Ein altes Auto in einen leistungsstarken Generator verwandeln

• Ein Projekt, das einen Toyota-Sienna-Minivan nutzt, dessen Wert für den Straßenverkehr gering ist, dessen Motor aber noch intakt ist, um ein ausrangiertes Fahrzeug in eine netzunabhängige Stromquelle zu verwandeln
• Da hochwertige Generatoren mehrere tausend bis zehntausende Dollar kosten können, kann ein funktionsfähiger alter Automotor eine günstige Alternative sein
• Jake von Slatt will den Alternator eines defekten Harbor-Freight-Generators mit dem Sienna-Motor kombinieren, um eine 60Hz-AC-Ausgabe zu erzeugen
• Ein Arduino Nano Every und eine H-Bridge bewegen den Tempomat-Aktuator und stabilisieren den Motor bei etwa 3600 U/min
• Durch die Wiederverwendung eines schrottreifen Fahrzeugs und alter Generatorteile entsteht ein praktischer Generator, der auch off-grid eingesetzt werden kann

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Ein Auto kurz vor dem Schrott als Generatormotor nutzen

• Generatoren sind teure Geräte
  • Kleine, minderwertige Modelle sind für einige hundert Dollar zu bekommen
  • Hochwertige Generatoren kosten mehrere tausend bis zehntausende Dollar
• Alte Autos können sehr günstig sein, besonders wenn sie sich kaum noch für den Straßenverkehr eignen
• Jake von Slatt zeigt in einer Videoserie, wie er ein schrottreifes Fahrzeug mit funktionierendem Motor in einen leistungsstarken Generator verwandelt
• Der Motor für dieses Projekt stammt aus einem Toyota-Sienna-Minivan
  • Das Fahrzeug selbst hat nur noch geringen Wert für den weiteren Straßenbetrieb
  • Der Motor läuft weiterhin gut
  • Für den Einsatz als Generator liefert er ausreichend Leistung
• Der Alternator stammt aus einem Harbor-Freight-Generator, dessen Motor defekt ist

60Hz-Ausgabe mit Arduino halten

• Um Haushaltsgeräte und Werkzeuge zu betreiben, muss die AC-Spannungsausgabe stabile 60Hz halten
• Das Tempomat-System des Sienna bewegt ursprünglich die Drosselklappe, um die Raddrehzahl konstant zu halten
• In diesem Projekt stabilisiert dasselbe System den Motor auf 3600 U/min, um 60Hz zu halten
• Die Steuerschaltung basiert auf einem Arduino Nano Every board und einer H-Bridge
  • Der Arduino steuert über die H-Bridge den Servomotor des Tempomat-Aktuators
  • Die Ausgangsspannung des Alternators wird auf 5V abgesenkt und zur Frequenzüberwachung genutzt
  • Wenn die Frequenz sinkt, dreht der Arduino den Aktuator, erhöht die Motordrehzahl und regelt auf 60Hz nach
• So können ein sonst ausrangiertes Auto und ein alter Generator weitergenutzt werden, statt entsorgt zu werden, und als Gerät für netzunabhängige Stromversorgung dienen

[GN⁺]

Meinungen auf Hacker News

• Dafür sollte man zwischen Motor und Generator besser ein Getriebe setzen.
  Ein Automotor kann zwar mit 3600 U/min laufen, aber normalerweise ist der Kraftstoffverbrauch unter hoher Last in der Nähe von 2000 U/min am besten. Bei niedriger Last sind noch niedrigere Drehzahlen effizienter, aber das Kühlsystem eines Autos ist möglicherweise nicht dafür ausgelegt, hohe Last über längere Zeit zu verkraften. Daher wirkt es wie ein einfaches und „nah genug dran“-Design, den Motor mit 1800 U/min laufen zu lassen und mit einem 1:2-Getriebe die passende Drehzahl für den Generator zu erzeugen.

  • Es stimmt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch pro Bremsleistung (BSFC) bei hoher Last am besten ist. Wer die Kennfelder sehen will, kann nach „brake specific fuel consumption map“ suchen.
    Bei moderneren Motoren kann der beste Wirkungsgrad dank technischer Verbesserungen auch in der Nähe von 3000 U/min liegen. Hier ist das aber vermutlich nicht besonders relevant, weil der Unterschied zwischen Motorleistung und maximaler Generatorleistung zu groß ist. Dieser Generator hat 5500 W, also etwa 7,4 PS, und selbst unter Berücksichtigung des Generatorwirkungsgrads liegt die maximale Last bei ungefähr 8 PS. Der Motor eines Toyota Sienna hat eine Spitzenleistung von rund 200 PS; verglichen damit, dass die Klimaanlage eines Autos etwa 4 PS verbraucht, ist der Generator nicht einmal die doppelte Last der Klimaanlage. Am Ende scheint eine Riemenscheiben-Konfiguration passender, die den Motor fast im Leerlauf betreibt, um die internen Motorverluste zu reduzieren.
  • Wenn mit „Getriebe“ eine Riemenscheibe gemeint ist, dürfte die effizienteste Lösung vermutlich sein, vorn an der Kurbelwelle am Nebenaggregate-Riemen eine breite große Riemenscheibe zu montieren und auf der Generatorseite eine Riemenscheibe mit einem zur Ziel-Drehzahl passenden Durchmesser zu verwenden.
    Dann setzt man das Ganze auf eine verstärkte Palette, und fertig. Mit dieser Konfiguration wird man den Strombedarf eines normalen nordamerikanischen Haushalts kaum monatelang zuverlässig decken können, aber sie dürfte ziemlich sicher das leisten, was ein billiger Generator getan hat, bevor dessen dubioser 150-ccm-Motor kaputtging.
  • Im normalen Fahrbetrieb wird ein Auto auf der Autobahn durch den Luftstrom gekühlt; in diesem Fall fehlt das. Das Kühlsystem könnte zum Problem werden.
  • Das Autogetriebe ist eine ziemlich große Quelle für Leistungsverluste, nach meiner Erinnerung grob in der Größenordnung von 20 %. Ein einfaches Untersetzungsgetriebe oder riemengetriebene Riemenscheiben sind wahrscheinlich besser.

• Schöner Aufbau. Ich habe eine Zeit lang auf einer Yacht gelebt, und wenn es mehrere Tage bewölkt war, wurde es schwierig, die Batterien mit Solarstrom zu laden.
  Mein kleiner M35-Universal-Dieselmotor hatte viel Drehmoment, und damit habe ich einen 110-V-120-A-Generator angetrieben. Er lädt Batterien wie eine Lichtmaschine im Auto, aber in meinem Fall wurden sechs 12-V-200-Ah-Lithium-Eisenphosphat-Batterien geladen. Mit diesen Batterien habe ich mehrere Tage lang „Haushalts“-Geräte wie einen 120-V-3000-W-Wechselrichter, Klimaanlage, Kühlschrank, Kaffeemaschine, Wassermacher, Elektroherd, Beleuchtung, Navigationsgeräte, Funkgerät, Starlink und Xbox betrieben. Wenn man kein unschönes Fahrzeug herumstehen haben will, kann man auch nur den Motor auf einen Ständer setzen und ihn wie im Video verkabeln; alles, was man braucht, um den Motor laufen zu lassen, sind Kraftstoffleitung, Zündung und Kompression.

  • Um fast jeden Motor laufen zu lassen, braucht man auch ein Kühlsystem. Das Kühlsystem eines normalen Automotors ist meist nicht dafür ausgelegt, lange Zeit mit maximaler Leistung zu laufen.
    Denn nach dem Umschalten der Ampel auf Grün dauert es nur ein paar Sekunden, bis man auf Geschwindigkeit ist, und danach braucht man deutlich weniger Leistung. Eine Yacht kann im Grunde mit unbegrenzt viel Meerwasser kühlen. Außerdem braucht der Motor wahrscheinlich auch einen Computer, und dann braucht man auch ein elektrisches System.
  • Auf einem Boot wäre es vermutlich besser, 230 V zu installieren. Moderne Elektronik kommt meist mit 100–240 V zurecht, und man spart Kabel.
  • Wenn man Diesel nimmt, braucht man keine Zündung mehr, dafür kann das Starten schwieriger sein.

• Im halbwegs DIY-tauglichen Generatorbereich sind auch Lister-Motoren und ihre Nachbauten, die Listeroids, einen Blick wert.
  Mit Diesel betrieben sind sie ziemlich effiziente Motoren, die ein beliebiges Riemensystem antreiben können, und man kann vom Generator auch auf eine Mühle oder eine Wasserpumpe umhängen. Die meisten alternativen Kraftstoffe wie Biodiesel oder Altöl lassen sich ebenfalls verwenden, und die einfache, langsam laufende Bauweise macht sie langlebig und wartungsfreundlich.
  http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
  https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html

  • Ich finde auch, dass Lister-Motoren wirklich gut klingen. Wo ich wohne, höre ich sie öfter vorbeifahren; das langsame Vorbeiziehen und das Hochdrehen am Gas klingt großartig.

• Ich bin mir nicht sicher, wie viel Sinn dieser Umbau ergibt. Es war ein Generator, der entsorgt wurde, weil der ursprüngliche Motor kaputt war, und man hätte einen handelsüblichen Viertaktmotor für unter 1000 Dollar anbauen können.
  Stattdessen hat man ein Auto genommen, das selbst als Schrott ungefähr die Hälfte eines neuen Motors wert sein dürfte, dazu kommen der Platzbedarf des Autos, Elektronik und Fertigungskosten. Das Ergebnis ist eine Konstruktion, bei der ein Generator, der höchstens rund 10 PS nutzen kann, von einem fast 200-PS-Schrottmotor angetrieben wird. Die Improvisation an sich ist großartig, aber ich kann mir kaum vorstellen, warum man das ein zweites Mal genauso bauen sollte.

  • Jetzt kann es außer ihm selbst niemand mehr reparieren. Eine sehr schöne Lernerfahrung, und darin liegt der Wert.
  • Von außen betrachtet ist es ein fahrbarer Generator, der kostenlos läuft. Schwer zu sehen, was man daran nicht mögen sollte.
    Wenn man die Cruise-Control-Kupplung löst, ist das Auto immer noch fahrbereit, und angeblich nutzt er es auch zum Transportieren von Dingen oder zum Schweißen.

• Vielleicht ist das eine dumme Frage, aber ein Hybrid wie der Prius ist ja im Grunde ein Auto, das dafür ausgelegt ist, als eine Art Generator zu dienen – wäre ein alter Prius als stationärer Generator da nicht die bessere Wahl?
  Inzwischen gibt es viele davon, und sie sind ziemlich günstig geworden. Nachdem ich nach dem Derecho in Iowa im August 2020 fünf Tage ohne Strom gelebt habe, ist mir völlig klar geworden, wie wichtig eine Notstromquelle ist. Generatoren waren nicht zu bekommen, und sogar beim Tierheim wurden die Generatoren aus dem Hof gestohlen. Benzin und Eis waren ebenfalls schwer zu bekommen, und weil wir einen Elektroherd hatten, war Kochen schwierig. Den Pelletgrill konnten wir auch nicht nutzen, weil er elektrisch ist, und nach drei Tagen mussten wir sämtliche Lebensmittel aus Kühlschrank und Gefriertruhe wegwerfen.

  • Unter https://www.plugoutpower.com/ gibt es solche Kits für den Prius und andere Modelle.
  • Stimmt. Der Prius hat einen Atkinson-Zyklus-Motor, daher ist der Motorwirkungsgrad deutlich besser, während normale Lichtmaschinen in Autos absurd ineffizient sind – grob vielleicht um die 50 %.
    Der Motor-Generator des Prius liegt eher bei über 90 %. Selbst wenn der Motor-Generator nicht dauerhaft mit 100 % Einschaltdauer laufen kann, liegt seine Spitzenleistung bei mehreren Dutzend kW, dafür bräuchte man also eine ziemlich große Last. Viele Autolichtmaschinen vertragen über längere Zeit nicht die Maximallast und liefern nur etwa 2 kW, was riskant sein kann. Wicklungen oder Spannungsregler können überhitzen; manchmal gibt es einen thermischen Schutz, aber nicht immer. Mit erzwungener Kühlung zur Unterstützung des Radiallüfters lässt sich das provisorisch entschärfen.
  • Joey Hess’ Solar-Kühlschrank-System ist elegant. Es speichert Energie nicht nur in Batterien, sondern nutzt zusätzlich Wärmekapazität.
    https://fridge0.branchable.com/
    https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
  • Im Kofferraum meines Prius steckt ein 1800-W-12-V-Wechselrichter, und ich habe zur Batterie hin AMP-Kabel vorverdrahtet, damit auch technisch weniger versierte Familienmitglieder ihn leicht anschließen können.
    Die Leistung ist begrenzt, aber bei einem Stromausfall durch einen Wintersturm konnte ich damit mehrere Tage lang die Ölheizung und das Internet betreiben. Der Motor läuft nur, wenn die Hybridbatterie geladen werden muss, daher ist das viel effizienter als ein normaler Generator. Mit einem Wechselrichter, der auf die 140-V-Hybridbatterie ausgelegt ist, könnte man mehr Leistung entnehmen, aber diese Lösung war schnell und einfach. Ich wollte den Kühlschrank statt der Heizung anschließen, aber wegen eines Erdungsproblems schaltete der Wechselrichter ab. Zum Glück war es draußen kalt, also ging es. Ein Disaster-Recovery-Plan ist erst fertig, wenn man ihn bis zum Ende getestet hat.
  • Wenn man den Ausgang der Traktionsbatterie an einen Wechselrichter hängt, dürfte der Prius keine Möglichkeit haben zu erkennen, dass er von seiner normalen Betriebsstrategie abweicht, die Packspannung bei etwa 30 bis 80 % Ladezustand zu halten.
    Die Traktionsbatterie ist nicht besonders groß, daher würde der Motor vermutlich häufig anspringen, wenn man sie nicht mit einem größeren Pack koppelt. Es gibt auch Leute, die NiMH-Hybridsysteme so umbauen, dass sie mit LiFePO4-Zellen funktionieren, indem sie an jede Zelle einen eigenen Laderegler hängen. Was die Fahrzeugsteuerung letztlich sieht, sind nur die Zellspannungen.

• Sein grundlegender Regelalgorithmus scheint viel Raum für Verbesserungen zu haben. Schon ein einfacher PID-Regler könnte deutlich schneller auf Laständerungen reagieren und auf die passende Drosselklappenstellung konvergieren.
  Es war etwas frustrierend, dem Controller beim langsamen Herantasten zuzusehen.

  • In den Videokommentaren gab es dieselbe Frage, und die Antwort war:
    „Daran habe ich gedacht, und ich halte es für eine gute Idee. Wenn meine Programmierkenntnisse besser werden, komme ich wahrscheinlich zu diesem Projekt zurück. Ich habe ein USB-Kabel am Arduino angeschlossen gelassen, also sollten Code-Updates sehr einfach sein!“
  • Beim Zuschauen dachte ich die ganze Zeit, dass genau hier ein PID-Regler gebraucht wird. Ich frage mich, warum er sich nicht dafür entschieden hat.
    Man hätte sogar den Tempomaten selbst hacken können, sodass er die „Geschwindigkeit“ auf 60 Hz regelt.
  • Genau. Und die Hauptschleife sollte so schnell wie möglich laufen, während die Regelschleife nur bei Bedarf ausgeführt wird. Eigentlich sollte man dafür einen Timer-Interrupt verwenden.

• 3600 U/min sind ziemlich hoch. Das Ding dürfte einiges an Kraftstoff schlucken.
  Man müsste ausrechnen, ob man damit gegenüber einem ordentlichen Generator für Endverbraucher tatsächlich Geld spart. Mehr noch als um den Motor selbst mache ich mir Sorgen um die Zuverlässigkeit der vom Nutzer integrierten Teilekombination.

  • Dem Video nach ist der Typ fast schon besessen davon, Maschinen wiederzuverwerten, und wollte wohl so etwas wie ein mobiles Schweißgerät für sein Grundstück bauen.
    Er weiß ganz offensichtlich selbst, dass das eine Mad-Max-artige Lösung aus „herumliegendem Kram“ für ein bereits gelöstes Problem ist. Vom Konzept her cool, aber mit sehr engem Einsatzzweck und objektiv keine gute Idee. Wenn man einen Motor mit großem Kupplungslüfter und gut verkleidetem Kühler verwendet, kann man die Kühlung einigermaßen in den Griff bekommen; um Kraftstoff zu sparen, wäre es wahrscheinlich besser, bei niedrigerer Drehzahl die Leerlaufregelung des Motors zu nutzen. Trotzdem ist es letztlich Lippenstift auf einem Schwein, und bei Harbour Freight kann man ein hübscheres Schwein kaufen.
  • Eine hohe Drehzahl bedeutet nicht zwangsläufig hohen Kraftstoffverbrauch. Ein kleiner VW Polo 1,0 l musste auf der Autobahn bei 70 mph bei 4000 U/min bleiben, kam aber trotzdem auf 50 britische mpg, also etwa 6 l/100 km.
  • Kommt auf die Situation an. Wenn man es nur sehr selten nutzt und den Motor schon hat, ist es wahrscheinlich in Ordnung. Wenn man den Motor kaufen muss oder ihn häufig verwendet, wird die Rechnung wichtiger.

• Interessant, dass diese Art von Arbeit hier besonders kritisch betrachtet wird, obwohl sie oft außerhalb dessen liegt, was der durchschnittliche HN-Leser erlebt hat oder gut kennt.
  Es ist sicher keine ideale Konfiguration, aber Leute, die gern an Maschinen schrauben, mögen es, an so etwas herumzubasteln. Mich eingeschlossen.

• DIY an sich macht Spaß, aber wenn man in größerem Maßstab denken will, ist dieses Material sehenswert
  https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
  In der Zusammenfassung wird der Wert hervorgehoben, kleine, in Massenproduktion gefertigte Kolben-Verbrennungsmotoren für Systemdesigns außerhalb des Automobils umzurüsten und zu integrieren. Ausgangspunkt ist die Beobachtung, dass Verbrennungsmotoren, auf die Leistung normiert, 100-mal günstiger sind als herkömmliche große Kraftwerke. Der größte Teil der Arbeit befasst sich außerdem damit, Hubkolbenmotoren als Kompressoren zu modellieren, zu entwerfen, umzubauen und zu testen. Dabei wird ausgenutzt, dass ein Motor in seiner bisherigen Form im Grunde ein Hubkolbenkompressor ist, und untersucht, ob er sich kosteneffizient zu einem kleinen Gaskompressor umrüsten lässt

  • Die Aussage „auf die Leistung normiert sind Verbrennungsmotoren 100-mal billiger als herkömmliche große Kraftwerke“ hat ziemlich große Einschränkungen. Denn höhere Leistung geht mit deutlich niedrigerer Effizienz einher
    Für Notfall-Backup oder die in der Arbeit erwähnte Reserveleistung mag das in Ordnung sein, aber für die allgemeine Stromerzeugung sind die Betriebskosten sehr hoch. Die Idee der Modularisierung ist gut, steckt aber auch bereits in den virtuellen Kraftwerken (VPP), die heute schon entstehen
  • Ich denke, dieser Markt wird bereits von tragbaren Generatoren bedient. Motorenhersteller wie Honda verkaufen schon seit Langem Benzingeneratoren

• Dieser 2-polige Generator ist für den Einsatz gedacht, bei dem ein einzylindriger Benzinmotor mit 3600 U/min kreischend läuft
  Größere Generatoren sind 4-polig und können daher bei 60 Hz mit 1800 U/min und bei 50 Hz mit 1500 U/min laufen. 5500 W ist auch nicht gerade besonders leistungsstark, sondern eher das Niveau eines Standard-Generator-Kopfs für tragbare Benzingeneratoren. Ein Automotor hat übermäßige Leistung und wird wahrscheinlich nicht in der Nähe seines effizienten Betriebspunkts laufen. Die Drehzahl eines Wechselstrommotors oder Generators ist RPM = 120f/p, wobei f die Frequenz in Hz und p die Polzahl ist

  • Das ist keine Lösung, die man mit dem Ziel der Perfektion betrachten sollte; daher scheint es nicht nötig, ein solches Projekt allzu hart zu kritisieren