Junction Box an Aluplatte, 7 mm, 4 × M6, 9 mm, 2 × M8 (Gummipuffer Sicherungen) DC/DC-Wandler an Aluplatte, 7 mm, 8 × M6

+

Fixierungsstifte aus WR, 11 mm, 2 Bohrungen

Abb. 39: Schweizer Käse ist nichts dagegen: Unsere Trägerplatte mit insgesamt 27 Bohrungen.

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So geht’s – 2.4 DC/DC-Wandler, Junction Box und Ladegerät Junction Box Glücklicherweise können wir ein Standard-Maß (175 × 275 × 65 mm) verwenden, so dass die J/B schnell und kostengünstig zu bekommen ist. Doch bis sie sich tatsächlich nutzen lässt, ist noch einiges zu erledigen: Im Boden sind Bohrungen für die Fixierung der Sicherungen (4 × 6 mm, 2 × 8 mm), zur Befestigung auf der Alu-Platte (2 × 8 mm) sowie für den Fixierungsstift an der Wechselrichter-Oberfläche (1 × 8 mm) erforderlich.

Zudem geht es darum, die Öffnungen für folgende Anschlüsse herzustellen:

Vorbereitende Arbeiten Bevor die große Alu-Trägerplatte tatsächlich aufgesetzt werden kann, sind – über die Bohrungen hinaus – weitere vorbereitende Arbeiten erforderlich:

• HV-Kabel von Box 1 an Pluspol Wechselrichter (WR) • DC/DC-Kabel an Plus- und Minuspol WR • HV-Kabel von Box 3 an Minuspol WR • Ladekabel an Plus- und Minuspol WR • HV-Heizung an Plus- und Minuspol WR

Die kleine Abstandsplatte über die Wechselrichter-Kontaktschienen auflegen und den orangen Gummiring einfügen (Abb. 40). Sonst wackelt die große Trägerplatte.

Die Bohrungen zum Verschrauben des DC/DC-Wandlers auf der Unterseite der Aluminiumplatte einsenken (Abb. 41), damit die Senkkopfschrauben bündig mit der Platte abschließen. Dann den DC/DC-Wandler anschrauben.

Hinten links an der Platte eine M8 × 25 mm Schraube zur Erdung des DC/DC-Wandlers und eine M8 × 120 mm lange Senkkopfschraube mit Schaft zur Befestigung des Ladegeräts einführen (Abb. 42) und mit einem Klebestreifen fixieren.

Abb. 41

Die Durchmesser der Kabeleingänge betragen 16 mm, 20 mm und 32 mm. Es empfiehlt sich deshalb, mit Lochsägen (Abb. 45) zu arbeiten. Damit lassen sich die Öffnungen problemlos herstellen.

Damit ist unsere Trägerplatte für die Montage auf dem Wechselrichter vorbereitet. Das Ladegerät wird – wie eingangs erwähnt – allerdings zu einem späteren Zeitpunkt aufgesetzt, und zwar erst nachdem wir die Junction Box verkabelt haben.

Die Junction Box vorbereiten und auf der Platte montieren (Abb. 43). Die Gummipuffer dienen als Träger für Sicherungen.

Das bedeutet: Die J/B muss fix und fertig bearbeitet und auf der Alu-Trägerplatte montiert sein. Das heißt auch: Die Kabeleingänge müssen gebohrt (Abb. 44), und die Box muss mit orangenem Kunststoff ausgekleidet sein.

Abb. 45

DC/DC-Wandler (Durchmesser je 16 mm)

HV-Kabel von Box 1 (32 mm)

Abb. 42

HV-Kabel von Box 3 (32 mm) Abb. 40

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Abb. 43

Ladekabel (20 mm) HV-Heizung (20 mm)

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So geht‘s / Zusatzkomponenten

So geht’s – Kapitel 3:

Zusatzkomponenten 3.1 Gaspoti, Hydraulikpumpe, Vakuumpumpe

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3.2 Akustisches Warnsignal, HV-Heizung, Mini-Kühler 91 3.3 Kühlkreislauf, Heizkreislauf

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So geht’s – 3.1 Gaspoti, Hydraulikpumpe, Vakuumpumpe

Vergleichsweise einfach Batterieboxen und Antriebseinheit waren hinsichtlich Planung und Umsetzung eine echte Herausforderung. Dagegen ist die Montage der Zusatzkomponenten vergleichsweise einfach. Wir müssen lediglich das ein oder andere vorhandene Teil bearbeiten und einige Halter herstellen.

Gaspoti Beginnen wir mit dem sogenannten Gaspedalwertgeber bzw.

Potentiometer (Gaspoti). In einem Verbrennerfahrzeug regelt das Gaspedal die Kraftstoffzufuhr und damit die Leistung des Motors. In unserem Volvo war das Gaspedal über den Gaszug mit der Drosselklappe verbunden. Vereinfacht gesagt hat sie gemeinsam mit der Einspritzpumpe für das richtige Luft-Kraftstoff-Gemisch gesorgt, um das Fahrzeug im jeweils gewünschten Maß zu beschleunigen. Ohne Verbrennungsmotor gibt es aber keine Drosselklappe und auch keine Einspritzpumpe. Wie funktioniert jetzt also das Gaspedal?

Nun, dazu benötigen wir das Gaspoti, das wir gebraucht gekauft haben. Es sendet – je nachdem, wie stark wir das Gaspedal treten – elektrische Signale an die VCU, die wiederum dem E-Motor auf Basis entsprechender Kennlinien mitteilt, welche Leistung er erbringen soll. Das ist also eine Frage der Software und Teil der VCU-Platine von Johannes.

Die Steuerung des Gaspotis haben wir also im Griff. Nun müssen wir es nur noch stabil im Fahrzeug montieren – und zwar in einer Position, die den bisherigen Verlauf des Gaszugs nicht beeinträchtigt. Glücklicherweise ist das an der rechten Seite unserer Trägerplatte aus Aluminium möglich. Zur Befestigung des Gaspotis können wir den Original-Halter des Gaszugs aus dem Volvo nutzen (Abb. 1). Allerdings müssen wir einen Teil davon abflexen und ein zusätzliches Loch bohren.

Hydraulikpumpe Als unser Volvo noch ein Verbrennerfahrzeug war, wurde die Ölpumpe für die Servolenkung über den Antriebsriemen am Motor in Bewegung gesetzt. Das bedeutet: Auch für sie brauchen wir eine elektrische Alternative. Wir nutzen eine Hydraulikpumpe von TRW. Sie wurde in großvolumigen Modellen verbaut und ist daher im Gebrauchtmarkt gut erhältlich – und sie hat sich in der Umbauszene bereits vielfach bewährt.

Der Platz für die elektrische Hydraulikpumpe wird dadurch definiert, dass wir die Leitungen aus dem Volvo weiter verwenden wollen. Das gelingt uns, da wir die Pumpe auf dem Achsträger vorne rechts montieren können.

Abb. 1: Der Original-Gaszughalter aus dem Volvo wird an den markierten Stellen abgeflext. Das Loch links oben haben wir gebohrt.

Abb. 5: Der Hilfswinkel, der für eine Verbindung zwischen vertikaler und horizontaler Verschraubung sorgt.

Dabei macht sich bezahlt, dass wir gebrauchte Zusatzkomponenten nach Möglichkeit nur mit den Original-Haltern kaufen.

Dieser Original-Halter (Abb. 4) muss zwar bearbeitet werden, damit er auf den Achsträger passt. Und wir müssen aus einem ehemaligen Leaf-Halter einen kleinen Winkel (Abb. 5) herausschneiden, um die Pumpe sowohl von oben nach unten als auch von vorne nach hinten mit dem Achsträger zu verschrauben.

Nachdem wir zwei Löcher (11 mm) durch den Achsträger gebohrt haben, nutzen wir zum Verschrauben Innensechskant-Senkkopfschrauben mit Schaft (M10 × 120 mm). Allerdings kürzen wir die Schraube, die von oben nach unten durch den Achsträger führt, um zehn Millimeter. Denn dann schließt sie bündig mit der Mutter ab und wir vermeiden hervorstehende Gewinde am Unterboden (Abb. 6). Dann müssen wir nur noch die Pumpe einsetzen und die Schläuche anschließen (Abb. 7).

Abb. 6: Der Original-Halter auf dem Achsträger montiert...

Abb. 2: Das Gaspoti mit Halter wird an der Kante eines Flacheisens angeschweißt, das wiederum an der Trägerplatte aus Aluminium angeschraubt ist.

Den bearbeiteten Original-Halter lassen wir bei unserem Schlosser an ein Flacheisen (240 mm × 40 mm × 4 mm) schweißen. Dann wird das Gaspoti mit zwei Schrauben (M6 × 50 mm) und Abstandshülsen montiert (Abb. 2).

Die Einheit aus Flacheisen und Gaspoti/Halter befestigen wir mit einer Schraube (M8 × 30 mm) an der Trägerplatte aus Aluminium über die dafür vorgesehene Bohrung.

Jetzt müssen wir den Gaszug nur noch einhängen und festklemmen. Dabei haben wir uns gedacht: Doppelt hält besser (Abb. 3).

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Abb. 3: Die Gaszug-Konstruktion mit gesichertem Gaszug.

Abb. 4: Der angepasste Original-Halter der elektrischen Hydraulikpumpe wird vertikal und horizontal mit dem Achsträger verschraubt.

Abb. 7: … und hier mit eingesetzter Pumpe.

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So geht’s – 3.1 Gaspoti, Hydraulikpumpe, Vakuumpumpe

So geht’s – 3.2 Akustisches Warnsignal, HV-Heizung, Mini-Kühler

Vakuumpumpe Wie für die Servopumpe so benötigen wir auch für die bisherige Unterdruckpumpe Ersatz, um im Volvo 850 electric Unterdruck für den Bremskraftverstärker erzeugen zu können. Für diese Anwendung steht ebenfalls ein breites Angebot an gebrauchten Produkten zur Verfügung. Wir haben uns für eine elektrische Vakuum- bzw. Unterdruckpumpe entschieden, die in Modellen der Volkswagen-Gruppe verbaut wird. Wer die Wahl hat, sollte ein Produkt kaufen, bei dem gleich noch Schläuche und gegebenenfalls sogar ein Rückschlagventil und ein Sensor dabei sind (Abb. 8). Befestigt wird die Pumpe in der Nähe des Bremskraftverstärkers hinter der 12-Volt-Batterie.

Dazu konstruieren wir einen Halter, der auf der rechten Seite zusätzlich nach vorne abgesenkt ist (Maße, S. 170). Durch die Neigung nach vorne können wir eine vorhandene Bohrung in der Karosserie nutzen (eine zweite fügen wir hinzu), und die Pumpe sitzt zudem tief genug, damit sich die Motorhaube schließen lässt. Unser Halter enthält zudem Bohrungen, an denen wir das Zündungsrelais und seinen Masseanschluss anschrauben können (Abb. 9).

MATERIAL Gaspoti: Volvo Original-Gaszughalter Flacheisen: 240 mm × 40 mm × 4 mm (Maße, S. 156) Sechskantschrauben: 2 × M6 × 50 mm, 1 × M8 × 30 mm Abstandshülsen: 2 × 30 mm Länge, Durchmesser 9 mm, Bohrung 7 mm (zur Befestigung Gaspoti am Gaszughalter) Klemme (zur Sicherung des Gaszugs) Hydraulikpumpe: Halter (Maße, S. 158 ) Schrauben: 2 × M10 × 120 mm Senkkopf-Innensechskant mit Schaft Vakuumpumpe: Halter (Maße, S. 160 ) Schrauben: 5 × M6 × 20 mm oder 25 mm Sechskant Trägerschiene Akustisches Warnsignal, HV-Heizung, Mini-Kühler Alu-L-Winkelprofil 50 mm × 50 mm × 3 mm (Maße, S. 159) Schrauben: 2 × M10 × 40 mm

Drei auf einen Streich Genug der Einzelmontagen. Jetzt erledigen wir drei Komponenten auf einen Streich – und zwar mit Hilfe einer Trägerschiene vor der Antriebseinheit.

Die Trägerschiene fügt sich genau dort perfekt ein, wo zuvor der mächtige Volvo-Kühler seinen Platz hatte. Zwei links und rechts in der Karosserie eingelassene Gewinde (M10) machen es uns zudem sehr einfach, die Schiene zu fixieren. Die Aussage „drei auf einen Streich“ stimmt allerdings nur zum Teil. Denn für HV-Heizung und Mini-Kühler benötigen wir doch erst einmal Halter, über die wir diese Komponenten dann auf der Trägerschiene befestigen können. Lediglich für das Akustische Warnsignal aus dem Leaf-Spenderfahrzeug ist das nicht erforderlich. Denn seinen Halter haben wir natürlich in weiser Voraussicht aufgehoben.

Weil aufgrund der Geometrie der HV-Heizung eine durchaus anspruchsvolle Konstruktion erforderlich ist (Maße, S. 168),

lassen wir den Halter von unserem Schlosser schweißen. Um ihn auf der Heizung zu befestigen, sind vier Schrauben (M5 × 15 mm) erforderlich. Wir nutzen dazu, was wir im Fundus haben, d.h. Innensechskant- und Kreuzschlitz-Schrauben. Zur Montage auf der Trägerschiene verwenden wir zwei Sechskant-Schrauben (M8 × 30 mm).

Für den Halter unseres Mini-Kühlers (Maße, S. 169) haben wir in unserer Metallteile-Krabbelkiste gewühlt und sind fündig geworden: Der Kühler wird mit zwei Schrauben (M5 × 15 mm) auf einem Winkel befestigt, der wiederum mit zwei Lochschienen verbunden ist (über 2 × 2 Schrauben M5 × 15 mm). Diese Lochschienen werden mit der Trägerschiene aus Aluminium verschraubt (2 × M6 × 20 mm) (Abb. 10).

Akustisches Warnsignal Schrauben: 2 × M8 × 25 mm Sechskant HV-Heizung Halter (Maße, S. 157/158 ) Schrauben: 4 × M5 × 15 mm Innensechskant 2 × M8 × 30 mm Sechskant Abb. 8: Vakuumpumpe mit Rückschlagventil (1), Sensor (2) und Leitung zum Bremskraftverstärker (3).

Mini-Kühler Halter (Maße, S. 159) Schrauben: 6 × M5 × 15 mm, 2 × M6 × 20 mm Kühl- und Heizkreislauf Ausgleichsbehälter, Schrauben, Verbundstücke, Schellen

WERKZEUG Gabelschlüssel 10 mm Abb. 9: Insgesamt benötigen wir fünf Sechskant-Schrauben aus unserem Leaf-Fundus (M6 × 20 oder 25 mm): Zwei zum Befestigen an der Karosserie (nicht sichtbar), eine für die Pumpe (1), und je eine für das Relais (2) und seinen Masseanschluss (3).

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Winkelschleifer Schraubendreher

Abb. 10: Akustisches Warnsignal (links), HV-Heizung (Mitte) und Mini-Kühler auf der Trägerschiene (Blick von vorne Richtung Motorraum).

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So geht’s – 3.3 Kühlkreislauf, Heizkreislauf

Thermomanagement light Mehr noch als in einem Verbrennerfahrzeug müssen in einem Elektroauto die Wärmeströme gesteuert werden.

Dieses sogenannte Thermomanagement spielt bei Elektroumbauten ebenfalls eine Rolle. In unserem Projekt allerdings eine überschaubare.

Das Thermomanagement der Antriebsbatterie mit Hilfe einer Flüssigkeit ist bei neuen Elektrofahrzeugen heute Standard.

Nissan hat sich diesem Thema allerdings erst mit dem ARIYA geöffnet, der 2022 auf den Markt gekommen ist. Der Nissan Leaf verfügte bis zum Schluss (Modelljahr 2022) über kein System der Flüssigkeitskühlung. Für die Antriebsbatterie unseres Spenderfahrzeugs, Baujahr 2016, gab es also kein aktives Temperaturmanagement. Daran hat sich auch nach der Übertragung in den Volvo nichts geändert. Angesichts des trotz Erderwärmung immer noch gemäßigten mitteleuropäischen Klimas und Udos Fahrprofil, das von Kurzstrecken gekennzeichnet ist, halten wir das allerdings auch für unproblematisch.

Unser Thermomanagement ist daher überschaubar und umfasst vor allem zwei Aufgaben: • Kühlung des Antriebsstranges (E-Motor, DC/DC-Wandler, Wechselrichter) und des Ladegeräts.

• Enteisung der Scheiben und Erwärmung des Fahrgastraums im Winter.

Beide Aufgaben lösen wir jeweils mit einem separaten Kühlund Heizkreislauf. Das bedeutet: Wir benötigen die Wasserpumpe aus dem Leaf für den Kühlkreislauf und eine zweite Aftermarket-Pumpe für den Heizkreislauf. Beide Pumpen werden an eine 12 V-Versorgung angeschlossen.

Montage Ausgleichsbehälter Zwei Kreisläufe bedeuten auch zwei Ausgleichsbehälter – der für den Heizkreislauf kann allerdings kleiner sein als der für den Kühlkreislauf (Abb. 15). Befestigt werden sie an der Blechkante der Spritzwand. Die Kunststoffeinfassungen der Ausgleichsbehälter müssen dazu insoweit bearbeitet werden, dass sie mit Hilfe von Haltewinkeln über eine vorhandene Bohrung an der Kante der Spritzwand befestigt werden können.

Abb. 11: Die Wasserpumpe mit Originalhalter aus dem Leaf provisorisch an der vorderen E-Motor-Halterung montiert.

Abb. 12: Aftermarket-Pumpe mit Befestigungsring und Steckverbinder.

Abb. 13: Als Befestigungwinkel dient ein Teilstück eines ehemaligen Leaf-Halters.

Abb. 14: Die Aftermarket-Pumpe für den Heizkreislauf wird an einer Getriebeschraube befestigt.

Abb. 15: Zwei Kreisläufe, zwei Ausgleichsbehälter. Links für den Heizkreislauf, rechts für den Kühlkreislauf.

Abb. 16: Verbindungen und Abzweigungen für Kühl- und Heizkreislauf.

Aufbau Kühl- und Heizkreislauf Zum Aufbau von Kühl- und Heizkreislauf nutzen wir vor allem vorhandene Schläuche und Klemmen aus dem Leaf, aber teilweise auch aus dem Volvo. Allerdings sind darüber hinaus weitere Schellen, ein Stück neuer Kühlerschlauch (ca. 2 Meter) sowie Verbindungsstücke bzw. Abzweigungen erforderlich (Abb. 16).

Befüllen der Kreisläufe Den Aufbau der Kreisläufe zeigen die Darstellungen auf Seite 184/185. Die verschiedenen Teilverbindungen herzustellen und wasserdicht anzuschließen, war schon eine Herausforderung angesichts beengter Platzverhältnisse. Doch die Kreisläufe zu befüllen (Kühlkreislauf ca. 2,5 Liter, Heizkreislauf ca. 1,5 Liter) – das geht in unserem Fall nur über ein Vakuum, das heißt mit einem entsprechenden Entlüftungs- und Befüllgerät sowie einem Kompressor. Beides hat sich Udo extra angeschafft.

Die Leaf-Pumpe wird über einen Halter vorne an einem der Motorhalter befestigt (Abb. 11, Maße, S. 171). Die Aftermarket-Pumpe bestellen wir mit Befestigungsring und Steckverbinder (Abb. 12). Sie wird über einen Halter, den wir aus einem vorhandenen Leaf-Halter herstellen (Abb. 13), an einer Getriebeschraube (Abb. 14) befestigt. Sie sitzt damit – wie erforderlich – in direkter Nähe zur HV-Heizung.

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So geht‘s / Elektrik und Steuerung

So geht’s – Kapitel 4:

Elektrik und Steuerung

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4.1 Das Hochvolt-System

96

4.2 Umnutzung des Volvo-Steuergeräts

101

4.3 Der CAN Bus

104

4.4 Kabelverbindungen

106

4.5 Kabel im Motorraum anschließen

112

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So geht’s – 4.1 Das Hochvolt-System

Bestandteile und Aufbau Nicht umsonst haben AC/DC Mitte der 1970er Jahre ihr erstes Album „High Voltage“ genannt. Die Botschaft: Unser Rock ‘n’ Roll sprüht vor Energie und Dynamik und ist ein Stück weit gefährlich. Und ja, Hochvolt (HV) ist gefährlich. Daher müssen wir uns mit den Bestandteilen und dem Aufbau von HV-Systemen für Fahrzeuge vertraut machen.

• DC/DC-Wandler • Junction Box (ein Kasten zum Schutz der Anschlüsse) • Zusatzkomponenten (z.B. eine HV-Heizung) • Ladebuchse, -kabel und -gerät

Das HV-System eines Elektroautos und auch des Volvos 850 electric besteht aus folgenden Komponenten: • Antriebsbatterie (bei Umbauten meist verteilt auf mehrere Batterieboxen) • Trennschalter und Vorladeeinheit (Pre-charge Unit) • HV-Kabel und Sicherungen • Elektromotor • Wechselrichter

Wie das HV-System des Volvo 850 electric aufgebaut ist, zeigt der Schaltplan (Abb.1)

Vorladeschaltung und Relais-Kontrolle Im Schaltplan sehen wir links oben unter „Vorladung“ den Hauptschützsatz. Das Relais K2 ist das Hauptschütz bzw. das Plusrelais. Das Relais K3 ist das Pre-charge-Relais, das die sogenannte Vorladeschaltung übernimmt (wird auch als Pre-charge- oder Contactor-Einheit bezeichnet). Das Relais K2 trennt den Pluspol des Akkus ab. Das Vorladerelais überbrückt das Relais K2 bzw. das Plusrelais mit einem Widerstand.

Abbildung 2 zeigt diese Einheit aus dem Leaf-Spenderfahrzeug.

Worum geht es bei dem wichtigen Thema „Vorladung“? Nun, beim Einstecken und Drehen des Zündschlüssels in Position II wird zunächst das Vorladerelais geschlossen. Der Grund dafür sind die Kondensatoren in der Leistungselektronik des Wechselrichters. Ein entladener Kondensator wirkt im ersten Moment wie ein Kurzschluss. Würden wir also sofort das Plusrelais schließen, so würde es in einen Kurzschluss schalten. Dabei erhitzen sich die Kontaktflächen so stark, dass sie miteinander verschweißen. Das Relais öffnet also nicht mehr, wenn es abgeschaltet wird, und hat somit seine Funktion verloren.

Aus diesem Grund gibt es das Vorladerelais. Der Widerstand davor sorgt für eine Begrenzung des Einschaltstroms auf wenige Ampere. Sind die Kondensatoren geladen, d.h. liegt vor und hinter dem Relais die gleiche Spannung an, so wird das Relais am Pluspol freigegeben und das Auto kann in die Fahrbereitschaft wechseln. In aller Regel nutzt man dafür das

Startsignal beim Drehen des Zündschlüssels in die Position III. Das Plusrelais überbrückt dann den Vorladewiderstand und der Strom kann ungehindert fließen.

Das Vorladerelais wird durch ein geschaltetes Plus gesteuert, d.h. sobald der Zündschlüssel auf die Position II gedreht wird, zieht das Vorladerelais an. Das Plusrelais wird von der VCU des Fahrzeugs gesteuert. In unserem Volvo ist das die umgebaute FENIX 5.2. Der Übergang in die Fahrbereitschaft, also das Anziehen des Plusrelais, ist an eine Reihe von Bedingungen geknüpft, die der Wechselrichter abfragt: • Das Gaspedal wird nicht berührt/getreten • Die Kondensatoren sind ausreichend vorgeladen • Der Schlüsselschalter ist in Position „Fahrbereitschaft“ • Die Batteriespannung ist unterhalb der Grenzwerte des Wechselrichters Die VCU schließt das Plusrelais aber auch, wenn wir das Fahrzeug aufladen. Wir empfehlen, die Steuerung der Relais nicht einem BMS zu übertragen. Manche BMS bieten zwar die Funktion, beim Über- bzw. Unterschreiten von Spannungsgrenzen ein Relais zu öffnen. Steuert man aber so das Leistungsbzw. Plusrelais, besteht die Gefahr, dass es unter Last öffnet.

Zum einen sind die Relais aber nicht zur Lasttrennung ausgelegt. Zum anderen könnte es im Schubbetrieb zu Überspannungen im Wechselrichter kommen, die ihn zerstören.

;)

Abb. 2: Vorlade- bzw. Pre-charge- bzw. Contactor-Einheit.

Abb. 1: Schaltplan Volvo 850 electric.

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97

So geht’s – 4.1 Das Hochvolt-System

Absicherung Eines der zentralen Themen in jedem HV-System ist die Absicherung. Darunter versteht man den Einbau von Sicherungen, über die der Stromfluss zuverlässig abgeschaltet werden kann.

In Elektrofahrzeugen sind die Anforderungen an die Absicherung wegen der hohen Spannungen und Stromstärken groß.

Die Komponenten in den meisten Elektrofahrzeugen werden selten auf dauerhafte Spitzenlast ausgelegt. So beträgt der maximal erlaubte Batteriestrom im Nissan Leaf ca. 320 A. Es ist jedoch eine 225 A-Sicherung verbaut. Diese erlaubt 320 A zwar kurzzeitig, aber nicht dauerhaft. Vor allem ist sie dafür ausgelegt, einen Kurzschluss der DC-Leitungen, z.B. bei einem Unfall, sicher abzuschalten.

Die 225 A-Keramiksicherung ist in der Trennschalter-Einheit (Abb. 3 und 4) verbaut. Wir haben diese Einheit, einschließlich der Sicherung, in den Volvo übertragen und in Batteriebox 1 platziert.

Abb. 3: Trennschalter-Einheit aus dem Nissan Leaf.

Abb. 6: Eine zweite 225 A-Sicherung befindet sich in der Junction Box.

Apropos Trennschalter (Abb. 5). Er spielt eine wichtige Rolle und wird auch als Service Disconnect oder Service Plug bezeichnet. Der Trennschalter ist eine abnehmbare Strombrücke.

Das bedeutet: Nur wenn er abgezogen wurde, ist das HV-System spannungsfrei geschaltet – die wichtigste Voraussetzung, um am Fahrzeug arbeiten zu können. Ein Trennschalter ist also ein absolutes „Muss“.

Für den sicheren Betrieb eines Elektroautos ist es wichtig, dass Trennschalter und Sicherung so nahe wie möglich an der Antriebsbatterie platziert sind. Denn im Falle eines Kurzschlusses können nur so die Leitungen und die Antriebsbatterie vor einer Überlast geschützt werden. Wären Trennschalter und Sicherung beispielsweise im Motorraum montiert, die Antriebsbatterie aber im Heck, dann wäre die Strecke von vorne nach hinten nicht vor Überlast geschützt. Das könnte bei einem Kurzschluss dazu führen, dass die Antriebsbatterie überhitzt und sich entzündet.

Verbindung zum Wechselrichter

Beim Volvo ist die Batteriekapazität zwar verteilt. Der Großteil – die 12 Module von Box 1 und die sechs Module von Box 2 – befinden sich jedoch im Heck. Deshalb sind Trennschalter und Sicherung in Box 1 untergebracht. Als Backup haben wir eine weitere 225 A-Sicherung in der Junction/Box im Motorraum installiert (Abb. 6). In der Junction Box befinden sich darüber hinaus die Absicherungen für das Ladegerät und die HV-Heizung (40 A) sowie für den DC/DC-Wandler (30 A).

Abb. 4: Trennschalter-Einheit von unten mit Blick auf die 225 A-Sicherung.

MOTORRAUM

M24

FAHRGASTRAUM

HECK

M19

–

+

– M18 PCU

J/B

– +

SP

+ M13

BOX 3

Abb. 5: Trennschalter bzw. Service Plug.

98

BOX 2

Ist die komplette Antriebsbatterie an einer Stelle im Fahrzeug verbaut, ist die Verbindung zum Wechselrichter einfach: Sie erfolgt über je ein Kabel vom Plus- und Minuspol der Antriebsbatterie an Plus und Minus des Wechselrichters. In unserem Fall ist die Kabelführung etwas komplexer, da die Module aus dem Leaf-Spenderfahrzeug auf drei Batterieboxen verteilt sind (Abb. 7): • Der Pluspol von Batteriebox 1 im Heck wird über die Pre-charge Unit an den Pluspol des Wechselrichters angeschlossen. Das geschieht innerhalb der Junction Box, in der die HV-Anschlüsse geschützt werden.

• Der Minuspol von Box 1 wird über den Trennschalter und die Sicherung zum M1 + Pluspol von Box 2 geführt.

• Der Minuspol von Box 2 wird mit dem Pluspol von Box 3 verbunden.

• Last but not least wird der Minuspol von M12 – Box 3 an den Minuspol des Wechselrichters angeschlossen (ebenfalls innerhalb der Junction Box).

BOX 1

Abb. 7: Die HV-Kabelverbindungen zwischen Batterieboxen, Junction Box und Wechselrichter.

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So geht’s – 4.2 Umnutzung des Volvo-Steuergeräts

So geht’s – 4.1 Das Hochvolt-System

Neukonditionierung Der Verbrennungsmotor ist das Herz eines konventionell angetriebenen Fahrzeugs. Sein Ausbau war für unseren Volvo 850 eine schwere Operation. Aber damit nicht genug: Wir werden auch sein Gehirn, das Steuergerät (Vehicle Control Unit, VCU), neu konditionieren.

Der DC/DC-Wandler Da beim Umbau eines Verbrennerfahrzeugs auf Elektro auch die Lichtmaschine entfernt wird, stellt sich die Frage, wie die 12 V-Batterie geladen wird. Denn das 12 V-Bordnetz wird weiterhin gebraucht, da sämtliche Fahrzeugelektrik damit betrieben wird. Nun, die Aufgabe der Lichtmaschine übernimmt im Elektrofahrzeug ein DC/DC-Wandler (Abb. 8).

Er wandelt Gleichstrom hoher Spannung (ca. 400 V) in Gleichstrom niedriger Spannung (ca. 14 V) um. Zudem trennt er beide Spannungsbereiche durch einen Trafo. So wird vermieden, dass die HV-Antriebsbatterie elektrisch mit der Fahrzeugmasse verbunden wird. Diese Trennung wird zum einen in Deutschland für die Straßenzulassung gefordert. Zum anderen ist sie ein wichtiges Sicherheitsmerkmal. Denn wäre das HV-System elektrisch mit der Fahrzeugmasse verbunden, so würde es genügen, die Karosserie und ein HV-Kabel zu berühren, um einen Schlag zu bekommen. Gleiches gilt für das Kurzschlussrisiko, z.B. bei einer durchgescheuerten Isolierung. Dank des Trafos müsste man aber Plus- und Minuspol der HV-Antriebsbatterie gleichzeitig berühren, um einen elektrischen Schlag zu erleiden. Und das ist glücklicherweise gar nicht so einfach zu bewerkstelligen.

Als DC/DC-Wandler nutzen wir ein gebrauchtes Gerät aus einem Tesla. Sie werden oft in Umbauten verwendet, und zwar aus drei Gründen: 1. Sie sind für den Einsatz in Pkw konzipiert.

2. Sie können in den Kühlwasserkreislauf eingebunden werden.

3. Sie sind über den CAN Bus steuerbar.

Der Tesla-Wandler hat einen sogenannten „Enable“-Eingang.

Das bedeutet: Er fängt erst an zu arbeiten, wenn Hochspannung anliegt UND dieser Eingang aktiviert wird. Das ist wichtig, denn wenn der DC/DC-Wandler schon starten würde, wenn lediglich Spannung anliegt, würde der Vorladewiderstand überlastet und durchbrennen. Wir erinnern uns: Zunächst ist die Antriebsbatterie nur über einen Widerstand mit den Verbrauchern verbunden.

Den DC/DC-Wandler integrieren wir über den Wechselrichter in das HV-System. Er wird unter Volllast etwa vier Ampere ziehen.

Daher reicht ein Kabelquerschnitt von 4 mm2 aus. Den DC/ DC-Wandler sichern wir mit einer 30 A-Sicherung gegen einen Kurzschluss ab.

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Abb. 8: Der DC/DC-Wandler (links) auf der Alu-Platte: Mehr als nur Ersatz für die Lichtmaschine.

Zusatzkomponenten (z.B. Heizung) In das HV-System können bzw. müssen weitere Komponenten eingebunden werden. In der Regel ist das die Heizung. Bisher werden häufig 12 V-PTC-Heizelemente oder Glühstift-Wasserheizungen eingesetzt. Das funktioniert, ist aber keine ideale Lösung, da die Heizleistung meist nicht wirklich überzeugt. Im Volvo 850 electric haben wir eine „echte“ HV-Heizung eingebaut, und zwar eine HVH 50 von Webasto, die Udo gebraucht gekauft und die Johannes in das HV-System integriert hat.

i DAS 12 V-BORDNETZ Da der DC/DC-Wandler genügend Leistung liefert und das Fahrzeug keinen Anlasser hat, könnte man durchaus die Frage stellen: Wozu überhaupt noch ein 12 V-Bordnetz?

Aber die 12 V-Batterie wird natürlich weiterhin gebraucht – nicht zuletzt, weil beim Start die Relais aus einer Energiequelle gespeist werden müssen. Der DC/DC-Wandler arbeitet dann ja noch nicht. Darüber hinaus gibt es im Fahrzeug weiterhin Verbraucher wie Uhr, Radio und Tachoeinheit, die eine 12 V-Batterie erforderlich machen. Im übrigen ist sie zum Beispiel in Deutschland eine Voraussetzung für die Zulassung eines umgerüsteten Fahrzeugs. So heißt es im TÜV Merkblatt 764 E-Fahrzeuge im Einzelgenehmigungsverfahren: „Die Grundfunktionen von z. B. Warnblinkanlage und Standlicht müssen bei nicht mehr hinreichender Energieversorgung für das Antriebssystem erhalten bleiben. Dies kann z. B. geschehen durch einen separaten Bordnetz-Energiespeicher.“

Das bedeutet: Wir nutzen das Gehäuse und die Steckverbindungen des originalen Fenix-Steuergeräts (Abb. 9), ersetzen aber die Platine durch die Steuerplatine von Johannes. Zusätzlich finden im Gehäuse ein WiFi-Anschluss für die Kommunikation, ein Relais unter anderem zum Schalten des Hauptschützes und eine Verstärkerplatine für das Akustische Warnsignal Platz.

Doch damit das neue Gehirn die nötigen Signale zum Betrieb des Fahrzeugs senden kann, ist etwas Detektivarbeit gefordert.

Denn wir müssen herausfinden, welche Signale an den beiden Steckverbindern des Original-Steuergeräts anliegen. Das ist mit den elektrischen Schaltplänen des Fahrzeugs, das umgerüstet wird, vergleichsweise einfach. Bei unserem Volvo 850 haben wir uns diese Pläne besorgt (Abb. 10). Stehen diese Pläne nicht zur Verfügung, wird es deutlich komplizierter. Dann muss man nämlich jedes Kabel prüfen („Durchklingeln“), um zu identifizieren, welches Signal jeweils anliegt.

Die Umnutzung des Steuergeräts bedeutet im Grunde vor allem eines: Wir verwenden so weit wie möglich den vorhandenen Kabelbaum weiter, ändern aber die Belegung. Statt der ursprünglichen Signale senden wir nun über die Platine von Johannes andere Informationen. Getreu dem Motto „Lege nie ein neues Kabel, wenn du auch ein vorhandenes nutzen kannst“ empfehlen wir deshalb, vermeintlich überflüssige Kabel nicht vorschnell abzuschneiden – auch wenn damit die Herausforderung verbunden ist, den Überblick zu behalten.

Abb. 9: Fenix-Steuergerät aus dem Volvo.

Abb. 10: Elektrische Schaltpläne Volvo 850, 1993; Seite 30 „Kraftstoff- und Zündsystem Fenix 5.2“.

Tankanzeige als Ladestandsanzeige Ein Beispiel für die Umnutzung der VCU-Signale ist die Tankanzeige. Sie ist normalerweise analog. Dabei befindet sich ein Schwimmer im Benzintank, der sich mit sinkendem Kraftstoffvorrat absenkt. Der Schwimmer ist an einem Potentiometer befestigt, also einem mechanisch veränderbaren Widerstand.

Dadurch wird der Füllstand in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Potentiometer wird zum einen an die Fahrzeugmasse angeschlossen und zum anderen an eine Stromquelle.

Den Schwimmer haben wir allerdings mit dem Benzintank ausgebaut. Um die Tankuhr weiterhin nutzen zu können, müssen wir die Stromquelle des Potentiometers nun elektronisch belasten. Zu diesem Zweck nutzen wir Pulsweitenmodulation (PWM). Sie entsteht, wenn die Stromquelle in zeitlich definierten Intervallen mit Masse verbunden und von Masse getrennt wird. Dadurch stellt sich eine mittlere Spannung ein, die das Anzeigeinstrument steuert. Da die VCU den Ladezustand vom BMS über den CAN Bus mitgeteilt bekommt, kann sie den Ladezustand so in das PWM-Signal übersetzen und somit die Tankanzeige steuern.

Natürlich ist die Ladestandsanzeige über die Tankuhr kein exakter Wert. Das gilt übrigens auch für den Drehzahlmesser.

Ihn sprechen wir ebenfalls über PWM an, so dass wir die Drehzahl des Elektromotors darstellen können. Abbildung 11 auf der Folgeseite zeigt die Umwidmung einiger VCU-Positionen aus dem Volvo 850 Benzin für den Volvo 850 electric.

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So geht’s – 4.2 Umnutzung des Volvo-Steuergeräts

VOLVO 850 ELECTRIC KOMPONENTE / FUNKTION

SIGNAL

Akustisches Warnsignal

PWM

Bremspedal

12 V

POSITION VCU

VOLVO 850 BENZIN FUNKTION (KABELFARBE)

A36

Nockenwellensensor 7/21 (Y-R)

A21

Nockenwellensensor 7/21 (BL-Y)

A24

Einspritzsystem 8/8 (GR-R)

12 V-Kreise

CAN Bus

Fahrbereitschaft Leuchte

A32

Lambdasonde 7/15 (GN-SB)

CAN Lo

A33

Lambdasonde 7/15 (GN-GR)

OC *

B7

Fahrbereitschaft DC-Relais/Hauptschalter

OC *

A2

Klopfsensor vorn 7/24 (VO)

Fahrbereitschaft

12 V P-MOSFET

A38

Einspritzung 8/7 (GR-OR)

Gaspedal

5V Analog 0,8-4,2 Masse

A15 A16 A18

Saugrohrdruckgeber 7/81 (VO) Drosselklappe 7/54 (OR-W) Motortemperaturfühler 7/16 (BN-SB)

Hochvoltheizung

LIN

A9

Einspritzung 8/10 (GR-W) (LIN Bus)

Laden

12 V

A23

Einspritzung 8/9 (GR-SB)

Start (Schlüsselposition III)

12 V

A17

Klopfsensor vorn 7/24 (P-SB)

VCU (12 V-Standby)

12 V

A12

Hauptrelais Kraftstoffsystem (BL-R)

5V

A15

Saugrohrdruckgeber 7/81 (VO)

Analog 0,7-3,3

A4

Saugrohrdruckgeber 7/81 (W)

Masse

A18

Motortemperaturfühler 7/16 (BN-SB)

Vakuumpumpe (Bremskraftverstärker)

OC* MOSFET

A10 A27

Einspritzung 8/6 (GR) Verzweigung Einspritzung (GN)

Ladezustand (über Tankanzeige)

PWM

B27

Kraftstoffpumpe Relais 2/23 (Y-GR)

Drehzahl E-Motor (über Drehzahlmesser)

PWM 56 Hz = 1000 rpm

B21

Kombiinstrument Anzeige „Motordrehzahl“ (W-SB)

Unterdrucksensor (Bremskraftverstärker)

Abb. 11: Umnutzung Fenix-Steuerung.

* OC bedeutet „Open Collector“, d.h. über Transistor geschaltete Masse.

102

Kombiinstrument Motorkontrollleuchte (BN-W)

CH

BMS_E = BMS Enable/aktiviert CH

= Ladegerät

CV

= Wechselrichter

OEL

= Hydraulikpumpe

WP1

VCU

OEL_E = Hydraulikpumpe Enable/aktiviert OEL_SB = Hydraulikpumpe Standby

CAN Hi

12 V-Laden

RL

= Vorlade- und Plusrelais

VAC

OEL_SB

WP2

CV

DC/DC = DC/DC-Wandler HVH

= HV-Heizung

VAC

= Vakuumpumpe

VCU

= Steuergerät

WP1

= Wasserpumpe Kühlkreislauf

WP2

= Wasserpumpe Heizkreislauf

RL

BMS_E

12 V-Dauer OEL BMS HVH 12 V-Standby

OEL_E

12 V-Fahrbereit

Abb. 12: Die 12 V-Kreise im Überblick.

Die Bedeutung der 12 V-Kreise Im Zusammenhang mit der Umnutzung der VCU steht eine weitere Frage: Wann sollen bzw. müssen welche Komponenten mit Strom versorgt werden? Das will gut überlegt und entsprechend realisiert sein. Sonst kann es passieren, dass man beispielsweise nur bei eingestecktem Zündschlüssel laden kann – was natürlich unvorteilhaft wäre. Grundsätzlich kann man zwischen vier Betriebszuständen und damit auch vier 12 V-Kreisen unterscheiden:

12 V-Dauer Den ersten 12 V-Kreis bilden Verbraucher, die permanent an 12 V angeschlossen sind, beispielsweise weil die Hersteller das für den Betrieb der Komponente verlangen. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Schlüssel eingesteckt ist oder nicht. Wir nennen diesen Kreis „12 V-Dauer“. Zu ihm gehören das BMS, die Hydraulikpumpe und die HV-Heizung.

12 V-Standby Der zweite 12 V-Kreis (“12 V-Standby“) wird aufgebaut, wenn der Schlüssel eingesteckt und in Position II gedreht wird. Er besteht aus dem Vorlade- und Plusrelais, aus VCU und Wechselrichter (über den der Elektromotor gesteuert wird) sowie aus Hydraulikpumpe und BMS (jetzt im Standby bzw. „Enable“-Status).

12 V-Fahrbereit Der dritte 12 V-Kreis (“12 V-Fahrbereit“) schließt die vorherigen Kreise ein und entsteht, wenn der Schlüssel von Position II kurz auf III (Start) gedreht wird und dann zur Position II zurückkehrt.

Der Kreis aktiviert (Enable) Vorlade- und Plusrelais, DC/ DC-Wandler, Hydraulik- und Vakuumpumpe sowie die beiden Wasserpumpen.

Wenn der Fahrer jetzt den dritten Gang einlegen und das Gaspedal langsam durchtreten würde, würde das Fahrzeug losfahren.

12 V-Laden Der vierte 12 V-Kreis (“12 V-Laden“) etabliert sich bei eingestecktem Ladekabel. Dann sind Vorladerelais und Hauptschütz, VCU und DC/DC-Wandler, BMS und Kühlwasserpumpe und das Ladegerät aktiv.

i UNIVERSAL-STEUERPLATINE Keine Frage, der hier beschriebene Ansatz (Umnutzung einer bestehenden VCU und Entwicklung von Steuerplatinen je nach Second-Life-Komponente) ist aufwändig. Von daher kann es durchaus sein, dass das nur ein Zwischenschritt in einer Entwicklung sein wird, die noch weitgehend am Anfang steht.

Einige Mitglieder der openinverter-Community denken allerdings bereits weiter und können auch erste Ergebnisse vorweisen. So hat Damien Maguire im Juni 2022 die erste Version einer All-in-One-Steuerplatine vorgestellt. Mit seinem angelsächsischen Sinn für Humor nennt er sie „ZombieVerter VCU V1“. Mit ihr lassen sich über CAN- und serielle Schnittstellen aktuell fünf Wechselrichter, E-Motoren, Ladegeräte steuern.

Und die Liste soll im Rahmen eines Open Source-Prozesses weiter wachsen.

Mehr dazu auf openiverter.org.

103

So geht’s – 4.3 Der Can Bus

Verdrillte Leitungen Der Begriff CAN Bus ist bereits gefallen – und damit sind wir bei einem weiteren wichtigen Teilaspekt zum Thema Elektrik und Steuerung.

Selbst wenn das Ausgangsfahrzeug aufgrund seines Alters noch keinen CAN Bus hat, muss er auf jeden Fall eingebaut werden.

1.

Die Reihenfolge der Komponenten muss so festgelegt werden, dass sich nur am Anfang und am Ende der CAN Bus-Leitung jeweils ein 120 Ohm-Widerstand befindet.

Dort ist er aber auch zwingend erforderlich. Fachleute sprechen von der „Terminierung“ des CAN Buses bzw. davon, dass er nicht an Zwischenstationen terminiert werden darf.

In unserem Fall sind die Widerstände in der VCU und im BMS. In die VCU hat Johannes einen Widerstand eingebaut, im Original-BMS des Nissan Leaf ist er bereits enthalten.

2.

Um Signalstörungen auszuschließen, darf der CAN Bus nicht über eine längere Distanz parallel zu den HV-Kabeln verlegt werden. Deshalb haben wir ihn getrennt von den drei HV-Leitungen verlegt.

Viele Vorteile Beschäftigen wir uns noch etwas intensiver mit dem CAN Bus. In neueren Fahrzeugen wie dem 2004er VW Touran von Johannes ist er in der Regel enthalten. Das hat Vorteile für Umbauprojekte. Wie bereits ausgeführt, besteht der CAN Bus lediglich aus zwei Leitungen. Über diese Leitungen läuft ein serielles Datenprotokoll, das man auch in anderen Computernetzen findet.

Dieses Protokoll überträgt genau jene Daten, die früher über einzelne Kabel geführt wurden. So gibt es zum Beispiel kein Kabel mehr, das einen 12 V-Pegel annimmt, sobald man auf die Bremse tritt. Im Datenprotokoll ändert lediglich ein Bit seinen Zustand von null auf eins.

104

Da alle Steuergeräte am CAN Bus angeschlossen sind, können sie darüber die entsprechenden Informationen senden, ohne dass sie individuell über Kabel angeschlossen sein müssen.

Durch Software-Updates können zudem Informationen genutzt werden, an die beim Fahrzeugdesign noch gar nicht gedacht wurde. Beispielsweise kann der Heckwischer angehen, wenn der Frontwischer schon eingeschaltet ist und der Fahrer den Rückwärtsgang einlegt. Alles ohne gesonderte Kabel, nur durch Software.

Datenpakete verstehen Um den CAN Bus verstehen zu können, müssen wir uns mit den Datenprotokollen beschäftigen. Auf dem CAN Bus werden Datenpakete in Form von Nachrichten gesendet. Jede Nachricht besteht aus mehreren Bits, also Dateneinheiten, die null oder eins sein können. Fasst man mehrere Bits zusammen, so können auch Dezimalzahlen dargestellt werden – mit acht Bits etwa alle Zahlen zwischen null und 255.

Die Stellung des Gaspedals wird zum Beispiel mit einer Nachricht übertragen, die wie folgt aufgebaut ist:

Content

Object ID

Data

Number of bits

11 bits

15 bits (up to 64 bits possible)

Example bits

00000000010

00001010 00010110

Meaning

Object#2

On, Start, Brake, clutch, gas pedal

Die ersten elf Bits (00000000010) bilden eine Art Absenderadresse. Sie bestimmt, wie die nachfolgenden Bits zu interpretieren sind. Es folgen 16 Datenbits (00001010 00010110). Bitte beachten: In unserem Beispiel werden die Bits null bis drei nicht genutzt. Und: In der Informatik wird immer ab null gezählt.

CAN BUS PART A

CAN BUS PART C

GN-GR

VCU (A33)

GN

MB

GN-SB

VCU (A32)

ZUM BMS

CV GN

CAN BUS PART B

MB

OR

BL

CV BL

B4

GN

B10

CH (B-CONNECTOR)

DC/DC VCU

Der Grund: Bei einem Umbau werden Komponenten genutzt, die sich nur über einen CAN Bus (Abb. 13) steuern lassen.

Konkret geht es um: BMS, DC/DC-Wandler, Ladegerät und Wechselrichter. Der CAN Bus besteht aus zwei miteinander verdrillten Leitungen. Darüber werden die Komponenten angesteuert. Zwei Dinge sind bei der Umsetzung zu beachten:

CAN BUS SYSTEM

WAGO KLEMME

CH

CV

CV BL

VO

GN

OR

DC/DC

Abb. 13: Der CAN Bus im Volvo 850 electric.

• Bit 4 gibt an, dass der Schlüsselschalter in „Ein“ Position ist.

• Bit 5 zeigt, dass er in Startposition ist (ist er nicht).

• Bit 6 signalisiert, dass die Bremse getreten ist • Bit 7 zeigt, dass die Kupplung nicht getreten ist • Die folgenden zwei Bits beziehen sich auf Bremse und Kupplung.

• Die letzten 8 Bit ergeben zusammengefasst die Gaspedalstellung.

Auf dem CAN Bus des VW Touran gibt es etwa 50 solcher Nachrichten, die von den verschiedenen Steuergeräten erzeugt werden, etwa Motorsteuergerät (ECU), ABS, ESP, Airbag. Das Motorsteuergerät erzeugt rund zehn Nachrichten. Sie fehlen natürlich, wenn es bei einer Umrüstung ausgebaut wird. Aber diese Nachrichten lassen sich mit einem eigenen Steuergerät erzeugen. So kann eine Vielzahl an Instrumenten und Warnlampen gesteuert werden.

Viele Nachrichten müssen sogar weiterhin gesendet werden, da die Steuergeräte entweder darauf angewiesen sind oder einfach das Vorhandensein dieser Nachrichten überwachen.

Insbesondere ABS und ESP schalten sich sofort ab, wenn die entsprechende Nachricht fehlt.

Nachrichten identifizieren Um CAN Bus-Nachrichten erzeugen zu können, muss man ihren Aufbau kennen. Eine Quelle für diese Informationen ist die OpenInverter-Plattform (www.openinverter.org). Die

Mitglieder der OpenInverter-Community haben entsprechende Protokolle für verschiedene Fahrzeuge veröffentlicht. Auch wenn ein spezielles Modell unter Umständen nicht dabei ist, ist das hilfreich, solange die eigene Marke vertreten ist. Denn für die Fahrzeuge eines Herstellers sind die CAN Bus-Protokolle meist identisch.

Wer auf openinverter.org allerdings nicht fündig wird, muss den CAN Bus seines Fahrzeugs selbst dekodieren, indem er zum Beispiel Gas gibt und prüft, was sich an den Nachrichten ändert.

Die dekodierten Nachrichten werden nach einem Umbau von der neuen VCU erzeugt. Hierzu gibt es auf openinverter.org bereits fertige Software.

Anschluss an den CAN Bus Da Johannes im VW Touran den Steckverbinder der ECU für die neue VCU nutzt, ist der CAN Bus hier schon vorhanden. Er muss also nur mit der Platine verbunden werden. Anspruchsvoller ist dagegen das „Anzapfen“ des CAN Bus zur Integration der neuen Komponenten, also Wechselrichter, Ladegerät, usw.

Dazu muss man sich an geeigneter Stelle in den CAN Bus „einschleifen“. Die Lösung: Den CAN Bus auftrennen, über die Geräte führen und anschließend wieder an der selben Stelle zurückführen.

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So geht’s – 4.4 Kabelverbindungen

Hohe Aufmerksamkeit gefordert Bei einem Elektroumbau erfordern die Kabel besondere Aufmerksamkeit.

Sie sind nicht nur ein kritischer Faktor für den zuverlässigen Betrieb des Fahrzeugs, sondern auch für die Sicherheit.

Um welche Kabel geht es? Nun, die Aufteilung der Module aus der Leaf-Antriebsbatterie auf drei Batterieboxen führt dazu, dass die ursprüngliche Verkabelung angepasst werden muss.

Das betrifft das BMS, aber auch die HV-Verbindungen zwischen den Batterieboxen und der Antriebseinheit. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit dem Wechselrichter-Kabel.

drähte im Kabel. Davon hängt der elektrische Widerstand des Kabels ab. Der Widerstand erzeugt Wärme, wenn Strom durch die Leitung fließt.

Die Erhitzung ist eine Funktion von Stromstärke, Zeit und Leitungswiderstand. Die maximal zulässige Erwärmung hängt vom Isolationsmaterial ab. Die Isolation von HV-Kabel für

Wer ein Fahrzeug auf Elektro umrüstet, muss sich entscheiden: Kabel selbst herstellen oder von Experten machen lassen. Die folgenden Erläuterungen und Informationen sollen helfen, die richtige Wahl zu treffen. Was HV-Kabel in der Signalfarbe orange betrifft, muss man klar sagen: Solche Kabel sind für Privatpersonen (zumindest in Deutschland) kaum zu bekommen. Besser sieht es bei Photovoltaik- (PV) Leitungen aus, die grundsätzlich geeignet sind. Dagegen raten wir aus Sicherheitsgründen von schwarz ummanteltem Schweißkabel ab.

Der Grund: Im Gegensatz zu PV-Leitungen sind Schweißkabel nicht für HV-Anwendungen ausgelegt.

Beim Einsatz in einem Elektroauto müssen wir beachten, dass es bei HV-Kabeln nicht nur um den richtigen Kabelquerschnitt geht, sondern auch um die Spannungsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Flammhemmung der Isolierung.

Die Spannungsfestigkeit bezeichnet die Spannung, mit der das Kabel bei der Herstellung getestet wurde. Oberhalb dieser Spannung können theoretisch Leckströme entstehen und z.B. auf die Karosserie des Fahrzeugs einkoppeln. Die Temperaturbeständigkeit gibt an, ab welcher Temperatur die Isolierung anfängt zu schmelzen. Zuletzt sollte die Isolierung aus einem flammhemmenden Material bestehen, so dass selbst im Falle einer Überlastung kein Feuer entstehen kann.

Der Kabelquerschnitt Eine sicherheitsrelevante Kenngröße für HV-Kabel ist der Kabelquerschnitt (Abb. 14), das heißt das Volumen der Kupfer-

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bei 100 A ein Querschnitt von 10 mm² und bei 190 A von 25 mm² erforderlich).

Unser Volvo 850 electric wird dank des Nissan Leaf-Motors eine Leistung von 80 kW haben. Hinzu kommen die Heizung (5 kW), der DC/DC-Wandler (2,5 KW) sowie Wärmeverluste (2 kW). In der Summe sind das also rund 90 kW. Bei einer Nennspannung von 360 V ergibt sich daher eine Stromstärke von 250 A. Leistung (90 kW) = Spannung (360 V) × Stromstärke (250 A) Geben wir diesen Wert in einen Querschnittsrechner ein, so wird ein Querschnitt von 120 mm² errechnet. Im Nissan Leaf wurden aber nur Kabel mit einem Querschnitt von 35 mm² verwendet. Wie passt das zusammen?

Nun, die Rechner gehen davon aus, dass es sich um eine Dauerbelastung handelt – dass also das Kabel stundenlang von Strom mit einer Stärke von 250 A durchflossen wird. Das ist bei einem Elektroauto schon aufgrund der Akkukapazität nicht möglich. Unser 30 kWh-Akku wäre bei dieser Leistung nach 15 Minuten entladen.

Abb. 14: Drei Kabel mit einem Querschnitt von 35 mm². Ihr Umfang unterscheidet sich je nach Art der Isolierung: Links das geschirmte LAPP-Ölflex-Kabel, das wir für unsere HV-Leitungen verwendet haben, in der Mitte ein Original-Kabel aus dem Nissan-Leaf und rechts ein (nicht zu empfehlendes) Schweißkabel.

Elektrofahrzeuge ist zwar für mehr als 100 Grad Celsius ausgelegt. Aber diese hohe Temperaturfestigkeit ist ein Sicherheitsmerkmal und sollte nicht ausgereizt werden.

Unsere Empfehlung lautet: Die Erwärmung der HV-Leitungen im Fahrzeug auf 20 Grad Celsius über Umgebungstemperatur zu begrenzen. Daraus ergibt sich in unserem Fall bei einer Stromstärke von zeitweise 250 A ein Kabelquerschnitt von 35 mm² (unter dem Aspekt, die Erwärmung zu begrenzen, wäre

Hinzu kommt: Die 90 kW werden nur als Spitzenleistung beim Beschleunigen abgerufen. Zur Orientierung: Wenn wir mit 100 km/h unterwegs sind, zieht der Volvo etwa 20 kW Leistung.

Bei 130 km/h sind es 30 kW. An Steigungen, z.B. auf der Autobahn, werden zeitweise 60 kW bis 70 kW benötigt. Deshalb können wir für unseren Volvo die Kabel auf eine Leistung von 40 kW und eine Stromstärke von 111 A auslegen. Dann landen wir bei einem Kabelquerschnitt von 35 mm2 wie ihn auch Nissan im Leaf nutzt.

Kabel mit Kabelschuh verbinden Die Berechnung des Kabelquerschnitts ist eine Herausforderung – eine andere die sichere Verbindung von Kabel und Kabelschuh. Das beginnt schon beim Schneiden der Kabel. Ein herkömmlicher Seitenschneider ist hier überfordert. Nötig ist ein Ratschenkabelschneider, mit dem sich Kabel größerer Querschnitte ohne großen Kraftaufwand präzise durchtrennen lassen (Abb. 15).

Abb. 15: Zum Durchtrennen von Kabel mit einem Querschnitt von 35 mm² ist ein Ratschenkabelschneider notwendig.

Die eigentliche Verbindung von Kabel und Kabelschuh wird als Verpressung bezeichnet. Dabei ist nicht nur auf die metallische Reinheit der Komponenten zu achten, um Kontaktkorrosion zu vermeiden. Wichtig ist zudem, das Kabel sauber und in der richtigen Länge abzuisolieren. Der abisolierte Teil sollte etwa zehn Prozent länger sein als der Einschub im Kabelschuh. Denn der Kabelschuh streckt sich durch das Verpressen in etwa in diesem Umfang.

Für eine qualitativ hochwertige Verbindung sollten schließlich Kabelschuh und Presswerkzeug möglichst von einem Hersteller stammen und aufeinander abgestimmt sein. Beim Pressvorgang muss darauf geachtet werden, dass er vollständig ausgeführt wird. Nur so wird die erforderliche Komprimierung erreicht. Und schließlich stellt sich die Frage nach der Art des Pressvorgangs – hydraulisch oder mit Muskelkraft? Angesichts der Tatsache, dass die HV-Kabel in unserem Projekt ein Faktor sind, der „mission critical“ ist, haben wir eine klare Meinung: Bei einem Querschnitt von 35 mm2 empfehlen wir die hydraulische Pressung – und damit die Unterstützung durch einen Elektrofachbetrieb (S. 149), denn wer hat schon eine solche Presse bei sich zu Hause stehen?

107

So geht’s – 4.4 Kabelverbindungen

der Anzahl der belegten Positionen in den Steckern benötigen wir rund 150 Meter Litzen für unsere BMS-Kabel. Unsere Empfehlung: Gleich mal rund 20 Prozent mehr bestellen. Denn Schwund gibt es immer und Nachbestellen kostet Zeit und Nerven.

Kabel verschrauben Ein sicherheitskritischer Punkt bei HV-Kabeln ist schließlich ihre Verschraubung: Wir können nicht nachdrücklich genug betonen, dass es extrem wichtig ist, die HV-Kabel mit Muttern zu befestigen, in denen eine Tellerfeder integriert ist (Abb. 16).

Denn nur sie verhindert, dass sich die Verbindung mit der Zeit durch die Vibration des Fahrzeugs lockert.

Lockere HV-Kabelverbindungen sind ein großes Risiko. Sie können nicht nur das BMS zerstören, sondern die Überhitzung der Kontaktflächen kann im schlimmsten Fall zum Brand führen. Hier muss also sehr sorgfältig gearbeitet werden.

Unsere Empfehlung lautet deshalb: Alle Muttern mit Tellerfedern aus dem Leaf-Spenderfahrzeug separat aufbewahren und kennzeichnen, einschließlich der Schutzkappen aus transparentem Kunststoff. Dann dürfte sichergestellt sein, dass die HV-Kabelverbindungen halten.

Abb. 17: Das Batterie-Steuerkabel wird an Batteriebox 1 angeschlossen.

Zum Schutz vor Feuchtigkeit muss der angepasste Stecker mit Silikon abgedichtet werden, siehe Abb. 18.

unerfindlichen Gründen hat Udo aber vergessen, das Kabel auszubauen. Daher müssen wir auf den Stecker des Power Delivery Modules (PDM) zurückgreifen. Das ist insofern ärgerlich, da wir die Steckerbelegung ändern und den CAN Bus integrieren müssen.

Das erfordert Kenntnis der Steckermechanik und sorgfältiges Arbeiten. Die einzelnen Pins sind beispielsweise mit kleinen Gummistopfen gesichert, die den Eintritt von Feuchtigkeit verhindern sollen.

Beim CAN Bus handelt es sich – wie bereits erläutert – um eine Doppelader bzw. ein Twisted Pair-Kabel. Das bedeutet, wir

Abb. 16: Die Tellerfedern aus dem Leaf-Spenderfahrzeug auf jeden Fall aufheben. Sie stellen ein wichtiges Element für eine sichere Verschraubung der HV-Kabel dar.

Wie bei den HV-Kabeln, die den Strom aus der Antriebsbatterie transportieren, stellt sich auch bei den BMS-Kabeln die Frage: Selbst machen oder machen lassen? Wir mussten uns für das Selbermachen entscheiden, da wir keine Firma gefunden haben, die für ein einzelnes Fahrzeug BMS-Kabel zu einem akzeptablen Preis herstellt.

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müssen zwei Kabel (in unserem Fall ein oranges und ein grünes) miteinander verdrillen. Das ist nötig, um Spannungsstörfelder bzw. eine „induktiv eingekoppelte Gegentaktstörung“ zu verhindern.

Zum Verdrillen der CAN Bus-Kabel fixieren wir sie mit einer Schraubzwinge an unserer Werkbank (Abb. 18). An der Gegenseite befestigen wir die Kabel an einem Haken, der im Futter einer Bohrmaschine eingespannt ist (Abb. 19). Wir lassen die Bohrmaschine langsam anlaufen und verdrillen so die Kabel.

Das Kabelpaar halten wir auf Spannung und ziehen alle ca. 30 cm einen Kabelbinder an, damit sich die Verdrillung nicht wieder löst.

Okay, nach dem Isolieren mit Silikon und dem Verdrillen des CAN Bus-Kabels ist unser Batterie-Steuerkabel fast fertig. Wir umwickeln die einzelnen Adern alle 30 cm mit Klebeband und führen sie erst durch schwarzes und dann durch oranges Wellrohr.

Abb. 20

Die Anpassung des Batterie-Steuerkabels hat uns einen Vorgeschmack darauf gegeben, was uns bei den BMS-Kabeln erwartet, nämlich filigrane Detailarbeit.

BMS-Kabel

Beim Batterie-Steuerkabel hätten wir einmal mehr davon profitieren können, dass wir Zugriff auf ein (fast) komplettes Spenderfahrzeug haben. Denn das Kabel mit dem runden Drehstecker, das schon im Leaf mit dem Akku verbunden war, hätten wir in unserem Umbau weiter verwenden können. Aus

Abb. 19

Bei der Herstellung der BMS-Kabel müssen wir zudem drei Fragen im Hinterkopf behalten, um uns Mehrarbeit zu ersparen: • Wann werden an welchem Ende die Steckverbinder angebracht?

• Wann führen wir die Kabel durch das Wellrohr?

• Wann ziehen wir Kabelverschraubungen auf, mit denen die Kabel an den Box-Wänden fixiert werden?

Zunächst müssen wir aber die Voraussetzungen schaffen, dass wir überhaupt loslegen können. Dazu benötigen wir nicht nur ein Dutzend Kabel (Litzen) unterschiedlicher Farben mit einem Querschnitt von 0,14 mm2 (Abb. 20), sondern auch Steckverbinder, Gehäuse und Terminals (Teilenummern, S. 194) sowie Zangen zum Durchtrennen, Abisolieren und Crimpen (Abb. 21).

Abb. 18: Das Batterie-Steuerkabel mit Silikon-Isolierung. Das schwarze Kabel ist der Masseanschluss, der später an der Außenwand von Box 1 befestigt wird (S. 157).

Haben wir alles beisammen, ist überlegtes Planen gefragt, um Doppelarbeit zu vermeiden. Das beginnt beim korrekten Ausmessen der Kabel. Auf Basis der ermittelten Längen und

Abb. 21: Ohne gutes Werkzeug wird das Crimpen von BMS-Kabeln zum Glücksspiel – was letztlich nur für Frust sorgt. Also bitte nicht am falschen Ende sparen.

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So geht’s – 4.4 Kabelverbindungen

MATERIAL Kuperlitzen Verschiedene Farben, 0,14 mm2, mind. 150 Meter Steckverbinder, Gehäuse, Terminals Box 2 und 3: (S.176) Fröhliches Crimpen Es mag banal klingen, aber entscheidend ist natürlich, dass wir uns die Positionen der einzelnen Litzen im Stecker notieren.

Denn damit die Signale korrekt übertragen werden können, muss das exakt übereinstimmen.

In Einzelnen sieht der Prozess der Kabelherstellung so aus: Schneiden, abisolieren, löten, crimpen: • Kabel auf Länge schneiden und ca. 3 mm abisolieren • Ganz dünn mit Elektrolötzinn überziehen • 0.25 mm-Öffnung der Crimpzange: Terminal bündig mit Zangenrand einlegen • Kabel einschieben, so dass 2 mm Isolierung abgedeckt werden • Zange zudrücken (Tipp: auf Tischkante auflehnen, dann lässt sie sich leichter in einem Ruck durchdrücken) • Kabel prüfen: Richtig gecrimpt? Nicht zu viel oder zu wenig eingeschoben? Am Kabel ziehen, um zu prüfen, ob die Verbindung hält.

In Steckverbinder einführen: • Auch wenn mit korrekter Zange gecrimpt wurde, so ist unsere Erfahrung: Die Kabel lassen sich nicht einfach in die Stecker einführen. Das müssen sie aber!

• Deshalb das Terminal vor dem Einführen nochmal mit der Spitzzange an der Crimpstelle mit Gefühl leicht zusammenpressen.

• Wenn die Weite stimmt, lassen sich die Kabel per Hand einschieben. Bitte beachten: Es muss Klick machen. Erst dann sind die Kabel richtig drin und auch fest.

• Nur in Ausnahmefällen sollte mit einem Minischraubendreher nachgeschoben werden. Er darf höchstens 2 mm breit sein! Sonst wird unter Umständen die Kunststoff-Steckerwand zerstört, und es kommt zu Kurzschlüssen.

• Wenn alle Kabel im Stecker eingeführt sind, die Steckersicherung einpressen.

• Mit dem Durchgangsmesser bzw. Multimeter an beiden Steckern jedes Kabel überprüfen, ob Kontakt besteht.

• Und noch ein Hinweis: Die untere Reihe im Stecker kann leichter eingeschoben werden, wenn die Sicherung komplett herausgenommen ist. Aber bitte daran denken, sie einzufügen, bevor mit der oberen Reihe begonnen wird.

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Verbindungsstücke Damit wir die BMS-Kabel von Box 2 (2 Stück) und Box 3 (1 Stück) mit Box 1 verbinden können, benötigen wir Verbindungsstücke. Ein Ende dieser Verbindungsstücke liegt außerhalb von Box 1, das andere innerhalb. Die Verbindungsstücke sind 50 cm (Box 2) und 70 cm (Box 3) lang und werden wie gerade beschrieben zugeschnitten, abisoliert, gelötet und gecrimpt.

Aber Achtung: Nur auf der Seite von Box 2 bzw. Box 3 können die Kabel bereits in das Steckergehäuse eingeführt werden. Am anderen Ende müssen wir die einzelnen Kabelpositionen definieren und entsprechend durchnummerieren – zum Beispiel, indem ein transparenter Kabelschuh mit einem wasserfesten Stift beschriftet und übergestülpt wird. Der Vorteil: Der Kabelschuh schützt und kennzeichnet das Terminal, lässt sich aber auch leicht wieder entfernen (Abb. 22). Wie gesagt: es darf zu keiner Verwechslung kommen.

Wellrohr 10-12 mm Innendurchmesser, ca. 6 m, schwarz 15 mm Innendurchmesser, ca. 6 m, orange Abb. 22

Kabelschuhe Transparent Kabelverschraubungen 2 × M32 × 1,5, 11-21 mm, z.B. Lapp 53111040 1 × M20 × 1,5, z.B. RND 465-00375 1 × M16 × 1,5, 4,5 – 10 mm, z.B. Lapp 53111210 Lötzinn 1 mm Abb. 23

Das Einführen der Kabel in die Steckverbinder erfolgt innerhalb von Box 1 folgendermaßen: • Kabelverschraubungen aufziehen, mit denen die Kabel innerhalb und außerhalb der Wand von Box 1 befestigt werden, und Kabel durch die Bohrungen führen (Abb. 23).

• Arbeitsplatz einrichten: Gutes Licht und ein Stuhl sind wichtig (Abb. 24).

• Karton auf die Moduleinheit legen und Werkzeug platzieren (Spitzzange zum Nachpressen und ggf. Schraubendreher zum Nachschieben) (Abb. 25).

• Dann Terminals in Stecker einfügen (Prozess wie gerade skizziert).

Verbindungsstück Box 1 zu Box 2 (4 Positionen)

Isolierband Orange und schwarz

WERKZEUG Abisolierzange Crimpzange 0,1-2,5 mm2 bzw. AWG 27-13 (z.B. Knipex 97 52 34) Bitte vorab im Netz zum richtigen Crimpen informieren!

Abb. 24

Lötkolben

Von Box 1 zu Box 2 führen zwei BMS-Kabel – eines mit 4 Positionen, eines mit 25 Positionen (in einem 32-Positionen-Steckverbinder).

Ratschenkabelschneider

Beim Kabel mit den 4 Positionen (2 × weiß, 2x blau) ergibt sich die Herausforderung, dass es uns nicht gelungen ist, die Stecker-Kombination zu recherchieren. Deshalb haben wir uns für folgendes Vorgehen entschieden:

Seitenschneider

Wir trennen den Stecker mit ca. 2 cm Kabel ab und verlängern das Kabel, indem wir vier 50 cm lange Stücke einfügen. Das bedeutet: Nachdem wir die verlängerten Kabel in Box 1 eingeführt haben, löten wir den Stecker mit den ca. 2 cm Restkabel an.

Schraubendreher max. 2 mm

Spitzzange

Abb. 25

111

So geht’s – 4.5 Kabel im Motorraum anschließen

WERKZEUG

Ordentlicher Kabelsalat

Metallsäge, Feile Schraubendreher

Kabel im Motorraum anschließen – das ist schlichter formuliert als es tatsächlich ist. Denn insgesamt müssen ein gutes Dutzend Komponenten bzw.

System-Bestandteile miteinander verbunden werden (Übersicht, S. 179).

Da heißt es, Überblick behalten und systematisch vorgehen.

Grundvoraussetzung, dass wir im Motorraum überhaupt Kabel anschließen können, ist eine weitgehend ausgeführte (aber nicht aktive) HV-Verkabelung. HV-, BMS- und Ladekabel müssen also im Motorraum angekommen sein. Wie das bewerkstelligt wird, erläutern wir auf Seite 114.

Gabelschlüssel 10 mm Metallbohrer 6 mm

Abb. 27: Zur Befestigung der Abzweigdose bietet sich links das Gewinde der rechten Eckschraube des DC/DC-Wandlers an (schwarze Schraube).

Abzweigdose 134 × 89 × 40 mm, IP54 Kabelbinder Mehrere Größen

Eine zweite Voraussetzung ist eine fertig verkabelte Junction Box (J/B). Das bedeutet: Das Kabel des DC/DC-Wandlers, die HV-Kabel von Box 1 und 3 sowie das Ladekabel und das Kabel für die HV-Heizung müssen angeschlossen sein. Das ist nötig, weil wir erst dann das Ladegerät auf die J/B aufsetzen können.

Sind diese beiden Bedingungen erfüllt, können wir uns der Frage zuwenden, wie die Komponenten im Einzelnen angeschlossen werden und welche Steckverbinder dazu erforderlich sind. Um diese Arbeiten nachvollziehbar und in der nötigen Qualität ausführen zu können, haben wir die Kabelverläufe für jede einzelne Komponente erfasst (S. 172). Nach diesen Vorlagen sind wir Schritt für Schritt vorgegangen. Ähnlich wie die HV-Kabel sollten auch alle anderen Kabel durch Wellrohr geführt werden. Dazu haben wir rund 40 Meter schwarzes Wellrohr mit den Innendurchmessern 4, 7, 10 und 13 mm bestellt – ungeschlitzt, aber auch geschlitzt, um jede Anforderung abdecken zu können.

Gute Dienste im Sinne der Kabelführung und -fixierung leisten zudem Kabelbinder. Auch hier sollte man nicht zu knapp kalkulieren und unterschiedliche Größen in ausreichender Stückzahl zur Verfügung haben. Für die Kabelführung bietet sich das Aluminium-Winkelprofil bzw. die Trägerschiene an, auf der das Akustische Warnsignal, die HV-Heizung und der Mini-Kühler montiert sind (Abb. 26). So lässt sich zumindest schon mal etwas Ordnung schaffen angesichts der doch beeindruckend großen Zahl an Kabeln.

Last but not least darf beim Verlegen und Anschließen der Kabel im Motorraum natürlich schwarzes Isolierband nicht fehlen.

112

MATERIAL

Kabelverschraubungen 9 × 16 mm, 2 × 20 mm Isolierband Schwarz Abb. 26: Das Alu-Winkelprofil der Trägerschiene leistet wertvolle Hilfe bei der Kabelführung.

Kabel-Trägereinheit zur Montage am Unterboden Alu-Flachstange Mind. 1,2 Meter, 20 × 2 mm (B × H)

Kabelbox Im Motorraum befindet sich vor dem Ladegerät ein zentraler „Knotenpunkt“, an dem zahlreiche Kabel über Wago-Klemmen miteinander verbunden werden (Details, S. 179). Um diese Kabel vor Witterungseinflüssen zu schützen, installieren wir eine Abzweigdose mit insgesamt elf Kabelverschraubungen.

Die Dose nennen wir treffender Weise „Kabelbox“. Sie wird sowohl am DC/DC-Wandler (Abb. 27) und über einen Minihalter an der Befestigungsschraube für das Ladegerät (Abb. 28) fixiert.

Abb. 28: Rechts fixieren wir die Kabelbox über einen Mini-Halter an der Befestigungsschraube für das Ladegerät.

20 × M6 × 10 mm Rundkopfschlitz-Schraube mit Muttern 6 Stück Kunststoff-Muttern Bei Ausbau der Kraftstoffleitungen aufheben!

Mini-Halter für Abzweigdose Metall, 25 × 10 mm (L × B), zwei Bohrungen: 5 mm und 8 mm, M5er Inbus-/Kreuzschlitzschraube 10 mm (L)

12 V-Batterie Am Pluspol der 12 V-Batterie ist zwar nicht so viel los wie in der Kabelbox. Aber mehrere Komponenten benötigen eine Versorgung (S. 173). Der DC/DC-Wandler und die mit 80 A abgesicherte Hyraulikpumpe sind direkt angeschlossen. Die übrigen Komponenten sind über eine mit 10 A abgesicherte Wago-Klemme angebunden (Abb. 29).

Sicherungen 1 × 10 A, 1 × 80 A Wago-Klemmen Kabelbox: 5 × 2 Pos., 3 × 3 Pos., 2 × 5 Pos. 12 V-Batterie (Pluspol): 1 × 5 Pos.

Masseanschlüsse Beim Thema Verkabelung dürfen wir natürlich auf keinen Fall die Masseanschlüsse vergessen. Im Gegenteil: Sie müssen sehr sorgfältig ausgeführt werden. Eine Übersicht der erforderlichen Anschlüsse zeigt Seite 181.

Alu-U-Profile Mind. 4,2 Meter, 25 × 25 × 2 mm (B × H), 1370 mm (L)

Abb. 29: Absicherung von 12 V-Verbrauchern am Pluspol mit 10 A.

Wellrohr Schwarz, Durchmesser 4, 7, 10, 13 mm, geschlitzt und ungeschlitzt

113

So geht’s – 4.5 Kabel im Motorraum anschließen

Kabel am Unterboden

Montage der Trägereinheit:

Zurück zu den HV-, BMS- und Ladekabeln: Wie kommen sie eigentlich in den Motorraum? Glücklicherweise können wir den Platz nutzen, der durch den Ausbau von Abgasanlage und Kraftstoffleitung frei geworden ist. Das macht es nicht nur leichter, sondern hat einen weiteren Vorteil: Der Bodenabstand wird nicht verringert, was für die Zulassung des Fahrzeugs wichtig ist.

• Hitzeschutzblech und Trägerschiene (Abb. 30) voneinander trennen.

HV-Kabel und Ladekabel

• Vom Motorraum aus betrachtet im rechten Alu-U-Profil das Ladekabel einlegen, in der Mitte das HV-Kabel von Batteriebox 1 zum Wechselrichter und schließlich links das HV-Kabel von Batteriebox 2 zur Batteriebox 3.

Im Volvo 850 ist die Abgasanlage in einem Hitzeschutzschild verlaufen. Dieses Schild aus Aluminium-Blech ist bestens geeignet für einen Kabelkanal, in dem das Ladekabel sowie die HV-Kabel von Box 1 zum Wechselrichter und von Box 2 zur Box 3 gut geschützt verlaufen können. Alles, was wir benötigen, ist eine Trägereinheit, die mit dem Hitzschutzblech verbunden wird.

• Trägerschiene unter dem Fahrzeug platzieren – am besten mit Hilfe von Karton ca. 25 cm erhöhen (Abb. 33). Dann lassen sich die Kabel leichter in die Alu-U-Profile, die als Führungsschienen dienen, einlegen bzw. eindrücken.

Abb. 30: Die Trägereinheit probeweise am Hitzeschutzblech befestigt.

• Die Kabel werden durch die Höhe der Alu-U-Profile (25 mm) zwar gut geführt. Dennoch sichern wir sie an den vier Brücken zusätzlich mit Kabelbindern (Abb. 34, rechts im Bild).

Das Hitzeschutzblech ist an vier Stellen mit dem Unterboden verschraubt, und zwar ebenfalls über Blechschrauben, die aus dem Unterboden herausragen. An diesen vier Stellen installieren wir „Brücken“, an denen drei Alu-U-Profile angeschraubt sind. Zusammen bilden sie die Trägereinheit (Abb. 30).

• Das Hitzeschutzblech über die Trägerschiene führen und beides miteinander verschrauben: Das ist durch die Enge unter dem Fahrzeug nicht einfach. Aber mit einer Ratsche (mit Schlitzaufsatz) und einem 10er Schlüssel zum Gegenhalten ist es machbar.

Die Brücken werden aus Alu-Flachstange (20 mm breit, 2 mm stark) zugeschnitten. Da das Hitzeschutzblech vorne breiter als hinten ist, müssen die Brücken unterschiedlich lang sein, nämlich 240 mm, 245 mm, 320 mm und 325 mm. Links und rechts bohren wir in die Brücken 6 mm Löcher zur Befestigung der Brücken am Hitzeschutzblech (Abb. 31). Dazu nutzen wir M6er Rundkopf-Schlitzschrauben (Länge 10 mm) und Muttern.

• Dann die Trägereinheit (Hitzeschutzblech und Trägerschiene) am Unterboden mit den (Gummi-) Muttern befestigen (Abb. 35, Folgeseite).

Abb. 33

Abb. 31

Die Brücken werden mit drei Alu-U-Profilen (25 mm × 25 mm × 2 mm, 1370 mm lang) verschraubt, in denen die Kabel geführt werden. Deshalb bohren wir sowohl in die vier Brücken als auch in die Alu-U-Profile jeweils drei 6 mm Löcher. Auch hier nutzen wir zum Verschrauben M6er Rundkopfschlitz-Schrauben mit den entsprechenden Muttern (Abb. 30).

Achtung: Am hinteren Ende (vor Box 2) bitte darauf achten, dass die U-Profile etwa 100 mm vor dem Ende des Hitzeschutzblechs enden – ansonsten lassen sich die Kabel, die um die Box 2 herumgeführt werden, nicht in die U-Profile einführen (Biegegrad reicht nicht) (Abb. 32).

Abb. 32 Abb. 34

114

115

So geht’s – 4.5 Kabel im Motorraum anschließen

Batterie-Steuerkabel und BMS-Kabel (Box 1 zu Box 3)

Kabel zwischen Box 1 und Box 2

Die Kraftstoffleitung war in einem leicht vertieften Kanal verlegt und an sechs Blechschrauben, die aus dem Unterboden herausragen, sowie über eine Kunststoff-Klemme befestigt. Wir nutzen die Schrauben und die Klemme, um sowohl das Batterie-Steuerkabel als auch das BMS-Kabel (von Box 1 zu Box 3) in den Motorraum zu führen (Abb. 35). Alles, was wir zusätzlich benötigen, sind Schellen und die Kunststoff-Muttern, die wir nach dem Ausbau der Kraftstoffleitung aufgehoben haben.

Damit wären wir am Unterboden fast fertig. Eine Aufgabe bleibt allerdings noch: Wie auf Seite 110 bereits erwähnt, werden die BMS-Kabel von Box 1 zu Box 3 sowie von Box 1 zu Box 2 (24 Pos.) außerhalb von Box 1 zusammengesteckt. Diese Verbindungen müssen wir gegen Witterungseinflüsse schützen.

Dazu nutzen wir wiederum Abzweigdosen (Abb. 36).

Notizen

Zusätzlich befestigen wir das Batterie-Steuerkabel, das HV-Kabel zum Wechselrichter und das BMS-Kabel zur Box 3 hinter der Hinterachse mit Schellen an der Karosserie (Abb. 37). Dazu nutzen wir ein vorhandenes M6er Gewinde. Damit wir drei Kabel mit einer Schraube befestigen können, benötigen wir neben zwei Standardschellen zusätzlich eine „Sonderanfertigung“ (Abb. 38).

Abb. 36

Abb. 37

Abb. 35: Den Kanal des Hitzeschutzschilds der Abgasanlage (Bildmitte) sowie die Vertiefungen für die Kraftstoffleitungen (rechts) nutzen wir zur Kabelführung vom Heck in den Motorraum.

116

Abb. 38

117

So geht‘s / Elektrik und Steuerung

So geht’s – Kapitel 5:

Ladeinfrastruktur

118

5.1 Ladegerät vorbereiten und montieren

120

5.2 Ladebuchse verkabeln

122

119

So geht’s – 5.1 Ladegerät vorbereiten und montieren Und noch’ne Platine

Platinentausch im Ladegerät Wer sein Fahrzeug an einer normalen Steckdose (220 V) oder an öffentlichen Wechselstrom-Ladesäulen laden will, benötigt im Auto ein Ladegerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Da das Ladegerät am öffentlichen Netz betrieben wird, muss es zudem entsprechende Normen erfüllen.

Aus diesem Grund ist es ratsam, auf ein Produkt zurückzugreifen, das speziell für diesen Zweck entwickelt wurde. Da Tesla Marktführer für Elektroautos ist, gibt es auch gebrauchte Ladegeräte auf dem Markt. Ein weiterer Grund, der für Tesla spricht: Schon die Ladegeräte der Generation 2 können ein-, zwei- oder dreiphasig laden, und zwar mit einer Leistung von 10 kW an einem 400 V-System, was für unser Nutzungs- bzw.

Fahrprofil genau richtig ist.

Die Tesla-Platine ist mit sechs Torx-Schrauben befestigt. Nach dem Entfernen sehen wir die beiden Anschlüsse (Abb. 2): Der Steckverbinder (rechts im Bild) verbindet das Ladegerät über Junction Box und Wechselrichter mit der Antriebsbatterie. Der Steckanschluss (links oben) führt zum Ladekabel.

Damit sind wir allerdings noch nicht ganz am Ziel. Die Open Source-Platine steuert zwar den Ladevorgang. Aber wir brauchen eine weitere (kleine) Platine, die – sobald das Ladekabel eingesteckt ist – diejenigen Komponenten einschaltet, die zum bzw. beim Laden erforderlich sind. Das sind neben dem Ladegerät die Wasserpumpe, die VCU, das BMS und der DC/ DC-Wandler.

Diese kleine Platine ist über vier Kabel mit der Open Source-Platine verbunden (Abb. 4). Also den Lötkolben nochmals anwerfen und die Kabel an folgende Positionen anlöten (jeweils von unten nach oben gezählt): • Linke Reihe: rot an Position 4, grün an Position 10.

• Rechte Reihe: orange an Position 7, schwarz an Position 9.

Auf der kleinen Platine werden die Kabel wie folgt angeschlossen (Abb. 5): • SW: orange • 12 V: rot • Masse: schwarz • CP: grün.

Doch natürlich gilt auch für das Tesla-Ladegerät: Es lässt sich nicht einfach in unser Umrüstfahrzeug einbauen und einschalten. Damit wir es nutzen können, muss die Steuerplatine getauscht werden. Glücklicherweise sind wir nach der erfolgreichen Transplantation im Wechselrichter mit dem Wechseln von Platinen schon geübt. Dass wir überhaupt eine Open Source-Platine haben, die wir nutzen können, ist wieder der openinverter-Community zu verdanken (siehe Material).

Das Innenleben Wir öffnen das Ladegerät, indem wir die acht Torx-Schrauben lösen und den Deckel abnehmen. Die Platine oben links werden wir entfernen und durch unsere Open Source-Steuerplatine ersetzen (Abb. 1).

Abb. 1

120

Abb. 2

Die Open Source-Platine gibt es in zwei Varianten – entweder fertig bestückt (teuerer) oder nicht fertig bestückt (günstiger).

Wer sich für die günstige Variante entscheidet, muss sich einige Komponenten besorgen (siehe Material) und die Platine selbst bestücken. Mit einem guten Lötkolben, dem richtigen Elektrolötzinn und mit einer ruhigen Hand ist das machbar.

Wir löten also die Stecker für die beiden genannten Anschlüsse sowie den Stecker für das WLAN-Modul auf die Platine. Anschließend können wir die Platine einbauen und festschrauben (Abb. 3).

Damit ist der Platinentausch erfolgreich abgeschlossen. Wir können also den Deckel aufsetzen und festschrauben. Und falls DC/DC-Wandler und Junction Box bereits verkabelt sind, kann das Ladegerät auf der Alu-Trägerplatte montiert werden.

Hinten links ragt bereits die M8er Schraube aus der Alu-Platte heraus. Wir schieben nur noch eine Abstandshülse darüber und setzen dann das Ladegerät auf DC/DC-Wandler und Junction Box. Vorne rechts stecken wir eine M10er Schraube durch die Öffnung am Ladegerät, setzen auch hier eine Abstandshülse ein und führen die Schraube dann weiter durch die Alu-Platte.

MATERIAL Open Source-Platine 1 (www.evbmw.com) zur Steuerung des Ladevorgangs; muss mit einigen Zusatzkomponenten bestückt werden, und zwar mit: • Samtec Stromanschluss (Teilenummer: IPS1-115-01-S-D-PL) • FCI Headers & Wire Housing 36P STR SR TMT HDR / Sockel und Kabelgehäuse (Teilenummer 77311-401-36LF) • JST Automotive Connector 2 mm CPT DBL RW MALE / Steckverbinder (Teilenummer SM24B-CPTK-1A-TB (L) • TE Connectivity Automotive Connector • 025 24 POS CAP ASY / Steckverbinder • (Teilenummer 1-1318853-3) • WLAN-Modul openinverter.org/shop Open Source-Steuerplatine 2 www.openinverter.org/shop zum Einschaltern der Komponenten, die am Ladevorgang beteiligt sind.

Abb. 4

Ladegerät an Alu-Trägerplatte 1 × M8 × 120 mm (hinten links) Senkkopf-Innensechskantschraube mit Schaft Abstandshülse Höhe 65 mm (Durchmesser 15 mm) 1 × M10 × 120 mm (vorne rechts) Senkkopf-Innensechskantschraube mit Schaft Abstandshülse Höhe 60 mm (Durchmesser 15 mm) Elektrolötzinn

WERKZEUG Torx-Schraubenzieher (TX20) Abb. 3 Die fertig bestückte Platine eingebaut.

Abb. 5

Lötkolben

121

So geht’s – 5.2 Ladeinfrastruktur

Ladebuchse verkabeln Im Kapitel „Elektrik und Steuerung“ haben wir bereits erwähnt, dass wir uns für das Typ2-Ladestecker-System entschieden haben. Das hat Auswirkungen auf das Kabel, das wir zum Laden benötigen.

Das Typ2-Ladestecker-System ist dadurch gekennzeichnet, dass es neben den fünf Anschlüssen für Wechselstrom (PE, N, L1, L2, L3) über zwei sogenannte Kontaktpins verfügt. Da ist zum einen der Proximity Pilot bzw. Plug Present (PP). Er meldet nicht nur, dass ein Ladekabel angeschlossen ist, sondern auch, wie groß der Ladestrom höchstens sein darf – abhängig vom Widerstand bzw. Leitungsquerschnitt des Ladekabels. Der Control Pilot (CP) wiederum teilt dem Fahrzeug mit, welche Ladeleistung maximal möglich ist. Ohne in die Details der Steuerung des Ladevorgangs einzusteigen, lässt sich festhalten: Beide Kontaktpins spielen eine wichtige Rolle.

Für die Ladebuchse bedeutet das, dass das Kabel aus sieben Leitern bestehen muss. Die Wechselstromanschlüsse decken wir über eine schwere Gummileitung ab, die für hohe Beanspruchung und den Einsatz im Freien geeignet ist: fünfadriges H07RN-F-Kabel mit feindrähtigen Kupferlitzen und einem Querschnitt von 2,5 mm2. Die Kontaktpins schließen wir mit Kupferlitzen in rot bzw. gelb (Querschnitt 0,14 mm2) an.

In 5 Schritten die Ladebuchse verkabeln 1.Kabel zusammenfügen Die beiden Kontaktpin-Kabel fixieren wir mit Klebeband auf der Ummantelung des H07RN-F-Kabels.

2. Ladebuchse bearbeiten Wir nehmen unsere Ladebuchse, öffnen die Schelle der Schutzmanschette, entfernen sie und schrauben den Stecker aus dem Gehäuse. Zu den Positionen für die einzelnen Anschlüsse siehe Seite 170.

Die einzelnen Adern am besten mit einem Kabelschuh versehen. Dann lassen sie sich leichter an den Stecker der Ladebuchse löten. Das gilt besonders für die Kontaktpins. Bitte dabei darauf achten, gelb (PP) an das „Long Terminal“ und rot (CP) an dastanzuschließen (Abb. 6).

3. Ladebuchse einsetzen Nachdem alle Adern verlötet sind, kann der Stecker wieder ins Gehäuse der Ladebuchse eingesetzt werden.

durch das Alu-Profil vor Witterungseinflüssen geschützt. Wir können daher für dieses Teilstück oranges Wellrohr mit einem Innendurchmesser von 15 mm einsetzen.

5. An das Ladegerät anschließen Im Motorraum teilt sich unser Ladekabel: Das fünfadrige H07RN-F-Kabel erden wir an der Fahrzeugkarosserie (Y-GN).

Die übrigen vier Leiter verbinden wir über einen Molex-Steckverbinder (6 Positionen) mit dem Wechselstrom-Eingang des Ladegeräts (Abb. 9, linker Steckverbinder). Dabei haben wir allerdings eine kleine Aufgabe zu lösen. Denn den drei Neutralleitern (weiß) im Ladegerät an den Positionen 2, 4 und 6 steht nur ein blauer Neutralleiter des Ladekabels gegenüber. Wir lösen die Aufgabe mit einer Wago-Klemme. Das bedeutet: Der blaue Neutralleiter des Ladekabels geht in die Wago-Klemme, aus der drei blaue Kabel in die Positionen 2, 4 und 6 des Molex-Steckers führen. Die beiden Kontaktpin-Kabel laufen in schwarzem Wellrohr um das Ladegerät herum in einen weiteren Molex-Stecker mit 12 Positionen (S. 181).

Abb. 8: Zum Schutz vor Steinschlag führen wir unser Ladekabel durch einen Metallschlauch mit PVC-Ummantelung.

Damit wäre die Verkabelung der Ladebuchse abgeschlossen.

Es fehlt nur noch der Einbau hinter dem Tankdeckel (Abb. 10).

Das ist etwas „tricky“, da die Platzverhältnisse sehr beengt sind. Wir schaffen es, indem wir Gummimanschette und Ladebuchse zunächst hinter dem Blech der Tanköffnung in Position bringen. Dann stülpen wir die Gummimanschette über die kreisrunde Öffnung und ziehen die Ladebuchse nach.

Ist das geschafft, bleibt eine letzte Aufgabe: Die Befestigung des Ladekabels im Radkasten. Durch den Metallschutzschlauch hat der Außendurchmesser unseres Ladekabels deutlich zugelegt. Wir benötigen daher drei Metallschellen mit einem beachtlichen Durchmesser von mindestens 28 mm. Fixiert werden die Schellen auf zwei Gewinden, die auch den Kunst-

Abb. 9

Beim Volvo saß der Tankstutzen in einer Gummimanschette, die wir nun wieder als schützende Ummantelung und zur Fixierung gebrauchen können. Der Umfang der Gummimanschette passt zum Umfang der Ladebuchse. Allerdings müssen wir auf der Rückseite der Gummimanschette die Öffnung vergrößern. Nur dann passt der Stecker durch (Abb. 7). Im nächsten Schritt ziehen wir die Gummimanschette der Typ2-Ladebuchse wieder auf.

Abb. 6: Die Kontaktpin-Kabel (gelb und rot) werden an das Long und Short Terminal der Ladebuchse gelötet.

122

4. Wellrohr über das Kabel schieben Da unser Ladekabel im Radkasten verläuft (Abb. 11, Folgeseite), muss es zuverlässig gegen das Eindringen von Wasser und gegen Steinschlag geschützt sein. Daher ziehen wir für etwa zwei Meter (von der Ladebuchse bis zum Beginn der Alu-Trägereinheit im ehemaligen Abgaskanal) einen Metallschutzschlauch mit PVC-Ummantelung über (Abb. 8). Erst dann führen wir das Ladekabel durch oranges Wellrohr (Innendurchmesser 23 mm). Der Rest der Strecke bis in den Motorraum ist

Abb. 7: Rückansicht des Ladekabels – bereits in der Original-Gummi­ manschette aus der Tanköffnung des Volvo. Aber noch ohne die Schutzmanschette, die zur Ladebuchse gehört, und noch ohne Schutzund Wellrohr.

Abb. 10: Die Ladebuchse vor der Original-Gummimanschette aus dem Volvo.

123

So geht’s – 5.2 Ladebuchse verkabeln

Pin 7 ist innerhalb des Ladegeräts mit Masse (Pin 1) verbunden.

Im Gegensatz zu der 12 V-Versorgung lässt sich mit diesem Pin ein eingestecktes Kabel selbst dann erkennen, wenn die Ladesäule stromlos ist. Ist diese Verbindung vorhanden, darf das Fahrzeug nicht mehr bewegt werden, d.h. der Motor darf sich nicht mehr drehen.

Es gibt viele Wege, das zu erreichen, am elegantesten ist ein digitaler Eingang der VCU. Die VCU schaltet dann den Wechselrichter in Neutralgang.

Pin 10 schaltet die Relais im Fahrzeug ein, sobald der Ladevorgang beginnen kann. Die eigentliche Steuerung des Ladevorgangs geschieht über den CAN Bus in der VCU. Pin 1 muss also auf Fahrzeugmasse liegen, Pin 2 wird zur VCU UND zu den Laderelais geführt. Pins 7, 8 und 9 gehen ebenfalls zur VCU. Pin 10 wieder zu den Laderelais.

Es ist sinnvoll, zwischen Pin 10 und den Relais einen gut versteckten Not-Aus-Taster zu schalten. Manche Ladestationen hängen sich derart auf, dass sie die Relais nicht mehr freigeben und somit sich auch der Ladestecker nicht mehr ziehen lässt.

Nach Betätigen des Not-Aus wird dieser Teufelskreis durch­ brochen.

Abb. 11: Das Kabel der Ladebuchse im Radkasten sicher fixiert.

stoffeinsatz im Radkasten halten. Für die dirtte Position (Abb. 11, rechts unten) bohren wir ein Loch von 4 mm in die Karosserie und schrauben die Schelle mit einer entsprechenden Blechschraube an. Jetzt ist unser Ladekabel nicht nur gegen äußere Einflüsse gut geschützt, sondern auch sicher im Radkasten befestigt.

CHAdeMO

Minuten. Anschließend wird der Ladestrom heruntergeregelt.

In einem CHAdeMO-Stecker gibt es sieben Steuerleitungen (Abb. 12): 1: Masse

3: unbelegt

Zu unserem Spenderfahrzeug gehörte sogar eine CHAdeMO-­ Buchse mit etwa einem Meter HV-Kabel und einem kurzen Steuerkabel. Hätten wir sie nutzen wollen, hätten wir die HV-Kabel zunächst an die beiden Laderelais geführt, die wir in Batteriebox 1 untergebracht hätten. Geeignete Relais finden sich übrigens im PDM (Power Distribution Module) des Leaf-Spenderfahrzeugs.

8/9: CAN High, CAN Low

Die Ladeströme über CHAdeMO erreichen üblicherweise 125 A. Es gibt aber auch Varianten mit 250 A. Ein leerer 24 kWhLeaf-Akku darf mit bis zu 230 A geladen werden, die 30 kWhVariante mit 250 A. Diese Ströme fließen jedoch nur für einige

Pin 4 wird von der VCU auf Masse geschaltet, damit der Ladevorgang beginnen kann. Es ist eine Redundanz zur Kommunikation über CAN Bus.

1

4: Laden Fahrzeug erlaubt

3

5/6: Ladestrom +/-

2 4

7: Brücke auf 1, Stecker eingesteckt -> Interlock

6

5

10: Laderelais EIN (geschaltete Masse) Das Ladegerät liefert auf der 12 V-Leitung bis zu 2 A, die zur Aktivierung diverser Systeme genutzt werden können, unter anderem für die Laderelais.

Seitenschneider Lötkolben

MATERIAL Ladebuchse: Typ 2, 32 A, 3 Phasen (z.B. DUO LD T2 32M 3P) Ladekabel: H07RN-F, 5-adrig, Querschnitt 2,5 mm², 4,5 Meter Kontaktpin-Kabel: Kupferlitze gelb und rot, Querschnitt 0,14 mm2, jeweils 4,5 Meter

Metallschutzschlauch: Mit PVC-Ummantelung, Außendurchmesser 21 mm, Innendurchmesser 17 mm, 2 m (z.B. Flexa SPR-PVC-AS) Metallschellen: M32, Durchmesser 31 mm, 3 Stück

7 9

Abisolierzange

Verkabelung Ladebuchse und Anschluss ans Ladegerät: • Steckverbinder: Molex Sabre Rcpt Hsg / Sockel und Kabel­ gehäuse, 6 Pos., 1 Stück (Teilenummer: 44441-3006) • Pin: Molex Sabre Term F 18-20, 6 Stück (Teilenummer 43375-3001) • Steckverbinder: Molex CONN RCPT HSG 12POS 5.84 MM, 1 Stück (Teilenummer: 0194180026) • Pin: Molex MX 150 F 14 – 16 AWG R, 12 Stück (Teilenummer 33012-2001)

2: 12 V

Im Volvo 850 electric haben wir uns zwar für das Typ2-Ladestecker-System entschieden, da Udo hauptsächlich über Nacht zu Hause an der Wallbox laden wird. Dennoch wollen wir kurz auf die Vorteile der CHAdeMO-Ladebuchse eingehen. So ist sie beispielsweise einfach ins HV-System zu integrieren, und an den meisten Schnellladesäulen besteht die Möglichkeit, über CHAdeMO zu laden.

124

CHADEMO

WERKZEUG

8 10

Wellrohr: Orange, Innendurchmesser 15 und 23 mm Wago-Klemme: 1 × 5 Positionen

Abb. 12: Anschlüsse (PINs) CHAdeMO-Buchse

Elektrolötzinn

125

So geht‘s geht’s –/ Elektrik 6.3 Zulassung und Steuerung

So geht’s – Kapitel 6:

Stabilität und Schutz

126

6.1 Rahmenversteifung und Aufprallschutz

128

6.2 Spritz- und Steinschlagschutz

130

127

So geht’s – 6.1 Rahmenversteifung und Aufprallschutz

Verwindungssteif und aufprallsicher Volvos werden wegen ihrer stabilen Bauweise auch als „Schwedenpanzer“ bezeichnet. Zu Recht. Allerdings haben wir die Struktur im Heck verändert.

Daher müssen wir für Ausgleich sorgen.

128

WERKZEUG

Heißluftgerät mit Schweißschuh

Dazu nutzen wir eine Kunststoffbox, wie sie auch zum Frischhalten von Lebensmitteln verwendet wird (Maße 200 × 150 × 140 mm). Zur Befestigung der Box auf der Trennschalter-Einheit schaffen wir eine Aussparung im Boxboden, bohren zwei Löcher (6 mm) in den verbleibenden Boden und verschrauben die Box mit zwei Innensechskant-Schrauben über die vorhandenen Gewinde in der Trennschalter-Einheit (Abb. 3 und 4).

Multitool mit Säge für Hart-PVC alternativ: Bügelsäge Winkelschleifer mit 180 mm Schleifscheibe Schraubstock und Schraubzwingen (Kantholz zum Biegen des PVC)

Genau Maß nehmen

Mit dem Stabilisierungskreuz kompensieren wir das Herausschneiden der Reserveradmulde. Aber der Einbau von Box 1 im Heck erfordert ein weiteres Sicherheitselement. Zwar ist der in Deutschland erforderliche Mindestabstand (300 mm) einer HV-Komponente (Box 1) zum Fahrzeugende erfüllt. Dennoch entscheiden wir uns, einen Aufprallbügel (Abb. 1, Maße, S. 188) zu montieren. Dazu nutzen wir den Rest der Reserveradmulde.

An ihr befestigen wir ein gebogenes Edelstahlrohr (Durchmesser 25 mm). Es soll bei einem Heckaufprall die Kräfte über die Reserveradmulde und den Rahmen ableiten. Da das Blech der Reserveradmulde nur 1,5 mm stark ist und wir ein Ausreißen des Rohrs im Falle eines Aufpralls verhindern müssen, verschweißen wir es auf großflächigen Haltern. Sie werden über Gegenstücke auf der Außenwand der Reserveradmulde miteinander verschraubt (Abb. 2).

In Box 1 haben wir auch die Trennschalter-Einheit platziert (S. 48). Wir müssen allerdings noch dafür sorgen, dass beim Ziehen des Trennschalters ein Kontakt mit der 12-Modul-Einheit und der Pre-charge Unit ausgeschlossen ist. Deshalb isolieren wir die Einheit vom übrigen Inhalt in Box 1.

Bohrmaschine Stahlbohrer 9 mm, 11 mm

Mit dem Herausschneiden der Reserveradmulde (S. 44-45) haben wir uns zwar die Möglichkeit geschaffen, die Hälfte der Antriebsbatterie-Kapazität im Heck zu platzieren. Allerdings wird dadurch auch die Verwindungssteifigkeit des Fahrzeugrahmens beeinträchtigt. Der Einbau von Box 1 gleicht diesen Verlust nicht aus. Wir müssen also für eine zusätzliche Rahmenversteifung sorgen. Das erreichen wir, indem wir ein Stabilisierungskreuz über Box 1 anbringen (Maße, S. 187). Dazu verwenden wir Vierkant- und Flacheisen, die wir mit unserem Winkelschleifer zuschneiden und bei unserem Schlosser schweißen lassen. Befestigt wird das Kreuz an vorhandenen Bohrungen im Volvo.

Die Herausforderung bei der Herstellung des Stabilisierungskreuzes: Genau Maß nehmen. Das wird dadurch erschwert, dass die Fixierungspunkte (links und rechts oben) jeweils leicht nach außen geneigt sind. Unser Schlosser „heftet“ die einzelnen Teile im ersten Schritt daher nur an. So können wir die Passgenauigkeit vor dem flächigen Verschweißen überprüfen.

Und tatsächlich: Eine Korrekturrunde ist nötig. Aber dann sitzt das Kreuz perfekt (Abb. 1). Wichtig beim Maßnehmen: Auch bei montiertem Stabilisierungskreuz muss es möglich sein, den Trennschalter zu ziehen (siehe Kasten).

Zugang zum Trennschalter

Innensechskant, 5 mm Abb. 1: Mit einem Stabilisierungskreuz auf Batteriebox 1 erhöhen wir die Rahmensteifigkeit und mit einem gebogenen Edelstahlrohr, das von innen und außen mit der Reserveradmulde verschraubt wird, sorgen wir für Aufprallschutz.

Feile Teppichmesser

Abb. 3

Abb. 4

Zum Erreichen des Trennschalters soll lediglich die Kofferraumabdeckung angehoben werden müssen. Daher benötigen wir auch in der schwer entflammbaren Sicherheitsplatte aus Hart-PVC (Maße 565 × 890 mm), die auf Box 1 aufliegt, eine entsprechende Aussparung (Abb. 1, links oben).

MATERIAL Stabilisierungskreuz (Maße, S. 187) Vierkanteisen 25 mm × 25 mm × 2 mm, 2 Meter Flacheisen 40 mm × 4 mm, Gesamtlänge der 4 Teilstücke ca. 40 cm Schrauben: 3 × M8 × 30 mm Sechskant (links und rechts unten sowie links oben), 2 × M10 × 30 mm Sechskant (links und rechts oben)

Abb. 2: Die Gegenstücke auf der Außenseite der Reserveradmulde.

Aufprallbügel (Maße, S. 188) Edelstahlrohr, Durchmesser 25 mm, gebogen, 1 Meter Flacheisen-Winkel (Maße, S. 187) Schrauben: 8 × M8 × 30–40 mm Sechskant

Spritzschutz Hart-PVC-Kunststoffplatten 1000 × 500 mm, schwarz, 2 mm, 5 Stück Schweißdraht für Hart-PVC, 2 Packungen á 35 Stück (15 cm/Stück) Spritzschutz Motorraum (Maße, S. 189) Teil 1: Schraube 1 × M8 × 25 mm Sechskant Halteklammer 1 Stück Teil 2: Flacheisen-Winkel, 2 Stück Schrauben: 2 × M8 × 20 mm Sechskant (die zweite Bohrung der Winkel wird am überstehenden Gewinde der Schrauben

befestigt, die auch die Trägerschiene (S. 170) fixieren Schrauben: 2 × M8 × 40 mm Innen­ sechskant Steinschlagschutz Unterboden (Maße, S. 190 – 193) Schrauben: Befestigung zum Teil an vorhandenen Gewinden/Schrauben, zum Teil über Blechschrauben Isolierung Trennschalter Kunststoffbox, Maße 200 × 150 × 140 mm Schrauben: 2 × 20 mm Innensechskant

129

So geht’s – 6.2 Spritz- und Steinschlagschutz

Wasserdicht und schlagfest Mit großen Schritten nähern wir uns dem Abschluss unseres Umbauprojekts.

Doch einige wichtige Arbeiten sind noch offen, um unseren Volvo verkehrs­ sicher und alltagstauglich zu machen.

Der Motorraum sieht nach einem Elektroumbau natürlich völlig anders aus als vorher. In unserem Projekt ging es dabei bisher vor allem um die Frage, wo und wie die erforderlichen Komponenten sicher befestigt werden können. Jetzt rückt etwas anderes ins Blickfeld: Wie lassen sich die Komponenten gegen Spritzwasser und Steinschlag schützen?

Nun, auf dem Achskörper kann von unten ein Standardschutz von Volvo (Teilenummer 139 7236) befestigt werden. Dadurch ist aber der Motorraum von vorne noch nicht geschützt. Eine entsprechende Vorrichtung müssen wir selbst herstellen. Das klingt anspruchsvoll, und das ist es auch. Allerdings eröffnet es uns die Chance, mit dem Formen und Schweißen von Kunststoff eine ganz neue Fähigkeit zu erlernen.

Wie beim Stabilisierungskreuz ist es auch beim Spritz- und Steinschlagschutz eine Herausforderung, genau auszumessen – vor allem, wenn man auf dem Garagenboden unter dem Auto liegt und kaum fünf Zentimeter Luft über sich hat. Da Messfehler schnell passieren, empfiehlt es sich, zunächst ein Mock-up

Abb. 5: Mock-up des Spritz- und Steinschlagschutzes hinter der vorderen Stoßstange.

130

aus Karton zu erstellen. Das hat Udo getan (Abb. 5). So konnte er seine Messergebnisse prüfen und an der ein oder anderen Stelle auch anpassen.

Erst dann verfügt man über die erforderliche Sicherheit im Umgang mit dem Heißluftgerät und dem Werkstoff PVC. So ist es beispielsweise ärgerlich, wenn man zu schnell zu stark heizt und der Kunststoff unter dem Werkzeug wegschmilzt. Oder man sammelt wichtige Erfahrungen – zum Beispiel, dass sich Kanten einfacher von innen verschweißen lassen (Abb. 7).

Der Herstellungsprozess des Schutzes beginnt mit dem Übertragen der Maße auf die Hart-PVC-Platten. Bleistifte, Kugelschreiber oder Kreide haften kaum. Daher hat Udo die Maße mit einem Teppichmesser eingeritzt.

Zweiteilig

Als erstes werden die Kunststoffplatten zugeschnitten. Wir fixieren eine Platte mit Schraubzwingen auf der Werkbank und bestücken unser Multitool mit einer Säge-Klinge (Abb. 6). Das Werkzeug erweist sich als Mittel der Wahl. Denn die Klinge geht durch den Kunststoff wie durch Butter. Das bedeutet allerdings auch, dass man sehr konzentriert arbeiten muss – damit die Schnitte auch wirklich gerade und auf Maß sind. Mit einer normalen Bügelsäge ist das Zuschneiden des Kunststoffs ebenfalls möglich, wenn auch etwas anstrengender.

Für Teil 1 können wir auf der Fahrerseite ein vorhandenes Gewinde (M8) nutzen; gegenüber befestigen wir den Schutz über eine Halteklammer an der Karosserie (Abb. 9).

Nach dem Zuschnitt empfehlen wir für die folgenden Arbeitsschritte des Biegens und Schweißens von PVC zwei Dinge: Tutorial-Videos und zwei bis drei Probearbeiten.

Wenn Teil 1 und Teil 2 montiert sind, zeichnen wir an, an welcher Stelle Teil 2 an Teil 1 anliegt und verschweißen beide Teile mit unserem Heißluftgerät.

Abb. 6: Mit einem Multitool lassen sich die Hart-PVC-Platten sauber zuschneiden.

Abb. 7: Heißluftgerät mit Schweißschuh und beispielhaften Schweiß­ nähten.

Unser Spritzschutz für den Motorraum besteht aus zwei Teilen (Abb. 8, Maße, S. 189) – beide werden jeweils links und rechts an zwei Stellen fixiert.

Abb. 8

Teil 2 wird mit Winkeln an den Gewinden von zwei M8er Schrauben befestigt. Diese Schrauben fixieren die Trägerschiene für das Akustische Warnsignal, die HV-Heizung und den Mini-Kühler (S. 91) auf dem Rahmen. Das Gewinde der Schrauben ragt unten etwa 20 mm aus dem Rahmen heraus (Abb. 10).

Abb. 9

Abb. 10

131

Notizen

Unterbodenplatten Am Unterboden haben wir das Batterie-Steuerkabel und ein BMS-Kabel dort verlegt, wo bisher die Kraftstoffleitung verlaufen ist (S. 116). Diese Kabel sind zwar durch das orange Wellrohr grundsätzlich geschützt. Wir wollen uns aber gegen den Fall wappnen, dass ein zum Beispiel ein Stein das Wellrohr durchschlägt und ein Kabel beschädigt. Deshalb decken wir diese HV-Kabel sowie alle weiteren Stellen, an denen HV-Kabel sichtbar sind, mit Kunststoffplatten ab (Maße, S. 190 – 193).

Abb. 11: Teil 5 überbrückt den Zwischenraum zwischen Box 1 und Box 2.

Dadurch lassen sich Kabel und Steckverbinder, die bereits in Abzweigdosen verstaut sind, zusätzlich schützen. Denn auch hier müssen wir auf jeden Fall den Eintritt von Feuchtigkeit und Steinschlag verhindern. Die Platte wird an Box 1 befestigt (rechts); durch die paarweisen 3 mm-Bohrungen werden Kabelbinder gezogen.

Zur Befestigung der insgesamt sechs Teile – siehe beispielhaft Abb. 11 – am Unterboden nutzen wir erneut vorhandene Bohrungen bzw. Gewinde. Zudem bohren wir einige 3 mm Löcher und setzen Blechschrauben.

Doch das reicht nicht aus. Wir benötigen mehr Steifigkeit und müssen ein „Flattern“ der Platten verhindern. Dazu setzen wir auf Überlappungen, Verbindungsstücke und Halteklammern (Abb. 12).

= Verbindungen Aufgang Motorraum

Übergang Trägereinheit Trägereinheit

Front

BOX 3

BOX 2

BOX 1 Zwischenraum Box 1 - 2

Achskörper

Batterie-Steuerkabel und BMS-Kabel

Übergang Box 2

Abb. 12: Die Abdeckungen am Unterboden werden zum Teil miteinander verbunden: Teil 3 wird mit zwei Halteklammern am Achskörper-Rahmen fixiert, Teil 3 überlappt Teil 1, Teil 4 überlappt Teil 2, Verbindungsstück zwischen Teil 1 und Teil 2, Verbindungsstück zwischen Spritzschutz vorne und Spritzschutz Achsträger, Teil 5 wird mit Kabelbindern zusätzlich an HV-Kabeln fixiert.

132

133

So geht‘s / Elektrik und Steuerung

So geht’s – Kapitel 7:

Fast am Ziel

134

7.1 Kommunikation und Anzeigen

136

7.2 Probefahrten

138

7.3 Abnahme für Straßenzulassung

140

135

So geht’s – 7.1 Kommunikation und Anzeigen

Analog und digital Die Anzeigen im Volvo 850 electric lassen sich zwar nicht mit den Bildschirmen moderner Elektrofahrzeuge vergleichen. Aber über das Display eines Multimedia-Autoradios in der Mittelkonsole werden wesentliche Betriebsdaten angezeigt.

Es ist Udo zwar nicht leicht gefallen, aber vom Original-Volvo Autoradio (mit Kassettendeck!) musste er sich verabschieden.

Stattdessen leuchtet nun in der Mittelkonsole der Bildschirm eines WLAN-fähigen Multimedia-Radios (Abb. 1). Ein solches Radio ist für die Kommunikation mit der VCU erforderlich.

Gleichzeitig erfüllt es dank Touchscreen auch die Funktion eines Bedienelements. Multimedia-Radios gibt es in unzähligen Varianten. Beim Kauf mussten wir nicht nur auf die Funktionalität achten, sondern auch auf die Abmessungen und den passenden Einbaurahmen.

WLAN per Kabel?

halb tauschen wir den Metalldeckel komplett durch eine Kunststoffabdeckung aus. Auf den Kunststoff kleben wir zur Abdichtung über die gesamte Fläche zwei Millimeter starkes Moosgummi. Doch auch das löst das Problem nicht. Die Abschirmung – so dämmert es uns – besteht wohl eher darin, dass der gesamte Motorraum wie ein metallischer Käfig wirkt, den die WLAN-Signale nur schwer durchdringen können.

Wir greifen daher zur guten alten Kabelverbindung. Das bedeutet: Statt das WLAN-Modul direkt auf die VCU-Platine zu stecken, platzieren wir es im Fahrgastraum in der Mittelkonsole (Abb. 2) und verbinden es über Kabel mit der VCU. Zur Führung der Kabel können wir glücklicherweise eine Öffnung in der Spritzwand nutzen, durch die auch der Wasserschlauch für den Heckscheibenwischer läuft. Und siehe da, die Signale kommen zuverlässig in unserem Multimedia-Radio an, das wir nun als Display nutzen können .

Die VCU-Steuerplatine von Johannes wird mit einem aufgesteckten WLAN-Modul geliefert und sitzt vorne im Motorraum im Metallgehäuse der bisherigen Fenix-Steuerung. Bei unseren Tests zeigt sich, dass die WLAN-Verbindung zwischen VCU und Fahrgastraum nicht stabil ist. Wir vermuten, dass das Metallgehäuse der Grund dafür ist. Es schirmt die Signale wohl zu stark ab.

Anzeigen im Fahrbetrieb

Wir bohren zwei 15 mm Löcher in das Gehäuse und kleiden sie mit Filz aus. Doch die Verbindung ist weiterhin instabil. Des-

Mit Hilfe der Software von Johannes haben wir Zugriff auf die VCU – und damit auf alle Einstellungen und Werte rund um den Betrieb des Fahrzeugs. Das beginnt bei der aktuellen Span-

nung jedes einzelnen Moduls der Antriebsbatterie und reicht bis zur maximalen Temperatur im Heizkreislauf.

Im Fahrbetrieb benötigen wir allerdings nur einige wesentliche Kennzahlen (Abb. 3). Am wichtigsten sind der aktuelle Ladestand, die Motortemperatur und die Bordspannung. Geschwindigkeit, Drehzahl des Elektromotors (ca. 800 im Modus der Fahrbereitschaft) und auch der ungefähre Ladestand über die Tankanzeige (S. 101) werden wie bisher über das Kombiinstrument angezeigt.

Aus dem Ladestand lässt sich auch die Reichweite errechnen.

Auf welcher Grundlage das geschieht haben wir im Kapitel „Basisdaten Volvo 850 electric (S. 29) skizziert. Das heißt: 100 Prozent Ladestand bedeuten bei einer Geschwindigkeit von 90 km/h im Sommer ca. 150 km Reichweite, 75 Prozent etwa 110 km und 50 Prozent etwa 75 km.

Im Modus Fahrbereitschaft zeigt das Display unseres Multimedia-Radios am oberen Rand der Touchscreen zwei Balken bzw.

Schieberegler (Abb. 3). Über einen kann die Rekuperation in drei Stufen eingestellt werden. Über den zweiten lässt sich die Heizung einschalten und die Heizleistung regeln (wau, die 5 kW sorgen ratzfatz für Wärme!). Der Touchscreen-Balken löst also das Heizungsbedienelement in der Mittelkonsole ab. Die dortigen Regler sollten deshalb immer auf „maximal“ stehen.

Im Fahrbetrieb lassen sich die Rekuperation und die Heizleistung verändern. Dass die Heizung regelbar sein muss, ist selbstverständlich. Aber warum die Rekuperation? Nun, auf der Autobahn kann die Rekuperation als störend empfunden werden. Denn meist soll das Fahrzeug einfach nur rollen, wenn der Fuß vom Pedal genommen wird. Zudem ist es bei Glätte sicherer, die Rekuperation abzuschalten. Ihre Einstellung hängt auch davon ab, wo wir unterwegs sind. Auf der Landstraße ist eine mittelstarke Rekuperation etwa vor Kurven sinnvoll. In der Stadt ist dagegen eine starke Rekuperation von Vorteil, weil wir oft anhalten müssen.

Anzeigen beim Laden

Abb. 1: Im Volvo 850 electric werden Anzeigen des Kombiinstruments durch das Display eines Multimedia-Radios ergänzt.

136

Abb. 2: Um eine zuverlässige WLAN-Verbindung zwischen VCU und Display des Multimedia-Radios herzustellen, müssen wir das WLAN-Modul im Fahrgastraum platzieren – und per Kabel mit der VCU verbinden.

Abb. 3: Display-Anzeige in Fahrbereitschaft: Die wichtigsten Kennzahlen im Blick.

Normalerweise wird zum Laden, z.B. an der Wallbox in der Garage, lediglich der Ladestecker eingesteckt. Den Rest erledigt die Software. Wer allerdings den Ladevorgang visualisiert haben will, kann das tun. Dazu wird der Zündschlüssel eingesteckt und in Position II gedreht. Nach dem Log-in ins WLAN zeigt die Darstellung auf dem Display neben den Standardwerten am oberen Rand wiederum zwei Balken bzw. Schieberegler. Allerdings nicht Rekuperation und Heizung, sondern Ladeleistung und Ladelimit (State of Capacity) (Abb. 4).

Abb. 4: Display-Anzeige während des Ladevorgangs: Der Ladestrom als auch das Ladelimit können über die Balken eingestellt werden.

Das Ladelimit gibt uns die Möglichkeit, den Ladevorgang an unser Fahrverhalten anzupassen. Benötigen wir für die normale tägliche Laufleistung beispielsweise nur 30 Prozent der Kapazität, können wir das Ladelimit guten Gewissens auf 80 Prozent setzen. Denn die Antriebsbatterie nicht in jedem Fall voll zu laden, verlängert ihre Lebensdauer. Nur wenn längere Fahrten geplant sind, laden wir bis zu 100 Prozent.

Die Ladeleistung zu reduzieren, ist sinnvoll, wenn über den Schuko-Stecker einer (älteren) Haus-Elektroinstallation geladen werden soll. Schon das Ladekabel begrenzt hier auf etwa 2,5 kW. Über den Balken kann der Wert noch weiter abgesenkt werden. An der Wallbox brauchen wir die Funktion nicht.

137

So geht’s – 7.2 Probefahrten

Einmal um den Block

Der Moment der Wahrheit Bevor wir zu unserer ersten Probefahrt starten, gehen wir nochmal alles durch: Verschraubungen, Masseanschlüsse, Kabelbox, Steckverbindungen, Schlauchschellen. Alles fest und sicher? Dann kommt der Moment der Wahrheit.

Wir starten zu unserer ersten Probefahrt. Zuvor hat Udo natürlich bei der zuständigen Kfz-Zulassungsstelle ein Kurzzeitkennzeichen besorgt, damit der Volvo auch im öffentlichen Straßenverkehr bewegt werden darf.

Udo dreht den Zündschlüssel weiter in Position III. Die Leuchte für die Fahrbereitschaft geht an; sinnigerweise nutzen wir dazu die Warnleuchte, die bisher signalisiert hat: „Fehler in der Motorelektronik“ (Abb. 5). Die Service-Leuchte geht nach einiger Zeit aus. Der Drehzahlmesser (in Abb. 5 links oben) zeigt im Modus der Fahrbereitschaft etwa 800 Umdrehungen pro Minute an.

Dann dreht Udo den Zündschlüssel weiter in Position II:

Beim ersten Mal wollen wir es nicht übertreiben. Wir fahren daher sozusagen „einmal um den Block“ (ca. 10 km), beschleunigen auf maximal 70 km/h, testen auch den Rückwärtsgang und die Rekuperation – und alles verläuft soweit problemlos.

Beim Abstellen ziehen wir auf jeden Fall die Handbremse an, damit sich das Fahrzeug nicht selbständig macht.

Zudem springen Kühlwasser- und Hydraulikpumpe an, ebenso die Pumpe, die das Vakuum für den Bremskraftverstärker aufbaut und sich nach circa 20 Sekunden wieder abschaltet.

Als der Volvo dann wieder in der Garage steht, bildet sich allerdings nach einer gewissen Zeit ein Ölfleck, klein, aber doch ein Fleck. Ein Check zeigt, dass wir die Ablassschraube für das Getriebeöl (das wir im Projektverlauf ablassen und neu befüllen mussten) nicht 100-prozentig fest angezogen haben oder dass die Dichtung beschädigt ist. Das ist natürlich ärgerlich. Also, Getriebeöl ablassen, neue Dichtung und Schraube besorgen und dann neu befüllen und verschrauben. Hier gilt der Spruch: Kleine Ursache, große Wirkung.

Udo legt den dritten Gang ein, löst die Handbremse und gibt leicht Gas. Und tatsächlich. Der Wagen rollt langsam vorwärts.

Zu hören ist jetzt auch das Surren des Akustischen Warnsignals, das bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h Fußgänger vor dem Herannahen unseres Elektro-Volvo warnen soll.

Die zweite Probefahrt schließt eine Autobahnfahrt ein, bei der wir den Volvo im dritten Gang bis auf 120 km/h beschleunigen.

Der Drehzahlmesser zeigt akzeptable 4.200 Umdrehungen. Wir halten kurz an, legen den vierten Gang und beschleunigen auf 130 km/h bei 4.000 Umdrehungen. Auch das ein guter Wert.

Im Kombiinstrument gehen verschiedene Leuchten an und nach circa zwei Sekunden macht es Klick. Das Vorladerelais schaltet. Das ist schon mal eine gute Nachricht. Die schlechte ist, dass die Kontrollleuchte für das ABS-System nicht ausgeht, also ein Fehler vorliegt.

Udo sitzt auf dem Fahrersitz, steckt den Zündschlüssel ein und entriegelt das Lenkradschloss (Position I). Das Radio schaltet sich ein – akustisch und visuell (Display).

Als erstes testen wir in einer Art „Pre-Flight Check“ wichtige Grundfunktionen des Fahrzeugs, wie Warnblinkanlage, Beleuchtung und Scheibenwischer. Und tatsächlich: Es funktioniert noch alles. Wir haben also keine Kabel abgeklemmt oder beschädigt, die für den Fahrbetrieb und auch für die Zulassung des Fahrzeugs wichtig sind.

Wie sich herausstellt, liegt der Grund in einer kalten Lötstelle – was angesichts des Alters des Fahrzeugs beim Volvo 850 häufig auftritt. Mit Hilfe eines Spezialisten, den wir online recherchiert haben, lässt sich das aber für kleines Geld in wenigen Tagen lösen. Wir schicken die ABS-Steuerung ein und erhalten sie repariert zurück. Ein fehlerfreies ABS-System ist Voraussetzung für die Zulassung des Volvos.

Ok. Jetzt geht auch die ABS-Leuchte nach einigen Sekunden aus.

Abb. 5

138

139

So geht’s – 7.3 Abnahme für Straßenzulassung

Nagelprobe Es ist soweit: Der Volvo 850 electric muss beweisen, dass er tatsächlich straßentauglich ist.

Ort des Geschehens ist die Niederlassung einer Sachverständigenorganisation. Sie haben in Deutschland die hoheitliche Aufgabe, für die Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeugen zu sorgen. Konkret handelt es sich um TÜV SÜD in Memmingen.

Dort hat schon Philip seinen Toyota GT 86 vorgeführt und – wie es in Deutschland heißt – „durch den TÜV gebracht“ Udo entschied sich ebenfalls für die beschauliche Stadt im äußersten Süden Deutschlands, obwohl sie rund 300 Kilometer von seinem Zuhause entfernt ist und für die Reise ein Autotransporter angemietet werden musste (Abb. 6). Es war Udo aber wichtig, auf einen Experten zu treffen, der bereits Erfahrung mit Elektroumbauten hat. Das sind in Deutschland bisher noch nicht allzu viele.

Wie bereits erläutert (S. 24) empfiehlt es sich dringend, bereits in der Planungsphase mit einem Sachverständigen die Grundkonzeption eines Elektroumbaus abzustimmen. Gleiches gilt aber auch für die Schlussphase des Projekts. Denn jetzt geht es um die Frage, ob das abgestimmte Konzept auch tatsächlich fachmännisch und regelkonform umgesetzt worden ist. Ein wichtiges Dokument in diesem Zusammenhang ist die so genannte Umbaudokumentation. Darin wird in Bild und Text beschrieben, wie die Anforderungen aus dem TÜV Merkblatt (S. 24) erfüllt werden.

Der Prüfer erhält die Dokumentation im Vorfeld eines Vor-OrtTermins. Dadurch kann er sich einen konkreten Eindruck vom Umbau verschaffen und gegebenenfalls Nachfragen stellen. So lassen sich einige grundsätzliche Fragen vorab klären. Das ist vor allem im Interesse desjenigen, der ein Fahrzeug vorführt.

Aber es ist keine Garantie, dass das Fahrzeug bereits beim Ersttermin abgenommen wird. Auch bei Udo waren Nacharbeiten und ein zweiter Termin erforderlich.

Ein Elektroumbau muss natürlich zunächst einmal alle Kriterien erfüllen, die auch an die Sicherheit eines Verbrennerfahrzeugs gestellt werden. Dazu zählen etwa Beleuchtung und Bremsen sowie Radlager und Reifen (Abb. 7). Mit Blick auf den Umbau zum Elektroauto haben die Sachverständigen auf Basis internationaler Standards (UN-Regelung Nr. 10 und Nr. 100) die Elektrische Sicherheit und die Elektromagnetische Verträglichkeit besonders fest im Blick.

Elektrische Sicherheit Naturgemäß spielt die Elektrische Sicherheit bei der Abnahme eines Elektroumbaus eine entscheidende Rolle. Kernelemente der Prüfung sind dabei zwei Messungen – zum Potenzialausgleich und zum Isolationswiderstand.

Abb. 6: Der Volvo vor der Prüfhalle der Sachverständigenorganisation in Memmingen (Allgäu).

140

Inwiefern tragen diese beiden Messungen zur Sicherheit bei?

Abb. 7: Der Sachverständige nimmt nicht nur die HV-Komponenten unter die Lupe, sondern natürlich auch Karosserie und Mechanik.

Potenzialausgleich Nun, zum einen ist der Potenzialausgleich eine Voraussetzung für die zuverlässige Überwachung der Isolation der HV-Komponenten. Zum anderen reduziert der Potenzialausgleich die Stromschlag-Gefahren, die entstehen können, wenn es zu einem Isolationsfehler kommt, das System sich aber nicht automatisch abschaltet.

Damit der Potenzialausgleich funktioniert, müssen alle HV-Komponenten mit einem Massepunkt an der Fahrzeugkarosserie verbunden sein. Dann wird – sollten aufgrund eines Isolationsfehlers HV-Komponenten unter Spannung stehen – die Spannung abgeleitet und so die elektrische Gefährdung für den Menschen verringert.

Die Funktion des Potenzialausgleichs wird über den Widerstand zwischen den Gehäusen der HV-Komponenten und der Fahrzeugkarosserie gemessen. Der Widerstand muss nach den Vorgaben der ECE-R-100 unter 0,1 Ohm liegen. Dazu ist ein spezielles Messinstrument erforderlich. Das so genannte Megaohmmeter kann – im Gegensatz zu normalen Multimetern – einen Prüfstrom ausgeben, der annähernd der Spannungsgröße des Fahrzeugs entspricht.

Isolationswiderstandsmessung Während bei der Potenzialausgleichsmessung der Widerstand sehr gering sein muss, ist es bei der Isolationswiderstandsmessung umgekehrt.

Hier fordert die ECE-R 100 einen Wert von mehr als einem Megaohm bzw. 500 Ohm/Volt.

Die permanente Überwachung der Isolation des HV-Systems erfolgt in unserem Projekt über das BMS. Es überwacht die Trennung der HV-Kreise von der Fahrzeugmasse permanent.

Sobald der Isolationswiderstand unter einen definierten Schwellenwert fällt, schaltet sich das System ab.

Für die Isolationswiderstandsmessung ist erneut ein Megaohmmeter nötig. Denn auch hier ist – bei spannungsfrei geschaltetem HV-System – eine hohe Prüfspannung erforderlich. Sie muss größer sein als die Nennspannung des HV-Systems (in unserem Fall 380 Volt). Die Messung simuliert also ein Live-System. Sie wird jeweils von einem HV-Plus- und Minuspol gegen Fahrzeugmasse durchgeführt. Schon bei der Planung des Umbauprojekts ist also darauf zu achten, dass die HV-Anschlüsse leicht bzw. mit möglichst wenig Umbauaufwand zugänglich sind.

141

Notizen

Aufgrund der Wichtigkeit der Messungen müssen sowohl Potenzialausgleichs- als auch Isolationswiderstandsmessung von einer HV-Fachkraft durchgeführt werden. Das Ergebnis wird in einem entsprechenden Prüfprotokoll festgehalten.

Vibration Weitere Aspekte der Elektrischen Sicherheit sind der Schutz der HV-Komponenten gegen Steinschlag und Feuchtigkeit (S. 130) sowie gegen Vibration. Letztere muss unbedingt ausgeschlossen werden, damit sich HV-Kabelverbindungen nicht lockern und zum Gefahrenherd werden. Auch wenn die HV-Kabel in Box 1 zwischen ihren Anschlüssen nur kurz sind, hat Udo sie zusätzlich abgestützt. Dazu konnte er auf der Minus-Seite der 12-Modul-Einheit ein überflüssiges Leaf-Teil verwenden (Abb. 8) und mit der Trennschaltereinheit verbinden (Abb. 9). Auf der Plus-Seite ließ sich das HV-Kabel ebenfalls gut abstützen, und zwar über einen Gummipuffer. Er ist mit einem Kabelbinder auf dem Relais der Vorladeeinheit (S. 97) befestigt, das nicht im Einsatz ist (Abb. 10).

Abb. 8: Ein Leaf-Teil dient als Kabelstütze für die HV-Verbindung zwischen dem Minus-Pol der 12-Modul-Einheit und der Trennschaltereinheit.

Elektromagnetische Verträglichkeit Zur Elektromagnetischen Verträglichkeit gibt die UN-Regelung Nr. 10 Grenzwerte vor. Je nach Frequenzbereich und Messverfahren dürfen elektrische Felder bestimmte Stärken nicht überschreiten. Damit sollen sowohl gesundheitliche Gefährdungen für die Fahrzeuginsassen als auch Funktionsstörungen von Komponenten ausgeschlossen werden.

Eine komplette EMV-Prüfung kostet in Deutschland ca. 5.000 Euro. Sie war für Elektroumbauten bisher nicht erforderlich, solange EMV-Nachweise für die verbauten Komponenten vorgelegt werden konnten bzw. der Sachverständigenorganisation aus eigenen Quellen zugänglich waren. Doch bei Umbauprojekten, bei denen die Antriebsbatterie auf mehrere Stellen im Fahrzeug verteilt und entsprechend verkabelt wird, machen die Regularien künftig eine EMV-Prüfung zur Bedingung für die Begutachtung. Das würde die Kosten von Umbauten natürlich deutlich erhöhen. Allerdings spricht die technische Entwicklung (mehr Batterieleistung auf weniger Raum) dafür, dass künftig mehr Projekte auf die Aufteilung der Antriebsbatterie verzichten können – insbesondere Umbauten, die – ähnlich wie Udo’s Volvo – hauptsächlich im städtischen bzw. regionalen Bereich für Kurzstrecken genutzt werden.

Abb. 9: Das HV-Kabel liegt auf dem Leaf-Teil auf, wird aber zusätzlich mit einem Kabelbinder fixiert.

Abb. 10

142

143

So geht‘s / Batterieboxen Und sonst?

Und sonst?

144

Was kostet das überhaupt?

146

Partner, die man braucht

148

Werkzeuge, ohne die es nicht geht

150

Mit Musik läufts besser

153

Epilog

154

Übersichten

156

145

Und sonst? – Was kostet das überhaupt?

G / N1

KOSTEN2

G / N1

Komponenten NISSAN LEAF

Am konkreten Beispiel Ja, die Kosten! Sie hängen natürlich von vielen Faktoren ab. Wir wollen etwas Orientierung geben. Dazu verlassen wir die Ebene der “Es kommt darauf an”-Aussagen und werden am Beispiel von Udos Projekt konkret.

Unsere Übersicht enthält alle Ausgaben (in Euro), die im direkten Zusammenhang mit dem Projekt stehen – bis auf die Arbeitszeit, die wir nicht bepreist und nicht eingerechnet haben.

Die Kosten eines Projekts sind allerdings von Land zu Land unterschiedlich, und sie haben die unschöne Angewohnheit zu steigen. Aber wir hoffen, dass die Übersicht bei der Kalkulation eines Projekts hilft.

Ein entscheidender Einflussfaktor hinsichtlich der Kosten ist der Projektansatz: Second Life- oder Neu-Komponenten.

Unsere These lautet: Second Life ist günstiger, wenn auch die Projektlaufzeit länger sein dürfte.

In der Liste tauchen auch Werkzeuge auf. Dabei handelt es sich um Werkzeug, das sich Udo speziell für sein Umbauprojekt angeschafft hat. Die Werkzeugkosten hängen also davon ab, wie gut die eigene Ausstattung schon vor dem Projekt ist.

1 G = Gebraucht / N = Neu 2 in Euro / Brutto 3 Spenderfahrzeug hat 5.900 Euro gekostet und wurde nach dem Ausbau der benötigten Teile für 1.500 Euro wieder verkauft.

146

KOSTEN2

G / N1

Display (Anzeige im Fahrzeug)

Kleinteile Gummipuffer (Motorlagerung, Junction Box)

N

62

Kühlwasserschlauch (3 m)

N

27

Kühlkreislauf-Ausgleichsbehälter

N

19

Heizkreislauf-Ausgleichsbehälter

N

65

PVC-Kunststoffplatten (Spritz- und Steinschlagschutz)

N

107

N

35

N

52

N

45

Schrauben, Schellen

N

289

366

Sicherungen (40, 30 A)

N

15

N

78

Sicherung 225 A

G

25

N

73

Akust. Warnsignal

G

Antriebsbatterie

G

BMS

G

Kabel

Elektromotor

G

HV-Kabel

N

568

Hauptschütz

G

Isolierband orange

N

25

Wasserpumpe Kühlkreislauf

G

Kupfer-Litze (BMS-Kabel)

N

43

Trennschalter

G

Kabelverschraubungen

N

115

Wechselrichter

G

Kabelschuhe

N

45

Zellverbinder

G

Ladedose

N

84

Ladekabel (H07RN-F, 2,5 mm2, 5 m)

N

33

Steckverbinder

N

Android Autoradio 10.1

N

95 95

4.4003 Weitere Komponenten DC/DC-Wandler (Tesla)

G

550

Hochvolt-Heizung (Webasto)

G

120

Hydraulikpumpe für Servolenkung (TRW)

G

58

Kühler (Mini)

N

22

Ladegerät (Tesla)

G

560

Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker (VW)

G

100

Wasserpumpe Heizkreislauf

N

25 1.435

Wellrohr (orange, AD 21 mm, 50 m; AD 28,5 mm, 5 m) Wellrohr (schwarz, diverse AD, 100 m) Metallschlauch mit PVC-Mantel (AD 21 mm, 2 m)

23

N

150

Tesla Gen2 Charger Firmware

24

Leaf Steuerungsboard (mit Support)

970 1.144

Metalle/Metallarbeiten

1.453

Karosserie

500

Ausbau Motor Federn (Heck, verstärkt)

N

166

Höherlegung (Heck)

N

470

Software Tesla Gen 2 Charger Logic Board

1.136 Werkzeug

N

90

Druckluftgerät

N

80

Elektriker-Steckschlüssel

N

26

Entlüftungsset (Kühlkreislauf)

N

80

Heißluftgebläse

N

90

N

195

Aluminiumplatten (groß/klein)

N

75

Lochsägen

N

17

Batterieboxen (3 Stück)

N

750

Motorkran

G

100

Junction Box (Alu-Box)

N

35

Multimeter

G

60

Halterungen (E-Motor, Pumpen, etc.)

N

414

Steckschlüsselsatz

N

86

Stabilisierungskreuz

N

450

Winkelschleifer

G

75

300

Rotex-Coupler (E-Motor/Getriebe)

N

Moosgummi (Deckel Batterieboxen) PP Folie Orange (Auskleiden Batterieboxen) Schlauchverbinder (Kühl-/Heizkreislauf)

741 Sicherheit Elektriker Helm mit Visier

N

175

Elektriker Jacke/Hose

G

75

HV-Handschuhe

N

36

Sicherheitsschuhe

N

110

HV-Warnhinweise (Aufkleber)

N

10 406

Diverses Autotransporter (Miete und Benzin)

Crimpzange

Adapterplatten E-Motor und Getriebe, Abstandsringe

Aufprallbügel

KOSTEN2

750

2.174

Beratung Kurzkennzeichen/Zulassung

200

Nissan Leaf Handbuch

G

23

TÜV-Merkblatt

N

49

TÜV Begutachtung

Volvo Werkstatthandbuch

1.190

G

14 4.400

SUMME

18.278

704

145 2.364

147

Und sonst? – Partner, die man braucht

Kfz-Werkstatt Amann Jakob Amann und Nino Troia begleiten Udo und seine Volvos schon seit Jahren. Auch beim 850er, der mit Mängeln aus der Schweiz kam, sorgten sie für die Verkehrssicherheit. Im Projekt haben sie nicht nur Verbrennungsmotor und Tank ausgebaut, sondern auch am Ende des Umbaus nochmal alles durchgecheckt. Nicht zuletzt dadurch verlief die Straßenzulassung durch die Sachverständigenorganisation DEKRA ohne Probleme.

Das Team entscheidet Jooss Elektrotechnik

Ein Elektroumbau ist – von Allround-Talenten einmal abgesehen – nichts für Einzelkämpfer. Zu breit sind die Anforderungen an Wissen, Fertigkeiten sowie Werkzeugen und Technologien.

Neben Philip für die Mechanik und Johannes für die Software hatte Udo daher ein kleines aber feines Netz an Partnern, auf die er sich verlassen konnte.

Jürgen und Julian Weth sind als Chef und Juniorchef eines Elektrofachbetriebs Experten für Hochvolt-Technik. Sie haben für Udo HV-Kabel des deutschen Herstellers LAPP eingekauft, zugeschnitten und verpresst. Wichtig dabei, das akkubetriebene hydraulische Presswerkzeug von Klauke sowie die passenden Presseinsätze und Kabelschuhe. www.elektrotechnik-jooss.de

Blechbearbeitung und Metallbau Blech & Technik Viele Jahre Erfahrung, modernste Maschinen und klare Kommunikation machen die Zusammenarbeit mit Blech & Technik angenehm – und natürlich die Fähigkeit der Betriebs, DXF-Dateien verarbeiten zu können. Sowohl Philip als auch Udo haben die Batterieboxen, Aluminiumplatten sowie die Adapterplatten und Abstandsringe für ihre Projekte bei Blech & Technik fertigen lassen. Das Bild zeigt (v.l.) die Mitarbeiter Markus Heim, Sinan Kupfer und Thomas Binder vor einer mächtigen Laserstanzpresse. www.blechundtechnik.de

148

149

Und sonst? – Werkzeuge, ohne die es nicht geht

Multimeter (Benning)

Crimpzange (Knipex)

Was zählt, ist Qualität Nach der Lektüre dieses Guidebooks wollen Sie tatsächlich Ihren eigenen Elektroumbau beginnen? Nun, dann lassen Sie uns auf einige Werkzeuge bzw. Produkte eingehen, die für den Projekterfolg wichtig sind.

Crimpen ist Präzisionsarbeit, heißt es. Wir würden einen Schritt weiter gehen und sagen: Es ist eine Wissenschaft. Denn Crimpprofil und Crimpdruck müssen exakt auf Stecker und Kabel abgestimmt sein. Nur dann entsteht eine Verbindung, die sowohl mechanisch als auch elektrisch auf Dauer verlässlich ist. Das mussten wir allerdings erst lernen. Nach dem Fehlkauf eines No Name-Artikels haben wir uns für Knipex entschieden.

Die 130 Jahre Erfahrung des deutschen Herstellers spürt man schon, wenn man die Zange (97 52 34) in der Hand hat.

Es ist ein natürlich ein „no brainer“, dass bei einem Umbauprojekt auch ein Multimeter zum Einsatz kommt. Wir haben uns für ein Gerät der deutschen Firma Benning entschieden und es gebraucht gekauft. Der „Benning MM9“ misst beispielsweise Gleichspannungen bis 1000 V und hat einen akustischen Durchgangsprüfer. Die deutsche Marke passt gut zum Thema E-Mobilität, denn neben Prüf- und Messgeräten werden unter anderem auch Wallboxen und Ladesäulen hergestellt.

Kabelklemmen (Wago)

Es ist nicht verwunderlich: Ein Elektroauto enthält noch mehr Kabel als ein Verbrenner. Sichere Verbindungen lassen sich über Original- oder Aftermarket-Stecker herstellen. Eine zuverlässige und schnell zu realisierende Lösung sind darüber hinaus WAGO-Klemmen. Speziell in unserer Kabelbox (S. 179) sind sie alternativlos.

Winkelschleifer (Fein)

Schraubendreher und Sechskant-Steckschlüssel, isoliert (Wiha)

Sicherheit muss bei einem Umbau-Projekt an erster Stelle stehen. Deshalb dürfen nur isolierte Schraubendreher und Sechskant-Steckschlüssel zum Einsatz kommen, zum Beispiel bei der Demontage der LEAF-Antriebsbatterie. Wir haben uns auf die langlebigen und VDE-geprüften Handwerkzeuge von Wiha verlassen. Der deutsche Familienbetrieb ist seit vielen Jahren Partner der Elektro- und Kfz-Branche und hat jüngst sein Angebot an Werkzeugen für die E-Mobilität erweitert.

150

Für die meisten Arbeiten rund um Blech und Eisen verlassen wir uns auf Profi-Partner (S. 139). Trotzdem lohnt es sich, einen Winkelschleifer anzuschaffen. Denn zum einen muss immer wieder mal ein Stück Eisen passend gemacht werden, um etwas auszuprobieren. Zum anderen mussten wir Platz für eine Batteriebox schaffen und die Ersatzrad-Mulde heraus schneiden. Das geht nur mit einem leistungsstarken Gerät. Wir haben uns dazu einen 1800 Watt Winkelschleifer mit 180 mm Scheibe von Fein gebraucht gekauft (ASfa 666). Und das war gut so. Denn die Maschine schneidet Blech und Eisen (fast) wie Butter. Fein ist eine deutsche Traditionsmarke. Ihr Gründer Emil Fein ist übrigens der Erfinder der elektrischen Handbohrmaschine. Die Maschinen sind auf harte Einsätze in Industrie und Handwerk ausgelegt. Das merkt man auch als Privatanwender.

151

Und sonst? – Mit Musik gehts besser

Rock’n’roll sure helps me through Es mag verwunderlich erscheinen, aber Musik ist ein Faktor in einem Umbauprojekt. Denn sie entspannt und macht gute Laune – und sie kann motivieren und über schwierige Projektphasen hinweg helfen.

Monster Magnet, Dig that hole Ob digital über das Smartphone oder klassisch über Radio, CD oder Cassette – jeder, wie er will. Wichtig sind allerdings ein guter Standplatz des Geräts in der Garage bzw. Werkstatt und natürlich ein Mindestmaß an Sound-Qualität.

Nun muss man keine Hifi-Anlage installieren. Ein Mini-Radio reicht nach Udos Meinung allerdings auch nicht. Er hat sich deshalb einen 35 Jahre alten Ghettoblaster besorgt, der nicht nur guten Sound liefert, sondern auch noch Lichtspiele bietet.

Das Gerät hat er von Christian, dessen Hobby es ist, VintageGeräte aufzuarbeiten – ganz im Sinne des Second-Life-Gedankens eines Umbauprojekts. (Danke, Christian! Guter Job. Perfekter Klang und auch die neue LED-Beleuchtung macht mächtig etwas her).

I, I can‘t sleep at night Cause that‘s the only time when I feel truly free And I just want to drive my car I don‘t know where I‘m going but at least I ain‘t standing still

Rainbow, Temple of the King One day in the year of the fox Came a time remembered well When the strong young man of the rising sun Heard the tolling of the great black bell

Dass uns Musik auf einer sehr persönlichen Ebene „anspricht“, merken wir meist, wenn sie im Hintergrund läuft und man plötzlich das Gefühl hat: Wau, ist das aber cool. Meist brennen sich einzelne Riffs, aber auch Textzeilen ins Gehirn ein.

Musik ist allerdings ein sehr individuelles Erlebnis. Wir nehmen jedes Riff, jede Melodie und auch jede Textzeile im Kontext des eigenen Erlebens, der eigenen Erfahrungen wahr. Für Udo haben einige Songs in seinem Umbauprojekt eine besonders Rolle gespielt.

Wenn sich manchmal Zweifel einschlichen, ob der Second-Lifeunddamit der Klimaaspekt tatsächlich so wichtig sind, hat er sich mit den Stranglers „Something better change“ wieder auf Kurs gebracht.

Wenn es im Projekt einmal nicht so lief und er an einer Stelle in einer Sackgasse gelandet war, half ihm „Stone Blue“ von Foghat auf die Beine. Wenn er hoch konzentriert arbeiten musste, war für ihn eine Ballade wie „Temple oft he King“ von Rainbow genau das Richtige. Und wenn es im Winter nötig war, sich die motivieren, den Abend in der kalten Garage zu verbringen, hat er sich mit Monster Magnet eingeheizt.

Stranglers, Something better change Something‘s happening and it‘s happening right now Ain‘t got time to wait I said: Something better change

Foghat, Stone blue Turn up the radio higher and higher, rock and roll music set my ears on fire When I was stone blue, rock and roll sure helped me through

Wer in den ein oder anderen Song reinhören will, hier ist Udos Playlist zu seinem Umbauprojekt: https://tinyurl.com/35EVconverterSongs.

152

153

Und sonst? – Epilog

Das große Ganze Wir haben zwar keinen Roman verfasst. Trotzdem halten wir eine Schlussrede für angebracht. Denn bei aller Kleinteiligkeit der vorangegangenen Kapitel dürfen wir das große Ganze nicht aus dem Blick verlieren.

Wir haben in diesem Buch so gut wie jeden einzelnen Schritt in einem Umbauprojekt aufgegriffen – „Deep Dive“ eben. Warum ist das wichtig? – Klar, Volvo 850-Besitzer sollen das Buch im Idealfall als Blaupause für ein eigenes Umbauprojekt verwenden können. Das allein war uns den Aufwand Wert, denn zwischen 1993 und 1997 sind rund 717.000 Volvo 850 produziert worden. Wenn man alle Modellversionen, die auf den Volvo 850 zurückzuführen sind (z.B. die erste V70-Generation), einrechnet, waren es nach Volvo-Angaben exakt 1.360.522 Fahrzeuge.1 Über den „So geht das“-Aspekt hinaus kommt allerdings eine weitere Motivation hinzu: Wir wollten ein Elektroumbau-Projekt in seiner Komplexität dokumentieren, damit wir und andere darüber nachdenken können, wie sich der Prozess vereinfachen, standardisieren und damit kostengünstiger gestalten und beschleunigen lässt.

Und zwar nicht nur für Volvos, sondern auch für andere Modelle. Denn die Details mögen sich unterscheiden, der Grundprozess eines Elektroumbaus ist aber unabhängig vom Modell.

Unser Ziel ist es also, Mitdenker, Mitmacher und Mitstreiter für das Thema Elektroumbau zu gewinnen. Denn dann besteht die Chance, dass Elektroumbauten in den kommenden Jahren des Übergangs einen Beitrag zu einer klimafreundlichen Mobilität leisten können. Wenn die Zahl der umgebauten Bestandsfahrzeuge wächst und so einmal eingesetzte Ressourcen weiter genutzt werden, ist das ein Gewinn für uns alle. Zwar werden Umbauten den Klimawandel nicht aufhalten. Aber im Verbund mit anderen (kleinen) Schritten und Initiativen, können sie mehr sein als ein Tropfen auf den heißen Stein.

Unter Mitstreitern verstehen wir im weitesten Sinn „autoaffine Menschen“. Und von denen gibt es weltweit mehr als genug.

Millionen sehen ihr Fahrzeug nicht nur als Fortbewegungsmittel, sondern als Kulturgut, technisches Faszinosum oder als

154

Investitionsobjekt. Und tausende wirkliche und selbst ernannte Kfz-Experten helfen online und vor Ort in der Garage beim Instandhalten, Reparieren und Tunen. Diese Community wollen wir ermutigen und mobilisieren: Macht einen Elektroumbau zu eurem nächsten Projekt!

Andererseits sind Elektroumbauten nach unserer Überzeugung auch ein Thema für die Automobilhersteller. Und tatsächlich scheint sich die Erkenntnis durchzusetzen, dass – wer es ernst meint mit Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft – nicht nur auf den Prozess der Neuwagenproduktion schauen darf.

Es gibt jedenfalls Anzeichen, dass einige Hersteller verstanden haben. Ein Pionier ist Renault. Das Unternehmen hat seine traditionsreiche Fabrik in Flins zur Re-Factory umgebaut. Sie wird heute als „das erste europäische Zentrum für Kreislaufwirtschaft in der Mobilitätsbranche“ bezeichnet.2 In weiteren Projekten geht es darum, Umrüst-Kits für Bestandslieferfahrzeuge vom Typ Renault Master und für Klassiker wie den Renault 4 und Renault 5 zu entwickeln.3 Und Stellantis, der Eigentümer von Renault, hat angekündigt, dass eine Geschäftseinheit speziell für die Kreislaufwirtschaft rund um die Themen „Remanufacture, Repair, Reuse, Recycle“ gegründet wird.4

Dabei könnte es sogar um vergleichsweise junge Verbrenner-Modelle gehen (z.B. Zulassung ab 2015), die noch ein langes Autoleben vor sich haben. Ein Elektroumbau dieser Fahrzeuge mag unter (Software-) technischen Aspekten durchaus eine Herausforderung sein. Es sollte aber für die Ingenieure bei den Herstellern machbar sein (man muss es nur wollen). Es könnten aber auch beliebte Youngtimer/Oldtimer-Modelle in den Fokus von Elektroumbauten rücken, deren Fahrer klimaneutral unterwegs sein wollen. Für beides – da sind wir sicher – gäbe es einen Markt.

Das Interesse an Umbauten steigt weltweit auch deshalb, weil immer mehr Menschen verantwortungsvoller konsumieren.

Und es stimmt ja auch: Glück und Lebensqualität hängen nicht davon ab, immer das jeweils neueste Produkt zu besitzen.

Einerseits findet eine neue Bescheidenheit immer mehr Anhänger. Andererseits wandelt sich auch das Verständnis von Innovation.

So steht beispielsweise hinter dem Begriff der „frugalen Innovation“ eine Denkhaltung, die die Bedrohung unserer Lebensgrundlagen ernst nimmt und im individuellen Lebensstil etwas verändern will. Insofern sind Konzepte rund um den Elektroumbau von Bestandsfahrzeugen ein Beispiel für diese Art der Innovation.

Neben dem einzelnen Autofahrer und den Herstellern kommt auch dem Staat eine Rolle zu, und zwar die des finanziellen Förderers. Diese Rolle hat der deutsche Staat gut ausgefüllt – was neue Elektro-Pkw betrifft. Bei der Förderung von Elektroumbauten beschränkt er sich bisher auf Lkw.7 Ähnlich zurückhaltend agieren praktisch alle anderen Länder. Nach unserem Kenntnisstand fördert (Stand: Juli 2023) nur Frankreich den Elektroumbau von Verbrennerfahrzeugen mit jeweils bis zu 5.000 Euro, abhängig vom Einkommen des Umrüsters und einigen weiteren Bedingungen.8 Im US-Vordenker-Bundesstaat Kalifornien befindet sich zudem ein Vorschlag im Gesetzgebungsverfahren, Elektroumbauten finanziell mit 2.000 US-Dol-

lar zu fördern.9 In Colorado können die Kosten für E-Konversionen zumindest steuerlich geltend gemacht werden und die Steuerlast um bis zu 2.500 Dollar senken.10 “ Es steht außer Zweifel, dass wir am Beginn einer Ära der Elektroumrüstung stehen.“ 11 Das sagt Aymeric Libeau, Chef von Transition One. Das französische Start-up will ab 2023 innerhalb von fünf Jahren 100.000 Kleinwagen für jeweils 5.000 Euro mit (Neukomponenten-) Kits umrüsten.

Mit seinen Ambitionen steht er stellvertretend für engagierte Menschen in aller Welt. Das zeigt sich in zahlreichen Medienberichten und Videos, in denen Privatleute und Werkstätten ihre Umbauten vorstellen. Interessant sind vor allem Beiträge, deren Fokus über einzelne Projekte hinausweist – wenn etwa Studierende in Calgary/Kanada mit Elektroumbau-Konzepten dazu beitragen wollen, dass die Szene sich weiterentwickelt – vom individuellen Einzelumbau zum serienmäßigen Umbau nach definierten Prinzipien, die für mehrere Marken bzw.

Modelle nutzbar sind.12 Immer öfter wird die (selbstverständliche?) Erkenntnis als Motivation genannt, dass es in der Transformationsphase vom Verbrenner zu neuen Antriebsformen sinnvoll ist, geeignete Bestandsfahrzeuge (serienmäßig) umzurüsten. Sinnvoll nicht nur für Umwelt und Gesellschaft, sondern auch für den einzelnen Autofahrer und die Automobilhersteller. Dahinter steht die Einsicht, dass wir nicht so weitermachen können wie bisher.

Wir brauchen viele Ansätze und Lösungen, wie wir begrenzte Ressourcen intelligenter nutzen können, um den Klimawandel wenigstens etwas zu bremsen.

Vieles spricht also für Optimismus in Sachen Elektroumbauten.

Trotzdem ist es noch ein weiter Weg. Dieses Buch soll dazu beitragen, dass sich die Prognose von Aymeric Libeau tatsächlich erfüllt.

1 Volvo Pressemitteilung, 7. Juni 2016: 25 Jahre Volvo 850: Volvo greift nach den Sternen.

2 Renault Deutschland, Pressemitteilung 2. Dezember 2021: Recycling und Wiederaufbereitung von gebrauchten Fahrzeugen – Refactory: Ökosystem für

Die US-Hersteller Ford und General Motors haben ebenfalls erste Lösungen zum Umbau eigener Bestandsfahrzeuge auf den Markt gebracht bzw. angekündigt.5 Und wo stehen die deutschen Hersteller? Auch hier gibt es Elektro-Konversionen für ikonische Modelle wie den VW Bulli oder den Opel Manta.6 Doch bisher sind das Einzelprojekte.

Kreislaufwirtschaft läuft seit einem Jahr mit großem Erfolg.

3 Inside EVs, 21. Juli 2022: Renault will Nutzfahrzeuge mit Bausätzen auf E-Antrieb umrüsten; AutoMotorSport, 28. Januar 2023: R4, R5 und Twingo fahren elektrisch.

4 Stellantis Presseinformation, 11. Oktober 2022: Stellantis fosters circular economy ambitions.

5 AutoMotorSport, 8. November 2021: Ford F-100 Eluminator Retro-Pickup mit Elektromotor zum Nachrüsten; Detroit Free Press, 20. Juli 2022: Chevrolet to offer kit to convert gasoline classic cars into EVs, 20. Juli 2022.

6 Süddeutsche Zeitung, 17. April 2020: Bulli unter Strom; Golem.de, 19. Mai 2021: Elektrischer Manta mit Gangschaltung und Mini-Akku.

7 Bundesministerium für Digitales und Verkehr, Presseinformation 77/2021 vom 22. Juli 2021.

Ähnlich wie Renault sollten weitere Hersteller einige Volumenmodelle auswählen und durchplanen, wie sie umgerüstet werden können: in eigenen Werken (siehe Renault/Flins) oder in Händler- und freien Werkstätten, und im Idealfall unter Einbindung von Gebraucht-Komponenten des jeweiligen Herstellers.

8 MIT Review, 8-2022.

9 California Assembly Bill AB 2350: Vehicular air pollution: Zero-Emission Aftermarket Conversion Project; verabschiedet als California Senate Bill SB 301, 30. Mai 2023.

10 Colorado Department of Revenue, FYI Income 69, Juli 2021.

11 Brussels Times, 17. Juli 2022.

12 CTV News Calgary, May 25, 2022: University of Calgary students turning vintage car into electric vehicle.

155

Batterieboxen

Batteriebox 1

40

20

Innenabmessungen

Batteriebox 1

– Innenabmessungen 157 Kabeleingänge 157 Innenabmessungen Boden 158 Innenabmessungen Rückseite 158 Stabilisierungskreuz 159

20 40 890 230

Batteriebox 2+3 – Innenabmessungen

160

565

80

80 175

Batteriebox 2

– Kabelausgänge (Deckel)

160

Batteriebox 3

– Kabelausgänge (Deckel) Seitenwandbohrungen

161 161

(mm) 250

Batteriebox 1 Kabeleingänge (mm)

25

25 250 125 890

94 BATTERIE-STEUERKABEL Ø 35 MM

125 HV BMS BOX 3 WECHSELRICHTER Ø 32 MM Ø 20 MM

M6 28

BMS BMS BOX 2 BOX 2 Ø 20 MM Ø 16 MM

M6

18

46

25 M6 HV BOX 2 Ø 32 MM

85

156

445

79

10

26

35

35

40

50

40

157

25

170

250 180

158 (mm) 270 130

890 210 110

60

25

25

50

101,8

155

Batteriebox 1 97,8

98,1

= Auflagefläche Vierkanteisen TR = Trennschalter-Öffnung Maße Vierkanteisen bis zum Beginn der Flacheisen

102,0

( HECK )

(mm)

10

10

Flacheisen links unten

Innenabmessungen Rückseite

18°

100

25

310

10

100

200

10

BJB

TR

110 10

18°

25

25

40

25 25

60 10 10 50

Flacheisen rechts unten

10

70

Stabilisierungskreuz

40

35

10

565 101,3

Innenabmessungen Boden

80

MODULE 91,1

TSE

40

Flacheisen rechts oben (18° nach rechts geneigt)

Batteriebox 1

150

225 185

98,5

165

295

99,0

(mm) 260

Länge Unterkanten des Vierkanteisens

110

Länge Oberkanten des Vierkanteisens

890

Vierkanteisen 25 mm × 25 mm × 1,5 mm Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm

Flacheisen links oben (18° nach links geneigt)

365

BMS

70

( FRONT )

Vierkanteisen 25 mm x 25 mm x 1,5 mm Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm

(Ansicht von oben)

Batteriebox 1 Stabilisierungskreuz

Batteriebox 1

159

Batteriebox 2+3

Batteriebox 3

Kabelausgänge, Deckel batteriebox 3 Kabelausgänge

Innenabmessungen

Bohrungen

bohrungen HV-Leitungen: 32 mm BMS-Leitung: hv: 30 mm20 mm bms: 20 mm (mm) 45

85 175

45

350 35

30

470

125

115

740

735

(mm) 170

740

(mm)

Deckel Aussenabmessungen

Batteriebox 3 Seitenwandbohrungen

175

(mm)

Batteriebox 2 Kabelausgänge, Deckel

40

Bohrungen HV-Leitungen: 32 mm BMS-Leitungen: 20 mm, 16 mm

CONNECTOR 4 POS. BOX 1

BOX 2

75 735

310

11

CONNECTOR 25 POS.

145 40

BMS

HV

350

40 11

60

9 130

9

175 115

9

310

135

430

100 740

160

75

45

90

(mm)

161

Halter

Antriebswelle

40

65

M8

Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 9, 11, 13 mm 20

Antriebswelle

163

Batteriebox 1

163

Batteriebox 2

164

Batteriebox 3 hinten (Spritzwand)

164

Batteriebox 3 vorne (Rahmen)

165

E-Motor unten (2 Stück)

165

E-Motor vorne (Rahmen)

166

E-Motor vorne (auf Gummipuffer)

166

Gaspoti

167

Getriebe (vorne)

167

Heizung (Vorderseite)

168

Heizung (Rück- und Seitenansicht)

168

Hydraulikpumpe

169

Kühler

169

Trägerschiene

170

M10

M10

M10 140

20

Batteriebox 1

170

Wasserpumpe für Heizung

171

Wasserpumpe für Kühler

171

15

Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm

Batteriebox 1 Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm

120

Batteriebox 1

20

20

Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm 155

120 20

20

155

40

895 Innendurchmesser

155

(mm)

162

200

M12

(mm)

120

Vakuumpumpe

70

15

120

163

Batteriebox 2

Batteriebox 3

Flacheisen: 6 mm Bohrungen: 11 mm

Vorne (Rahmen) 20

20

205

180 40

15

130

11

11

210

180

200

70

(mm)

15

(mm)

9

35

35

60

Standard Winkelverbinder: 70 × 70 × 55 mm Flacheisen: 2 mm Bohrungen: 9, 11 mm

40

40

40

200

730

65

130

70

55

Batteriebox 3 Hinten (Spritzwand) Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 11 mm

BOX 3

E-Motor 35

70

Unten (2 Stück)

25

20

15°

Flacheisen: 5 mm Bohrungen: 11 mm

50

150

105

135 195 (mm)

625

(mm)

40

164

20

30

165

25

E-Motor

Gaspoti

10

Vorne (Rahmen)

20

20

Flacheisen: 4 mm Bohrung: 9 mm

Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 13 mm

30 145

160 85

12,5

25

15 (mm)

80

160

100

12,5

240

(mm) 40

155

15

E-Motor

Getriebe

xx

Vorne (Rahmen, auf Gummipuffer)

20

Vorne (Rahmen, auf Gummipuffer)

12,5

15

Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 11 mm

Flacheisen: 4 mm Bohrungen: 11 mm

90

140

15

100

35

(mm) (mm) 30

40

166

20

20

55

55

12,5 25

167

Hydraulikpumpe

Heizung 186

Vorderseite Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 7 mm

40

Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 11 mm

70 25 12,5

15 12,5 30

15

80 120

(mm)

25 65

(mm)

167

Heizung

Kühler 15

Rück- und Seitenansicht Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 7 mm

Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 6 mm

67,5 210

15

75

40 67,5

PLATTE (RÜCKSEITE)

120 SEITENANSICHT

120

50

50 70

40 15

(mm)

(mm) 40

15

170

12,5

70

168

169

Trägerschiene

Wasserpumpe

Für Akustisches Warnsignal, HV-Heizung & Kühler

Für Heizung

L-Winkelprofil: 50 × 50 × 3 mm Bohrungen: 11, 9, 7 mm Aluminium

Flacheisen: 2 mm Bohrungen: 9 mm, 6 mm

60 M5 10

15

AKUST. WARNSIGNAL 170

785

190

25

40 10

M5

M8

HV-HEIZUNG

40

KÜHLER

30

110

50

185

15

50

(mm) (mm) 10

Wasserpumpe Für Kühler

20 50

35

20 20

Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 9 mm

35

160

10

30

Vakuumpumpe Flacheisen: 3 mm Bohrungen: 9 mm

15

25

35 35 50 20° 105

25 25

50

(mm)

25

(mm)

50

170

25

40

20

20

40

171

Kabelverläufe

12-Volt-Batterie MB

12-Volt-Batterie

173

Akustisches Warnsignal

173

Batterie-Steuerkabel

174

BMS-Kabel

174 175

DC/DC-Wandler

175

Gaspoti

176

Getriebe

176

Heizung

177

Hochvoltkabel

177

Hydraulikpumpe für Servolenkung

178

Junction Box

178

Kabelbox Motorraum

179

Komponenten Motorraum

180

Ladedose Typ 2

180

Ladegerät und Ladekabel

181

Masseanschluss

181

Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker

182

Wasserpumpen für Kühlung und Heizung

182

Wechselrichter/Motor

183

Zündung

183

172

CH CB DC/DC

VO

REL

J/B

R R

+

BAT

-

+

BAT

-

OEL

HVH

WAGO 1

2

3

4

5

FUSE 10A REL HVH (R) MB (R) CH (VO) (R)

Akustisches Warnsignal

VCU

CAN Bus-System

R

CONNECTOR 2 POS: (AMP SUPERSEAL)

AW

VCU AW A36 Y- R SB A21 BL-Y Y

173

Batterie-Steuerkabel

CAN Bus-System

Steckerbelegung ( Box 1 )

CAN BUS SYSTEM

WAGO KLEMME

12 V (VO)

CAN LOW (GN)

VORLADUNG (BN)

BL

CAN HIGH (OR)

CAN BUS PART A

4, 11, 14, 17 ZÜNDUNG (R)

4

2

1

11

10

8

7

6

14

13

17

16

GN-GR

VCU (A33)

GN

MB

GN-SB

VCU (A32)

ZUM BMS

CV GN

5

MB

OR

6, 7, 8 MASSEANSCHLUSS (SB) ÜBER KABELSCHUH

CAN BUS PART B

CV BL

B4

GN

B10

NICHT BELEGT

LADEN (W)

CAN BUS PART C

CH

DC/DC

CH (B-CONNECTOR)

VCU

31

CV

CV BL

VO

GN

OR

DC/DC

SCHÜTZ (GR)

BMS-Kabel Batterie-Steuerkabel: Box 1 CB / CH 4600 mm

DC/DC-Wandler

MOTORRAUM

FAHRGASTRAUM

KOFFERRAUM

BMS-Kabel (4 Pos. & 32 Pos.): Box 1 Box 2 700 mm CH

CB

BMS-KABEL (24 pos. ): Box 1 Box 3 4600 mm

CONNECTOR 12 POS.

1

2

3

4

7

8

9

10 11 12

R ( HW-EN )

VO

5

SB

OR

6

R CB DC/DC

OR J/B

R

+ BL

BMS DCSW+

-

GN

CAN BUS PART C CONNECTOR 2 POS. CB

BOX 3

174

BOX 2

BOX 1

( ORIGINAL TESLA DC / DC CONVERTER )

175

Gaspoti

Heizung

Zum Beispiel: Bosch 24435990H

Zum Beispiel: Webasto HVH50

J/B

GAS VCU

VCU

+

BAT

-

CONNECTOR 8 POS 1 2 3 4 5 6 7 8

CONNECTOR 3 POS: (AMP SUPERSEAL) VCU GASPOTI A15 VO P A16 OR-W W A18 BN-SB BN

Getriebe

+ 12V BAT

HVH

CONNECTOR 2 POS ORIGINAL HARNESS WEBASTO HVH50

GND

A9 VCU 1J0973714 (VW)

(TE Conn. HVA280 A-KEY )

Hochvoltkabel MOTORRAUM

Kabellängen: M1

PCU:

370 mm

M12

SP:

320 mm

SP

M13:

700 mm

M18

M19:

4670 mm

M24

J/B:

1040 mm

PCU

J/B:

4050 mm

M24

FAHRGASTRAUM

HECK

M19

–

+

M1 + – M18 PCU

VCU

TRA GND

Siehe Volvo Service-Handbuch Abt. 3 (39) Elektrische Schaltpläne 850 (1993) S. 17, Connector 24/15 (14 Pos.)

176

SENSOR GESCHWINDIGKEIT CONNECTOR 2 POS BN-Y, GN-Y SCHALTER RÜCKFAHRLICHT CONNECTOR 2 POS BL-GR, BL

J/B

– +

SP

M12 –

+ M13

BOX 3

BOX 2

BOX 1

177

CB SB

IGN R

BL-W

GR-OR (A38)

VO OR R

GND

IGN

GLEICHRICHTERDIODE

CH

VO BN GN OR R W GR

Motorraum BATTERIE-STEUERKABEL

Servolenkung, zum Beispiel: TRW Gen2, JER 100

BAT

Kabelbox

DC/DC

Hydraulikpumpe

R VCU

+

BAT

OEL BL-W

FUSE 80A GND BN

CONNECTOR 3 POS: SB IGN BL-W CB (DCSW+) BN-W NICHT BEL.

CHARGE

Junction Box

WP1 WP2 A2

OEL

START

30A

+(3)

HVH BOX 3 (HV)

+

HVH (HV)

VCU P-SB A17 CH

CAN BUS PART A BL CV GN

FUSE 225A

FUSE 40A

CAN BUS PART C BL CV GN

- (3)

178

GN-R STARTER

FUSE

CH R

J/B

VCU A23 GR-SB

DC/DC

VCU A32 GN-SB A33 GN-GR

BOX 3

BOX 1 HV

DC / DC DC / DC +

CB

VCU OR-GR A38

CH

VCU VO A2

DCSW+

BOX 1 HV

179

Ladegerät und Ladekabel

Komponenten Motorraum

CHC

RES

BB

RES

IC

Y-GN

NICHT BELEGT CH

CH

IGN

GND CONNECTOR 6 POS

DC (OUT) AC (IN) J/B

BN

BL

BN

BL

BN

BL

1

2

3

4

5

6

CB REL

BOX 3

Y

J/B

DC/DC

GAS

CV VCU

MOT

TRA

WP2

+

BAT

-

HVH

CHARGE (R) 12V SUPPLY

OEL

CO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

CAN BUS PART B ( LO, GN )

BL BN BL 4 5 6 WAGO

SB

W

BN

BL

+ 12V

CHC

PP (Y) CHARGING CABLE

Motorraum

PE PP (Y)

CP (R)

(LANGES TERMINAL)

(SHORT TERMINAL) GND DC/DC (ERDUNGSBAND)

BN

Y

CV (SB) REL (SB) CHC (Y-GN)

GND

BL

L1

N MOT (Y-SB)

GND

GND

BAT (BL) OEL (BN) WP (Y) VOLVO (ORIGINAL HARNESS, 8X)

GND

SB

W GND

L2

180

W 3

Masseanschlüsse

Anschlüsse (Draufsicht) 32 A, 3 Phasen

SB BL 1 2

CP (R) CHARGING CABLE CAN BUS PART B ( HI, BL )

GND (SB)

Ladedose Typ 2

CONNECTOR 6 POS

CH B - CONNECTOR 12 POS

WP1 AW

R

VAC

L3

CH(SB) HVH(SB) MOT (GR) VOLVO (ORIGINAL HARNESS, 3X)

GND

TRA (BL) CH (ERDUNGSBAND) MB (BN)

181

Vakuumpumpe

Wechselrichter/Motor

Für Bremskraftverstärker

Ohne CAN Bus-System

zum Beispiel: Pumpe Hella 8E0927317H , Sensor Audi/VW 036906051G SENSOR CONNECTOR 4 POS. 1J0973704 (VW) VCU VAC A4 W SB A15 VO SB A18 BN-SB SB A15 VO SB NICHT BEL. BN W

VO

IGN

GN

VAC

BN-SB

VCU

CV

PUMP CONNECTOR 2 POS. 1J0973722 (VW)

GR

VCU VAC A10 GR R GR A27 GN SB R

GN

MOT

Original Nissan Leaf Harness Assembly EGI Part No. 24011-3NF1A (Aus Spenderfahrzeug)

Y-SB

GR GND

GELÖTET UND MIT SCHRUMPFSCHLAUCH ODER AMP SUPERSEAL 2 POS.

Wasserpumpen

Zündung

Für Kühlung und Heizung

IGN

WAGO 5 POS. 1

2

3

4

5

OEL (SB)

CHARGE (R)

IC R

WAGO CB

DCSW +

R

IGN W

CB

REL BN

WP2

BN

R

CV

SICHERUNG 10A

WP1 Y

Y KÜHLUNG

+

HEIZUNG

SB GND

OEL

BAT

12V RELAIS (EHEM: BOSCH POS. 86 ZÜNDSPULE) (W) (R)

RELAIS (MIT 30A SICHERUNG)

CV (GN)

NICHT BELEGT

BL

W (VON WAGO)

87 86

87A

85

SB

GND

30

R

+ 12V (10A)

182

183

Kühlung und Heizung Heizkreislauf

Kühlkreislauf Ohne Can-Bus-System 1. WP1 DC/DC (+RES) 2. DC/DC CH 3. CH CV (+RES)

1. WP2

HVH

2. HVH

WÄRMETAUSCHER (HEISS) (+RES)

3. WÄRMETAUSCHER (KALT)

WP2

4. CV MOT 5. MOT CO 6. CO WP1

WÄRMETAUSCHER

RES

3 RES

H

CH

K

2

WP2

DC/DC

J/B

3

2 1

CV 4 1

MOT

HVH

5 6

WP1

184

CO

185

Aufprall-, Spritz- und Steinschlagschutz

Rohr Eisenrohr: 25 mm x 1,5 mm (angeschweißt an Halter) Flacheisen: 4 mm (leichte Biegung, angepasst an Reserveradmulde) Bohrungen: 9 mm

Aufprallbügel Heck

Aufprallbügel Heck

187

Spritzschutz Motorraum

188

Steinschlagschutz Unterboden

189

Batteriebox 545 ~70

Reserveradmulde Stabilisierungsbügel-Halter

Halter Außen

Innen 90

4 10

10

40

40

60 10 15 10

(mm)

186

50

187

Spritzschutz

Steinschlagschutz

Motorraum

Unterboden (schematische Übersicht)

Steinschlagschutz Unterboden Übersicht (schematisch) Material: Hart-PVC-Platten, schwarz (2 mm)

40 70

10 10

10

BOX 3

35

3

25

Gesamtansicht

Hart-PVC-Platte, schwarz (2 mm) Bohrungen: 9 mm = Einschnitte

Spritzschutz Motorraum

10 90

4

BOX 1 1 BOX

BOX 2 5

15 25 50

Teil 1

20

6

1210

210

115 65

75 30

2

1

35

30 30

125 200 75

40 40 210

Ansatz Teil 2

40 30 5

40

155 260

40

720

Teil 2 1020 150

20

720

20

5

150

4 35

2 210

3

6

1

150

(mm)

188

189

Steinschlagschutz

Steinschlagschutz

Unterboden

Unterboden

Spritzund Steinschlagschutz Steinschlagschutz Unterboden Teil Teil 31

Spritz- und Steinschlagschutz Teil 3

Bohrungen: 9 mm, 4mm

Bohrungen: 9 mm, 4mm

= Halteklammern (Verbindung mit Achskörper) 170

15

105

= Halteklammern (Verbindung mit Achskörper)

425

425

15

250

60

60

580

150

310

310

Spritz- und Steinschlagschutz Teil32 20 15 Teil 15

Bohrungen: 9 mm, 4mm

20 15

20 80

150

15

= Halteklammern (Verbindung mit Achskörper) 1005

Bohrungen: 9 mm 17 100

Bohrungen: 9 mm

425

15

80

60 40

80

160

540

30

20

125 250

220

40

30

20 310 170

220

170

215 40

(mm)

40

40 347

315

110

80

150

Teil 4

Teil 4

465

20

20 15 15

165

150

20

425

35

70

20 80

17 20 35

425

Teil 4 Bohrungen: 9 mm 190

80

191

Spritz- und Steinschlagschutz Spritz- und Steinschlagschutz Teil 5 Steinschlagschutz Teil 5 Bohrungen: 11 mm, 7 mm Unterboden SpritzBohrungen: und 11 mm, 7Steinschlagschutz mm Teil 5

Notizen

Bohrungen: 11 mm, 7 mm 150 40

150

40

40 40

100

43

100

43

11 mm 150 11 mm

110

40

30 150

110 100

40

30

43

150 11 mm

110

400 400

30

400 150

455

400

455

7 mm

33

7 mm

33

7 mm

33

400

400 455

(mm) (mm)

Teil 6 Teil 69 mm Bohrung:

(mm) Bohrung: 9 mm 15

10

15

10

Teil 6

20 20

10 10

Bohrung: 9 mm 15

20

10

40 40

10

40 80 80

120 120

120 80 160 160

192

193

Steckverbindungen

Second-Life-Komponenten

KOMPONENTE

STECKER

POS.

KABELSCHUH

GEHÄUSE

KABELSCHUH

MENGE STECKER/ GEHÄUSE

BMS CABLE BOX 2

1473672-1

4

2005154-1

1612035-1

1376109-1

2

TE Conn.

1318747-1

32

1123343-1

1473799-1

1376109-1

2

TE Conn.

1318917-1

24

1123343-1

1379681-1

2005154-1

2

TE Conn.

BMS CABLE BOX 3

DC/DC

HVH

CH

VAC

HERSTELLER

Hersteller/Modell

Baujahr(e)

Komponenten

Anpassungen

Bezugsquelle

ANMERKUNGEN

BMW i3

2013-2017

Motor Wechselrichter Ladegerät DC/DC-Wandler

Keine Keine Platinentausch Nicht nutzbar Nicht nutzbar

openinverter.org/shop

25 Pos. belegt

Chevrolet/Opel

2012-2016

Ladegerät Wechselrichter DC-DC Wandler Heizung

Externes Steuergerät Platinentausch Keine Externes Steuergerät

evbmw.com

Lexus GS450h

2005-2011

Hybridgetriebe Wechselrichter

Keine Externes Steuergerät

evbmw.com

Mitsubishi Outlander

2015-2022

Motor Wechselrichter Ladegerät & DC-DC Heizung

Keine Externes Steuergerät Externes Steuergerät Externes Steuergerät

evbmw.com

Nissan Leaf

2014-2017

Motor Wechselrichter Antriebsbatterie BMS PDM (Ladegerät) PDM (DC/DC-Wandler) Klimakompressor

Keine Platinen-Tausch Keine CAN-Programmierung CAN-Programmierung CAN-Programmierung LIN-Programmierung

openinverter.org/shop

Tesla Model S/X

2012-2021

Antriebseinheit Ladegerät DC/DC-Wandler Antriebsbatterie BMS

Platinentausch Platinentausch Keine Keine CAN-Programmierung

openinverter.org/shop evbmw.com

Toyota Prius Gen2

2003-2009

Hybridgetriebe Wechselrichter DC/DC-Wandler

Keine Ext. Steuergerät Keine

openinverter.org/shop

Getriebe ersetzt Seriengetriebe des umzubauenden Fahrzeugs.

Toyota Prius Gen3

2009-2016

Hybridgetriebe Wechselrichter DC/D-Wandler

Keine Platinentausch Keine

evbmw.com

Ansteuerung auch ohne Platinentausch mit externem Steuergerät möglich.

VW e-Golf, e-up, e-tron

2017-2022

Ladegeräte

Externes Steuergerät

evbmw.com

Webasto

2020

Hochvolt-Heizung

Keine

0334721301

12

033012-2001

-

-

1

Molex

MG655776

2

-

-

-

1

KET

1J0973714

8

-

-

-

1

VW

HVA280 A-Key

2

-

-

-

1

TE Conn.

44441-3006

6

43375-3001

-

-

2

Molex

19418-0026

12

33012-2001

-

-

1

Molex

B-Connector

1J0973704

4

-

-

-

1

VW

Stecker Sensor

1J0973722

2

-

-

-

1

VW

Stecker Pumpe

Die Steckverbindungen für Batterie-Steuerkabel, Wechselrichter, Elektromotor, Wasserpumpe/ Kühlkreislauf waren vorhanden und stammen aus dem Spenderfahrzeug Nissan LEAF; weitere Verbindungen laufen über WAGO-Klemmen (Kabelbox, +12V-Batterie, Zündung) und AMP Superseal-Stecker (Akustisches Warnsignal, Gaspoti, Hydraulikpumpe).

Die Wasserpumpe/Heizkreislauf haben wir mit dem dazugehörigen Steckerverbinder gekauft. Für das Getriebe und einige Masseanschlüsse haben wir die Volvo-Steckerverbinder weiter benutzt.

Original-Stecker

Original-Stecker

Anmerkungen

Wechselrichter kann auch ohne Platinentausch mit CAN Programmierung betrieben werden.

Maximale Leistung jedoch auf 80 kW begrenzt.

Die Übersicht basiert auf Projekten auf openinverter.org. Wenn Sie weitere Gebrauchtkomponenten kennen, die in Umbauten bereits zum Einsatz gekommen sind, freuen wir uns auf Ihren Input. Sie erreichen uns unter feedback@electrifyyourride.info.

194

195

Abkürzungen

Notizen

KABELFARBEN

ABKÜRZUNGEN

BL BN GN GR OR P R SB VO W Y

AW = BAT = BJB = BMS = CAN Bus = CH = CHC = CO = CV = DC/DC = EV = GAS = GND = HVH = IC = ICE = IGN = J/B = K = LBC = M = MB = MOT = OEL = PCU = PL = SP = TRA = VAC = VCU = WP =

196

= = = = = = = = = = =

blau braun grün grau orange rosa rot schwarz violett weiss gelb

Akustisches Warnsignal 12 V Batterie Battery Junction Box (Nissan) Batteriemanagementsystem CAN Bus Ladegerät Ladekabel Kühler Wechselrichter DC/DC-Wandler Elektrofahrzeug Gaspoti Masseanschluss Hochvoltheizung Zündspule Verbrennerfahrzeug Zündung Junction Box Kombiinstrument Lithium Battery Controller (Nissan) Modul Batterie-Steuerkabel E-Motor Hydraulikpumpe Servolenkung Vorlade-Einheit Adapterplatte Trennschalter Getriebe Vakuumpumpe Bremskraftverstärker Steuergerät Wasserpumpe

197

Ihr Umbau-Projekt.

Los geht‘s!

Wenn Sie nach der Lektüre unseres Guidebooks „Feuer und Flamme“ für das Thema Elektroumbau sind, dann sehen Ihre ersten Schritte vielleicht so aus … „Bessere Hälfte“ überzeugen

Budget festlegen

Fahrzeug auswählen

In Profi-Wekzeug investieren

Plan erstellen

Dokumentieren Falls Sie Ihr Projekt für möglichst viele Nachahmer dokumentieren wollen, denken Sie von Anfang an bitte an hochauflösende und gut ausgeleuchtete Bilder. Und machen Sie sich Notizen, wie Sie vorgegangen sind und worauf es bei Ihrem Modell besonders ankommt.

198

Über das Buch Es gibt ein paar Dinge im Leben, die wir alle einmal erlebt bzw. getan haben sollten. Der Umbau eines Benziner- oder Diesel-Fahrzeugs auf Elektro gehört für uns dazu. Das hat nicht nur damit zu tun, dass es angesichts von Klimawandel und Ressourcenschonung ein sinnvolles, ja notwendiges Projekt ist. Es macht – bei aller gebotenen Vorsicht im Umgang mit Hochvolt-Technik – auch sehr viel Spaß. Am Beispiel eines Volvo 850 vermitteln wir das nötige Hintergrundwissen und führen mit Hilfe von rund 250 Fotos und Diagrammen durch die wichtigsten Prozessschritte. Wenn Sie sich also mit dem Gedanken tragen, Ihrem „alten“ Auto ein zweites Leben zu schenken, dann liefert Ihnen unser Buch eine fundierte Entscheidungsgrundlage für ein solches Projekt.

Die Autoren Johannes Hübner ist Ingenieur und Initiator der OpenInverter-Plattform. Dort werden alle Software-Fragen rund um E-Konversionen diskutiert. Er hat so weltweit zu zahlreichen Umrüstungen beige­ tragen und selbst schon zwei durchgeführt.

Dr. Udo Kessler Ein guter Startpunkt, etwas für den Klimaschutz zu tun, ist der private Pkw. Dr. Udo Kessler ist davon überzeugt, dass das Potenzial von E-Konversionen groß ist – allerdings erst noch entwickelt werden muss. Dafür setzt sich der Geschäftsführer der Agentur Signum ein.

Philip Schuster Mit seiner Weltreisewerkstatt ist Philip Schuster nicht nur Experte für Weltreisen und die Fahrzeuge, die man dazu braucht, sondern auch für E-Konversionen. Sein Wissen rund um Mechanik und Elektronik nutzte er, um einen Toyota GT86 mit Nissan Leaf-Komponenten umzurüsten.

9 783982 506302

39,90 Euro (D) 39,90 Euro (A)

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