Da immer mehr Leute dem Trend zum CarPC folgen und dementsprechend auf der Suche nach Informationen sind, will ich hier mal ein kleines und ausbaufähiges Tutorial zum Thema CarPC schreiben. Die Eiskaltmacher sind ja am Thema PC nicht ganz unbeteiligt
So, wo fange ich am besten an... bei der
1) Stromversorgung
Es gibt zwei grundlegende Ansätze zur Versorgung der EDV im Auto, kommt natürlich auf den Geldbeutel des Besitzers und den Leistungshunger der Komponenten an.
- Wechselrichter
- DC/DC-Wandler
Der erste ist wohl mit der einfachste und billigste Weg, wenn schon alte Komponenten vorhanden sind und der Einbau vergleichsweise schnell gehen muss. Der Wechselrichter erzeugt aus der "12V" (dazu später mehr) Bordspannung mehr oder weniger saubere 230V Wechselspannung. Dabei wird versucht, dem Sinus-Verlauf des Stromnetzes möglichst nahe zu kommen. Billige Wechselrichter erzeugen ein Rechtecks-Signal, welches eigentlich nur ein Umpolen der Spannung mit 50Hz darstellt.
Etwas bessere Geräte erzeugen einen modifizierten Sinus, und hier liegt es meinst am Preis wie stark der Sinus modifiziert ist. Das kann von besseren Rechtecksgeneratoren bis zu feinen Trapezverläufen gehen.
Am oberen Ende der Preisklassen befinden sich mikroprozessor-gesteuerte Sinuswechselrichter, die einen exakteren Sinus erzeugen als das herkömmliche Stromnetz. Allerdings auch zu stolzen Preisen...
Rein vom Prinzip her spricht viel für die Wechselrichter. Einfach an der Batterie angeklemmt, 230V im Auto erzeugt und man kann alles anschließen, was man möchte, auch weniger PC-typische Geräte. Man braucht kein neues Netzteil zu kaufen, wenn man zB den alten Rechner vom Keller weiterverwenden möchte. Einfach anstöpseln und läuft.
Soweit die Theorie.
Natürlich bringt der vermeintlich einfachste Weg Probleme mit sich. Da wäre zuerst die Unwirtschaftlichkeit der Wechselrichter. Vor allem wenn man bedenkt, dass die Spannung zuerst auf 230V hochgeregelt wird, um dann im PC-Netzteil wieder auf die Klein-Gleichspannungen 12V, 5V und 3,3V heruntertransformiert zu werden. Wechselrichter und Netzteil arbeiten nicht ideal, dh es wird in beiden Geräten Leistung unnötig verheizt. Die will natürlich auch gekühlt werden. Wechselrichter arbeiten bei optimaler und vor allem konstanter Last mit Wirkungsgraden von 90%. Im Alltag ist aber weder die Last konstant noch optimal. Bei den Netzteilen das gleiche, nur wenn sie nahe der maximalen Last betrieben werden arbeiten sie mit dem höchsten Wirkungsgrad von 90%. Das ergibt einen gesamten Wirkungsgrad von höchstens 80%, der Rest wird in Wärme umgesetzt.
Ein weiterer Nachteil sind die häufig auftretenden Störgeräusche, insbesondere wenn der Wechselrichter eher billigerer Bauart ist
Das äußert sich in einem Summen oder Brummen aus den Boxen des Autos, der Effekt verstärkt sich noch wenn das Audiosignal über eine Endstufe läuft.
Der Platzbedarf von Wechselrichter und Netzteil zusammen ist auch nicht zu vernachlässigen, gerade bei der Kleinwagenfraktion...
Eine 0815 Lösung, die nicht immer hält was sie an Unkompliziertheit vorgaukelt.
Zusammenfassend gesagt, die Wechselrichter sind Pfuschwerk
Nun sind da noch die DC/DC-Wandler. Sie umgehen den Sprung auf die 230V, indem sie direkt aus der Bordspannung durch PWM eine stabile Ausgangsspanung erzeugen. Fast von selbst versteht sich, dass sie kleines und wirtschaftliches als oben genannte Variante arbeiten.
Diese Wandler sind in verschiedenen Versionen erhältlich, je nach Leistungsbedarf.
Für "kleine" CarPC's der Pentium3-Klasse vollkommen ausreichend, sind die kompakten und bekannten Netzteil M1-ATX und M2-ATX. Das M1 bietet bis zu 90W, das M2 160W. Damit lassen sich sogar PCs mit Athlon und Sempron Prozessoren betreiben, sofern die Kernspannung und der Takt reduziert wurde. Diese beiden Netzteile decken das gros der CarPCs ab, wer mehr Leistung benötigt muss sich nach den 250W-Varianten umsehen. Diese Netzteile sitzen in normalen PC-NT Gehäusen, haben jedoch einen Gleichstromeingang. Damit kann man wohl jede beliebige Hardwareim Auto betreiben, von einer Cray mal abgesehen
Die beiden erstgenannten, M1 und M2, bieten einen Eingangsbereich von <7V bis 18V, so dass der PC auch während des Motorstarts weiterlaufen kann. Weiherhin besitzen sie eine integrierte Logikschaltung, die 5s nach Anschalten der Zündung den PC bootet. Im Fahrbetrieb verhalten sich die beiden wie ein normales PC-NT. Wird die Zündung ausgeschaltet, kann man per Jumper einstellen, wielange der PC noch anbleiben soll, etwa um mp3's zu synchronisieren. Danach wird der PC innerhalt eines 45s Zeitfensters heruntergefahren. Sollte sich der Rechner beim Shutdown aufhängen, wird der Strom nach 45s "hart" abgeschaltet, der PC kann also die Batterie nicht leersaugen.
Außerdem kann eingestellt werden, ob und wie lange das Netzteil den PC mit der 5V Standby Spannung versorgen soll. So kann der PC zB nachts im Standby bleiben, bei minimalem Stromverbrauch. Am nächsten Tag ist er sehr schnell wieder einsatzbereit.
Zu guter Letzt bieten die beiden Netzteile eine Wächterfunktion, die den PC bei einer Batteriespannung <11V herunterfährt, um eine Tiefentladung des Akkus zu vermeiden.
Um nun länger unabhängig vom Motor surfen/arbeiten/zocken/navigieren/whatever zu können, bauen viele Anwender eine zweite Batterie ein. Hier muss entweder ein sog. Blei-Gel Akku eingesetzt werden, oder der Batterie vom Typ eines normalen Starterakkus muss ein Rohr ins Freie gelegt werden. Denn werden die herkömmlichen Akkus mit hohen Strömen geladen, besteht die Gefahr dass sie anfangen zu gasen. Es wird Sauerstoff frei, der den Akku im schlimmsten Fall zum Platzen bringen kann. Deswegen wird in der Regel zu den genannten Blei-Gel Akkus gegriffen!
Im Fahrbetrieb wird sie ebenfalls wie der Startakku von der Lichtmaschine geladen. Bei stehendem Motor sorgt ein sogenanntes Trennrelais für getrennte Stromkreise, so dass im Zweifelsfall nur die Akku des CarPCs leer ist und das Auto sich weiterhin starten lässt.
Immens wichtig bei dieser Variante sind nicht nur dicke Kabel (unter 35mm² Querschnitt läuft gar nichts, wenn sich die Hauptbatterie im Motorraum und der zweite Akku zB im Kofferraum befinden), sondern vor allem Sicherungen.
Die erste Sicherung
muss innerhalb der nächsten 30cm nach der Batterie kommen, wenn zwei Batterien eingesetzt werden dementsprechend auch zwei Sicherungen im Ladekabel von Startakku zu CarPC-Akku. Bei Nichtbeachten dieser Vorschrift riskiert man nicht nur einen sehr teuren Kabelbrand, sondern auch gleichzeitig den Versicherungsschutz und die eigene Gesundheit.
Der dicke Kabelquerschnitt ist deswegen wichtig, falls der CarPC-Akku mal komplett entladen werden sollte. Dann nämlich wird bei Schließen des Relais ein großer Ladestrom fließen. Weiterhin entstünde an einem zu dünnen Kabel ein nicht zu vernachlässigender Spannungsabfall, so dass die weiter entfernte Batterie nicht genug Ladestrom erhalten würde.
Nochmal zu den Sicherungen: Wie gesagt, auf den ersten 30cm nach der Batterie muss die Sicherung sitzen. Sie sollte einen etwas kleineren Wert aufweisen, als das Kabel an maximalem Dauerstrom verträgt. Sollte eine Reduzierung im Leitungsweg auftreten, muss wiederum die Sicherung an der Reduzierstelle angepasst werden.
Eine Tabelle zu den passenden Sicherungen, je nach Querschnitt, findet ihr
hier.
Anzumerken wäre noch folgendes:
Der allgemeine Irrglaube, im Bordnetz eines Auto würden zu jeder Zeit exakte saubere 12V herrschen, ist
falsch. Die tatsächliche Spannung kann von weit unter 0V bis weit über 12V schwanken, so extrem natürlich nur kurzzeitig.
Wenn der Motor läuft, erzeugt die Lichtmaschine (auch Drehstromgenerator genannt) eine Spannung von 14,4V um erstens den Akku zu laden und zweitens die nötige Energie für das Auto bereitzustellen (Zündanlage, Licht, Kraftstoffpumpe, Steuergerät, etc, pp).
Wenn der Motor nicht läuft, hat der Akku eine Leerlaufspannung von 12V bis 13V. Wird der Motor mit dem Anlasser durchgedreht, sinkt die Spannung auf 7V bis 8V ab. Wenn ein Relais loslässt wird eine negative Spannung im Bordnetz induziert, diese kann schon mal -100V erreichen. Sollte gar der LiMa-Regler einen Wackelkontakt aufweisen, sind Spannungsspitzen von +100V "drin".
Ich erwähne das, weil viele TFTs nur einen 12V Eingang haben und meist kein KFZ-Adapter mitgeliefert wird. Man könnte dann auf die Idee kommen, das TFT direkt ans Bordnetz zu hängen. Dh, man wird über kurz oder lang einen ansehnlichen Batzen Geld in ein Häufchen Elektronikschrott verwandeln
Geeignete Schutzmaßnahmen wären zB Spulen gegen hochfrequente Nadelimpulse, Kondensatoren zum Ausgleichen von Schwankungen und Linearregler wie zB der 7812, um eine konstante Ausgangsspannung zu erzeugen.
Natürlich gilt auch hier: SIcherung nicht vergessen!
Edit: Ich hab noch zwei links zu den manuals von
M1 und
M2[An dieser Stelle gehts demnächst weiter, die Rechtschreibfehler um diese Zeit häufen sich einfach zu stark
; Ich habe bewusst auf Bilder verzichtet, Danke an den Abmahnwahnunsinn...]