Komplette Stromaufnahme eines LED Systems im Kfz

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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unclebenz
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So, 25.03.12, 21:09

Hallo,

ich schreibe gerade eine Abschlussarbeit über Voll-LED-Scheinwerfer im Automobilbereich.
Dazu würde ich gerne noch ein paar Berechnungen machen, wie zum Beispiel, was ein komplettes LED -System an Strom verbraucht, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Halogen oder Xenonsystem. Die Leds an sich verbrauchen ja wesentlich weniger Strom als eine Glühlampe, allerdings steckt dahinter ja noch viel mehr, wie zum Beispiel Kühlerlüfter im Scheinwerfer, Steuergeräte die die LEDs ansteuern, u.s.w.

Vielleicht kann mir dabei jemand helfen, ich möchte gerne beweisen, ob sich das System nach dem Momentanen Stand der Technik lohnt, oder noch nicht. Vielleicht sind ja irgendwelche versierte Personen hier, die sich mit dem Thema auskennen?

Ich habe zum Beispiel informationen gefunden wie viel die LEDs letzt endlich verbrauchen, auch zu dem Lüfterhersteller habe ich kontakte, aber was den Rest betrifft, z.B. die Steuergeräte u.s.w. kann ich leider garnichts dazu sagen.

Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen,

Gruß
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Beatbuzzer
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Mo, 26.03.12, 08:01

unclebenz hat geschrieben: Vielleicht kann mir dabei jemand helfen, ich möchte gerne beweisen, ob sich das System nach dem Momentanen Stand der Technik lohnt, oder noch nicht. Vielleicht sind ja irgendwelche versierte Personen hier, die sich mit dem Thema auskennen?
Die Frage ist, worauf sich das "Lohnen" bezieht. Vom Strombedarf her ist es sicher eine interessante Sache für zukünftige Elektroautos.
Bei Verbrennungsmotoren ist der Wirkungsgrad eh schon vergleichsmäßig sehr schlecht, sodass die LEDs durch Stromsparen im Gesamtbild nur wenig punkten können.

Von der Haltbarkeit sicher dann, wenn man Tag und Nacht mit Licht fährt. Wobei Tagfahrlicht ja eh schon LEDs hat. Ansonsten musste ich in meinen 5 Autojahren noch nie eine Lampe wechseln (zwei Autos, beide zum Kaufzeitpunkt 5 Jahre alte Gebrauchtwagen.)
unclebenz
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Mo, 26.03.12, 08:40

Das "lohnen" bezieht sich auf den Stromverbrauch und somit letzt endlich auch um den Kraftstoffverbrauch. Heutzutage wird ja bei allem gespart, sei es an 5cm Kabel oder 100g Material und wenn das Leuchtmittel x Watt weniger verbraucht, spart man ja auch Energie und somit im Endeffekt Kraftstoff.

Eine 55W Glühbirne verbaucht natürlich mehr Strom als einige LEDs. Von Hella habe ich die Information, dass <20 Watt möglich seien, allerdings habe ich dazu keine genaueren Informationen, und ich würde gerne eine komplette Berechnung zusammenstellen die den Lüfter, evtl Steuergeräte und was noch alles dazu gehört miteinbezieht... Also ob letzt endlich Energie gespart wird, oder nicht...
Borax
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Mo, 26.03.12, 10:54

'Roh' betrachtet spart man relativ zur (Halogen-)Glühbirne auf alle Fälle. Nach ECE R37 soll eine 'übliche' H4 Birne 1650/1000 lumen abgeben (Quelle: http://www.candlepowerforums.com/vb/sho ... ost2873861) und verbraucht dafür 55/60W. Spezielle Typen wie Osram Night Breaker oder Philips Xtreme Power bis zu 1900/1200 lumen, aber bei (geringfügig) höherem Stromverbrauch und (wesentlich) geringerer Lebensdauer. Wenn man jetzt z.B. 3 CREE XM-L T6 LEDs verwenden würde: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Cree ... Lumen.html und bei 1.5A betreibt kommt man auch auf 1500lm. Typischer Spannungsbedarf wäre 9.3V entsprechend 14W. Bei einer Treiber-Effizienz von 80% (das ist kein besonders guter Wert) wären es dann etwa 17W (ein möglicher Treiber wäre z.B.: http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 400mA.html ). Auch mit Lüfter (so einer hat gerade mal 0.7W: http://www.reichelt.de/Luefter/FAN-ML-6 ... CLE=110415 ) sollten es auf alle Fälle nicht mehr als etwa 18W sein. Nur mechanisch ist das Ganze doch wesentlich schwieriger (Kühlkörper, Optik und mechanische Stabilität der Lüfter), sonst wären vmtl. schon viel mehr LEDs im Auto...
Ein Problem ist auch die Kühlung in heißen Ländern. Wenn ein Auto dort länger in der Sonne steht, erreichen die vmtl. Temperaturen von um die 80°. Dann hilft auch der Lüfter nicht mehr viel...
pkrny
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Mo, 26.03.12, 16:49

Hallo zusammen,
Ein Problem ist auch die Kühlung in heißen Ländern. Wenn ein Auto dort länger in der Sonne steht, erreichen die vmtl. Temperaturen von um die 80°. Dann hilft auch der Lüfter nicht mehr viel...
Im schlimmstmöglichen Fall dürften die Temperaturen der LED noch deutlich darüber liegen, eher im Bereich 150°C. Die Scheinwerfer liegen ja meist in der Nähe des Motors, der bekanntlich einiges an Abwärme produziert, wenn man also z.B. mit 200 km/h über die Autobahn fährt, und dann kommt auf einmal ein Stau, und man steht bei > 30 °C Außentemperatur still, dann dürfte es schon kuschelig warm werden am Scheinwerfer ;-)
In einem Elektroauto sieht es thermisch womöglich etwas günstiger aus, da es ja keinen Verbrennungsmotor in direkter Nachbarschaft gibt.

Ein direkter Vergleich von Halogenlampe und LED bzgl. des benötigten Lichtstroms für einen Scheinwerfer ist auch nur bedingt sinnvoll, da neben Gesamtlichtstrom auch die Abstrahlcharakteristik und die Leuchtdichte eine wesentliche Rolle spielen. Die oben zitierten Cree LEDs sind für einen Scheinwerfer daher auch eher keine gute Wahl, da die Linse die Etendue stark erhöht. Für Autoscheinwerfer werden daher eher LEDs ohne Linse verwendet, obwohl diese eine niedrigere Lichtausbeute haben. Ebenfalls aus Etendue-Gründen wird man die LEDs typischerweise möglichst stark bestromen, was für die Effizienz auch ungünstig ist, dazu kommen die hohen Temperaturen. Die Effizienz einer LED im typischen PKW-Scheinwerfer-Einsatz wird also deutlich unter den Werten liegen, die z.B. die von Borax zitierten LEDs liefern (Rechenbeispiel war mit 1,5A pro LED und 25°C, wenn ich's richtig gelesen hab).


Die Abschätzung von Borax ist prinzipiell als Anhaltspunkt OK, ich würde den Wert für die benötigte Leistung aber nach oben korrigieren (geringere LED-Effizienz unter realen Bedingungen), eher in Richtung 20 W (passt auch zur Hella-Aussage oben).

Effizienztechnisch tun sich LED und HID ("Xenon") momentan nicht viel, aber früher oder später wird LED den Abstand eingeholt haben. Außerdem bieten LEDs halt noch andere Vorteile, die Halogen/HID nicht schaffen: einzeln abdimmbare Bereiche und (nicht zu vernachlässigen!) mehr gestalterische Design-Freiheit.

Gruß, pkrny
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amiarts
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Mi, 28.03.12, 21:58

Was noch anzumerken ist. Bei Audi werden die LED-Scheinwerfer teilweise mit der Motorkühlung gekoppelt. Damit entfällt der separate Lüfter im Scheinwerfer.
Ich denke aber, dass dort noch mit einem Peltierelement die LED runter gekühlt wird, da die 90 Grag Wassertemperatur sicher nicht so gut ist für die Lebensdauer der LED. Das Element braucht dann natürlich auch wieder Strom....

Gruß René
unclebenz
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Do, 05.04.12, 07:20

Hallo,

danke für eure zahlreichen Antworten.

Ich denke dass das Kühlungsproblem mittlerweile einigermaßen im Griff ist, es sind ja mittlerweile nicht nur von Mercedes und Audi Voll-LED Scheinwerfer auf dem Markt, sondern auch Bmw, Opel usw

Ein Problem ist leider, dass ich nicht weiß, welche LEDs genau in welchem Scheinwerfer verbaut sind, sodass es schwer ist eine gegenüberstellung zu machen :-(

Des Weiteren habe ich zwar ein paar Vergleiche gefunden, aber dafür wird dann oftmals nur das LED-Tagfahrlicht mit dem Üblichen H7-Abblendlicht verglichen, was ja Schwachsinn ist.
Würde gerne ein LED Abblendlicht mit einer H7 Birne (oder Xenonbrenner) vergleichen, dabei evtl noch den Kühlerlüfter miteinbringen und im Endeffekt das auf den Kraftstoffverbrauch und mehrere Jahre hochrechnen. Kann mir dabei jemand helfen?
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Romiman
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Do, 05.04.12, 19:48

Die LED-Typen in den Scheinwerfern sind bei jedem Hersteller andere. Da ist nichts standardisiert (wie bei Glühlampen und Xenonleuchtmitteln).
Da hilft nur fleißiges Googeln und Anfragen bei Anbietern oder Besitzern von Fahrzeugen mit LED-Hauptscheinwerfern. Hier im Forum hat/hatte (nach meinem Kenntnisstand bis jetzt) noch niemand einen LED-Hauptscheinwerfer in seinem Fahrzeug geschweigedenn in der Hand.
unclebenz
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Fr, 06.04.12, 19:21

@ Romiman,

ja, das hab ich leider auch schon feststellen müssen. Gerade deshalb, weil auch noch jeder Hersteller in seinen Scheinwerfern unterschiedliche LEDs und unterschiedliche Anzahlen davon einbaut.

Ich habe einfach mal eine simple theoretische berechnung gestartet.
Ich bin davon ausgegangen, dass eine LED 2,5W verbraucht, im Audi A8 Scheinwerfer, sind davon 16 LEDs verantwortlich für das Abblendlicht. Für das Standlich habe ihc eine Lichtleiste mit 7W gewählt.
Ein konventioneller Schweinwerfer hat ja meist eine H7 Birne mit 55W, +5W Standlich und das in zwei Scheinwerfern sind zusammen 120Watt. Im Led Scheinwerfer sinds dann laut meinen Berechnungen 2x47W, also 94Watt Gesamt.

Da ich einfach nur eine theoretische Rechnung der Kraftstoffersparnis aufs Jahr gesehen haben wollte, habe ich folgende Annahme getroffen:
Fzg fährt 25000km jährlich (mit konstant eingeschalteter Beleuchtung) und 8l/100km durchschnittsverbrauch.
Laut Faustformel aus dem Internet benötigen 1000W leistung 1Liter Kraftstoff.

1000Watt = 1 Liter
26Watt (Leistungsunterschied LED-System und konventionelles system) =0,026 Liter

0,026Liter = 100km
6,5Liter= 25.000km

Somit 6,5l Jährlich an einsparung, durch das LED system. Berücksichtigt dabei wurde eben nur das Standlicht und Abblendlicht. Die Kühlung für den LED Scheinwerfer habe ich nicht dazugerechnet, ebenfalls auch nicht die kompletten Rückleuchten (Standlicht, Kennzeichenleuchte, usw), da es dabei wieder sehr ins detail gehen würde.

Vielleicht kann es ja mal kurz jemand überfliegen und seine Meinung dazu äußern?

Wäre super :-) Danke
ingo87
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Fr, 06.04.12, 19:54

klingt alles nicht schlecht, aber man muss bedenken, dass ein LED scheinwerfer locker 2000€ mehr kostet. bei den spritpreisen muss der audi fahrer über 160jahre a` 25tkm fahren :D
ein xenon scheinwerfer braucht 35W plus 5W standlicht. ich komme auf eine gesamtleistung von 80W und somit noch günstiger als die LED leuchte :)

vergiss nicht, dass die LED's bei tageslicht nicht mit voller leistung gefahren werden und somit noch mehr kraftstoff gespart wird.
unclebenz
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Fr, 06.04.12, 20:11

ingo87 hat geschrieben: vergiss nicht, dass die LED's bei tageslicht nicht mit voller leistung gefahren werden und somit noch mehr kraftstoff gespart wird.
Hast du darüber genauere Infos?

ach, da fällt mir gerade ein, dass das Tagfahrlich ja bei eingeschaltetem Abblendlich gedimmt wird, leider weiß ich nicht um wieviel, schätze 50%?

@ ingo...

Ja, das mit den xenonscheinwerfern stimmt, aber ich denke dazu käme noch die Vorschalt- und Steuergeräte die ja auch noch ihre Leistung benötigen. Am besten wäre natürlcih wenn ich sowas nachrechnen könnte, aber das würde den Rahmen sprengen...
ingo87
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Fr, 06.04.12, 20:51

machst du den techniker? hab selber erst vor kurzen meine arbeit geschrieben :P

die steuergeräte braucht man bei beiden systemen und somit würde ich es gleich vernachlässigen. egal wie du es machst, man bekommt keine genauen ergebnisse.

ich würde lieber paar vor- und nachteile aufzählen :)


du bist schon auf dem richtige weg :D
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Romiman
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Fr, 06.04.12, 20:59

Vor einigen Jahren, als die ersten LED-Hauptscheinwerfer in Serienfahrzeuge kamen, (Lexus LS600h, Audi R8, Cadillac Escalade) hab ich gelesen, daß ein einzelner LED-Scheinwerfer sogar stramme 68W verbraucht, da die Steuerungselektronik und im Falle des Audi sogar E-Lüfter auch noch Energie verbrauchen.

Letzte Woche konnte ich mal das Abblendlicht des Nissan Leaf (Vollelektroauto, Größe wie ein aktueller Astra) begutachten. Mit nur 2 Mehr-Chip LEDs mit "Schaufelreflektoren" deutlich einfacher realisiert als die komplizierten Lichtmonster bei Audi oder Lexus. (Das Fernlicht wurde klassisch mit einer Halogen H1 Lampe realisiert.) Hier war wohl Entwicklungsziel, eine Lichtausbeute wie Halogen (1000-1500Lm) mit spürbar geringerem Energiebedarf umzusetzen. Bei Audi, Lexus und Cadillac standen eindeutig der Technologie-Pionier-Effekt und Prestige im Vordergrund.

Für den klassischen 7" Rundscheinwerfer (diverse Motorräder, Mercedes G-Modell, Landrover...) gibt es mittlerweile auch zugelassene LED-Austausch-Scheinwerfer. Mit einer Lichtmenge von 1350Lm (mittelgutes Halogenniveau) bei 30Watt vollbringen sie keine Wunder, aber schon eine signifikant bessere Energiebilanz.
Ein ganz anderes Thema bei LED ist noch immer der deutlich geringere Farbwidergabeindex (CRI) von meist ca 80-90%, wohingegen Halogen und Xenon eher bei guten 99% liegen.
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stoske
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Fr, 06.04.12, 23:34

Welchen Sinn hat den der CRI-Index bei einem Autoscheinwerfer???
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stoske hat geschrieben:Welchen Sinn hat den der CRI-Index bei einem Autoscheinwerfer???
Vielleicht nicht der CRI direkt, aber auf jeden Fall die Anteile der verschiedenen Farben, bzw. die Farbtemperatur. Ein blaulastiges Licht, wie z.B. "superhelles" Xenon jenseits der 7000K bringt dir in der Umwelt nichts, weil Grünflächen, warmweiss gestrichene Gebäude und warme Herbsttöne z.B. mehr rot und grün reflektieren.
Eine fast gelbe 2700-3000K Halogenlampe wirkt da auch bei halbem Lichtstrom nicht viel dunkler, da sie mehr rot-Anteile hat, welche reflektriert werden können.
Genauso wird es sich mit zukünftig eingebauten LEDs auch verhalten.
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stoske
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Sa, 07.04.12, 09:14

> Vielleicht nicht der CRI direkt...

Drum frug ich ja, Romiman sprich explizit vom CRI, der für mein Verständnis beim Auto keinerlei Relevanz mehr hat.
Bei der Farbtemperatur verstehe ich das noch, aber selbst da ist die Relevanz bedeutend geringer als z.B. im Wohnraum.
Loong

Sa, 07.04.12, 09:33

stoske hat geschrieben:Welchen Sinn hat den der CRI-Index bei einem Autoscheinwerfer???
In der ECE R99 ist festgelegt, daß Gasentladungslampen für Fahrzeuge vor allem im Rotbereich erweiterte Farbwiedergabeeigenschaften aufweisen müssen, wie sie für das Erkennen roter Verkehrszeichen (Stopp-Schild) notwendig sind.
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Sa, 07.04.12, 13:09

Loong hat geschrieben:In der ECE R99 ist festgelegt, daß Gasentladungslampen für Fahrzeuge vor allem im Rotbereich erweiterte Farbwiedergabeeigenschaften aufweisen müssen
Genial. Diese Regel wurde bestimmt aufgestellt, um die praktisch nicht vorhandene Farbwiedergabe der Natriumdampf-Straßenbeleuchtung zu kompensieren! :twisted:
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Sa, 07.04.12, 15:38

Deshalb dürfen ja auch nur Brenner bis 4700K verbaut werden.
unclebenz
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So, 08.04.12, 17:31

ingo87 hat geschrieben:machst du den techniker? hab selber erst vor kurzen meine arbeit geschrieben :P
Ja :-D werde dieses Jahr dann fertig....

Weiß jemand wie die gesetzliche Regelung ist?

Beim Audi r8 wurde soweit ich weiß eine Sondergenehmigung benötigt. Eine aktuellere info konnte ich leider nicht finden
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Seit glaube Anfang 2008 sind LEDs erst als Hauptlicht zugelassen. Deshalb hat es auch so lange gedauert, bis der Scheinwerfer für den R8 in den Handel kam, obwohl er schon lange in der Werbung war. Die mussten erst eine Sondergenehmigung für die Zulassung in der EU aushandeln.

Gruß René
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