汽油車改裝為電動汽車

電動車方案一．改裝電動車整體流程根據(jù)需求確定目標參數(shù)—→電機等驅(qū)動組件確實定與安裝—→電池等能源系統(tǒng)確實定與安裝—→冷卻系統(tǒng)確實定與安裝—→傳動系統(tǒng)確實定與安裝—→制動系統(tǒng)確實定與安裝—→整車電氣系統(tǒng)的改造與布置—→加熱/空調(diào)系統(tǒng)確實定與安裝—→輔助電力系統(tǒng)的改造二．改裝指南確定需求描述參考確定車輛的用途。日常上班？環(huán)繞城鎮(zhèn)？繁忙路段？改裝前準備確定汽車行駛的地形。行駛坡度？你期望的傳輸功率和最高車速？確定車的行駛路線。公司與家之間的距離？商店的距離？休閑場所的距離？乘客人數(shù)？選擇車型描述參考研究改裝目標車輛〔從網(wǎng)絡(luò)，郵件，其他汽車愛好者/公司等渠道〕確定目標車輛的根本數(shù)據(jù)。包括：車輛凈重；負載總重。在需求的根底上縮小選擇范圍收集選定車輛的根本規(guī)格：車輛凈重〔滿油狀態(tài)〕；負載總重；前后駕駛高度；長寬高；軸距；齒輪比〔所有齒輪和主減速器〕改裝前準備選擇驅(qū)動系統(tǒng)描述參考繪制發(fā)動機艙草圖，為電池放置做好方案描繪車輛俯視圖和以下裝置規(guī)劃圖，確保有足夠的空間：驅(qū)動電機；變速箱；控制器和接觸器；DC-DC轉(zhuǎn)換；電池盒；散熱器、水泵和冷卻風(fēng)扇；真空泵；充電器；水箱改裝前準備計算電機規(guī)格和確定汽車根本數(shù)據(jù)—利用GPS確定路線和地形確定交流或者直流系統(tǒng)選擇驅(qū)動電機購置和測試驅(qū)動系統(tǒng)描述參考購置驅(qū)動和逆變器，包括：油門電位計；DC-DC系統(tǒng)。電機和逆變器架臺實驗測試驅(qū)動和逆變器布局規(guī)劃描述參考清洗汽車發(fā)動機和底盤給螺母螺栓噴漆參閱車輛說明書測量車輛前后輪高度及地面到車輪拱罩的高度在撤除部件之前給車輛稱重。前輪軸，后輪軸和凈重〔滿油〕畫出“系統(tǒng)布局”草圖。包括以下局部：驅(qū)動電機；變速箱；控制器和接觸器；DC-DC轉(zhuǎn)換；電池箱；散熱器、水泵和冷卻風(fēng)扇；真空泵；水箱；充電器分析“系統(tǒng)布局”：冷卻充足；各邊重量；前端至后端的重量；噪聲；電纜；容易診斷和修復(fù)設(shè)備移除描述參考將所有流體排出〔潤滑油，散熱器，空調(diào)，汽油〕撤除引擎，油管，油箱，排氣裝置及其控制，冷卻系統(tǒng)在所有的電纜束上做標記〔連接的線頭〕將小零件放入袋子并做好標簽以便將來使用〔有些出售或報廢〕在電池盒安放的位置清理出空間零件處理包括：局部出售或報廢；局部被放回車中；小零件和螺絲放入袋子中，標明其歸屬保存所有備件直到完成改裝〔不要出售引擎〕盡可能準確地測量電機的安放位置如果有些局部需要改動，請使用和汽車上部件相同的材料確定軸重量描述參考為車輛上撤除局部稱重，確定它們與車軸之間的間距，在對各軸負重的計算中移除這些參閱“系統(tǒng)布局”圖，確定添加的組件重量和與車軸的間距，計算軸負重。調(diào)整“系統(tǒng)布局”圖，確保軸負重比例與原車相同。獨立設(shè)計傳動局部描述參考獨立出發(fā)動機與變速箱如果不想使用離合器就撤除離合，傳動裝置，液壓系統(tǒng)，踏板及相關(guān)部件電機局部配件的設(shè)計與安裝覆蓋在傳動局部上的板使用和傳動裝置同樣的材料制作9．適配器板描述參考繪制傳動裝置外形圖描繪電機外表規(guī)格確定適配器板厚度與齒形/離合匹配電機局部配件的設(shè)計與安裝設(shè)計和繪制適配器板在廠房設(shè)計制作適配器板10．電機底座描述參考確定驅(qū)動/傳送裝置相對于驅(qū)動軸的精確位置電機局部配件的設(shè)計與安裝精確確定電機懸架尺寸設(shè)計和構(gòu)思電機懸架安裝電機，驅(qū)動和傳動裝置支架驗證驅(qū)動/傳動裝置放置為了：保證傳動軸足夠的震動運行空間；沒有驅(qū)動部件摩擦；驅(qū)動器/傳動軸中心線平行于驅(qū)動車輪中心線安裝驅(qū)動和傳動裝置11．控制器描述參考確定控制器的安置：確保不與其他設(shè)備沖突；確保驅(qū)動和電池有足夠的空間；便于診斷和維修；風(fēng)冷情況下保證足夠的通風(fēng)；水冷情況下保證冷卻液軟管的安裝空間；根據(jù)實際修改“系統(tǒng)布局”設(shè)計安裝控制器的支架安裝控制器12．冷卻系統(tǒng)描述參考確定安置冷卻劑泵，水箱和散熱器：確保不與其他設(shè)備沖突；確保驅(qū)動，控制器和電池有足夠的空間；便于維修和診斷；確保冷卻劑軟管有足夠的空間傳輸冷卻劑；防止軟管出現(xiàn)大的彎角；更新“系統(tǒng)布局”圖；水箱要在系統(tǒng)最高點冷卻系統(tǒng)的安裝及管道設(shè)計為冷卻泵，水箱和散熱器安裝支架安裝水泵，水箱，散熱器和軟管測試冷卻系統(tǒng)：檢測是否有泄漏；凈化空氣系統(tǒng)13．油門踏板描述參考確定安置油門踏板：確保不與其他設(shè)備沖突；確保驅(qū)動，控制器和電池有足夠的空間；便于維修和診斷；足夠的通風(fēng)；確保油門拉線不與其他箱，電線或電纜干擾；更新“系統(tǒng)布局”圖輸入信號系統(tǒng)的安裝設(shè)計安裝油門電位計修正油門拉線長度安裝油門支架，電位計和電纜測試油門電位計以確保：足夠的電位計變化范圍〔使用歐姆表〕；拉線無干擾14．現(xiàn)有電力系統(tǒng)描述參考為現(xiàn)有組件列表以確定保存和刪除的部件運轉(zhuǎn)汽車以檢測工作和不工作的部件設(shè)計和測試系統(tǒng)模擬或連接新元件刪除未使用的布線，重新測試設(shè)計和制作電動車控制單元的補充系統(tǒng)15．動力轉(zhuǎn)向描述參考確定動力轉(zhuǎn)向是否所需選擇設(shè)計動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)〔例如，它是否可以被電機驅(qū)動？是否使用電子液壓助力轉(zhuǎn)向？〕確定動力轉(zhuǎn)向泵位置：確保不與其他設(shè)備沖突；確保驅(qū)動，控制器和電池有足夠空間；便于診斷和維修；充足的通風(fēng)；更新“系統(tǒng)布局”圖輸入信號系統(tǒng)的安裝安裝動力轉(zhuǎn)向和液壓系統(tǒng)，其中包括：液壓軟管；驅(qū)動電機配件；動力轉(zhuǎn)向支架設(shè)計和制作動力轉(zhuǎn)向控制電路包括：功率繼電器；通斷開關(guān)；如果轉(zhuǎn)向需要驅(qū)動參加編碼器；集成控制電路〔繼電器等裝在一個主要的電箱中〕；保險絲16．制動系統(tǒng)描述參考確定制動系統(tǒng)的設(shè)計〔真空？電力？或是不要？〕確定真空泵的安放：確保不與其他設(shè)備沖突；確定驅(qū)動，控制器和電池有足夠的空間；便于診斷和維修；足夠的通風(fēng)；更新“系統(tǒng)布局”圖輸入信號系統(tǒng)的安裝安裝制動系統(tǒng)包括：真空罐；隔離真空泵；泵的隔震；真空管路設(shè)計，建造和安裝制動控制系統(tǒng)包括：壓降二極管；集成控制電路〔繼電器等放入主電器箱〕；保險絲17．車廂供暖描述參考確定車廂暖氣的設(shè)計〔例如陶瓷加熱器，流體加熱器等〕確定車廂加熱器的布局：確保不與其他設(shè)備沖突；確保驅(qū)動，控制器和電池有足夠的空間；便于診斷和維修；充足的通風(fēng)；更新“系統(tǒng)布局”圖構(gòu)建暖氣的設(shè)計和安裝結(jié)構(gòu)包括：移除儀表板和加熱器芯；安裝支架；防震；加熱器芯線路設(shè)計構(gòu)建和安裝暖氣控制系統(tǒng)包括；控制繼電器；合并加熱器控制到儀表板控制；集成控制電路〔繼電器放入主電器箱〕；保險絲18．電池描述參考估計電池組的大小選擇電池類型和生產(chǎn)商安裝電池電池及其管理系統(tǒng)安裝電池平安系統(tǒng)包括：保險絲；連接插頭；斷路器確定類型和電池管理系統(tǒng)的設(shè)計電池及其管理系統(tǒng)建造，安裝和測試電池管理系統(tǒng)19．電池充電器描述參考選擇電池充電器安裝和設(shè)置充電器充電器安裝和設(shè)置充電器控制器20．電池箱描述參考選擇電池箱材料設(shè)計滿足空間限制的電池箱電池箱的設(shè)計及安裝根據(jù)電池尺寸和數(shù)量制作硬紙板箱〔在頂部空出少量空間，到各邊的距離留出0.6厘米的裕量〕電池盒需要考慮保暖和電氣絕緣建造電池箱安裝電池箱安裝適宜的加熱/冷卻裝置安裝適宜的通風(fēng)裝置三．改裝步驟改裝前準備改裝目標車輛的參數(shù)可以在經(jīng)銷商那里查到，我們需要做的是對改裝的車輛做出整體的數(shù)據(jù)分析，首先是車的重量，按照設(shè)計將各局部重量統(tǒng)計下來，比照改裝前后重量變化，并對此做出簡單的評價，包括：車輛總重，前后重量分配比，前端重量，后端重量，左側(cè)重量，右側(cè)重量，左前車輪負載，右前車輪負載，左后車輪負載，右后車輪負載〔負載相關(guān)計算公式需增加〕。 但是僅考慮車輛重量的影響往往是不夠的，我們需對改裝需要各部件做出整體的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以便更好地做出規(guī)劃。統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括：車輛重量，電池重量，驅(qū)動系統(tǒng)重量，空氣阻力系數(shù)，車輛前部面積，25℃時空氣密度，重力加速度，一檔減速比，二檔減速比，三檔減速比，四檔減速比，五檔減速比，電機軸轉(zhuǎn)速降檔臨界值，電機軸轉(zhuǎn)速換高檔位臨界值，傳動箱平均效率，滾動阻力系數(shù)，車輪半徑，四個輪子的轉(zhuǎn)送慣量，電機最大電流，動力電池型號，電池OCV，電池SOC，電池單體電阻，電池組最大電壓，電機最大扭矩，電機最大功率，電機/逆變器平均效率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。此外，我們需要關(guān)注的有：加速率，電機軸轉(zhuǎn)速與時間的對應(yīng)關(guān)系，電池電量與車速的對應(yīng)關(guān)系，工況。 以下給出最高性能下，相關(guān)數(shù)據(jù)比照: 速度、電機轉(zhuǎn)速-時間的關(guān)系如圖1-1所示,圖1-1速度、電機轉(zhuǎn)速-時間 總距離、能量消耗-時間關(guān)系圖如圖1-2所示,圖1-2總距離、能量消耗-時間 電池電壓、SOC-時間關(guān)系如圖1-3所示，圖1-3電池電壓、SOC-時間 電池功率、電流與電機軸機械功率-時間關(guān)系如圖1-4所示，圖1-4電池功率、電流和電機軸機械功率-時間 電池功率與能源需求-速度的關(guān)系如圖1-5所示，圖1-5電池功率和能源需求-速度電機與逆變器選擇電機類型為西門子生產(chǎn)的三相交流異步電機，選取原因為直流電機的高電流會造成線路電壓的高損耗、增加線路的重量，控制較為復(fù)雜，交流電機的性價比高于直流電機。 作為一個駕駛員車主更注重的是交流異步電機平坦的扭矩/轉(zhuǎn)速變化。選用電機型號為1PV4133WS20水冷式交流異步電機，額定功率30KW，最大功率80KW，電機花鍵軸長度為30mm，選用霍爾效應(yīng)的電機軸轉(zhuǎn)速傳感器，以及兩個繞組溫度傳感器，將信息輸入到控制器協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運作，電機中心輪緣是直徑為230mm的適配器板。電機使用四個M14規(guī)格螺絲安裝在支架上。 電機及電機軸直觀圖如圖2-1所示，圖2-1電機及電機軸直觀圖 逆變器主要功能是將電池能量轉(zhuǎn)換為交流電機可用，我們需要關(guān)注的是:轉(zhuǎn)換電池電壓為三相交流電壓；根據(jù)轉(zhuǎn)速和扭矩的即時情況所需驅(qū)動電流調(diào)整交流電壓的幅度和頻率；為電機提供的再生能量回收效勞，講三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓給電池。 逆變器也提供12V的直流電壓給汽車配件，電池最大電流280A，最大電壓380V，這應(yīng)選用大約100KW的水冷式逆變器，效率大約94%，水冷卻可以和電機的水冷循環(huán)系統(tǒng)做在一起。西門子SIMOVERT6SV100千瓦水冷三相集成的90A型最大的DC-DC轉(zhuǎn)換器和逆變器如圖2-2所示，圖2-2逆變器內(nèi)部圖電機局部配件及組合安裝適配器板的設(shè)計必須考慮機械強度和電機輪緣的距離以及加工，利用CAD做出相關(guān)設(shè)計，手動加工，各部件及設(shè)計圖如下圖:圖3-1適配器板設(shè)計圖3-2適配器板正反面直觀圖圖3-3適配器板細節(jié)及安裝直觀圖 由于電機傳動軸過短，經(jīng)常需要加上一個花鍵軸來與變速箱相連，花鍵軸如下圖：圖3-4花鍵軸正反面圖3-5花鍵軸帽及安裝示意圖 離合器可以根據(jù)駕駛員個人的需求來選擇，離合器的安裝要符合以下要求：軸耦合器安裝在電機軸；適配器板要安裝在電機輪緣上并擰緊螺栓；飛輪要與聯(lián)軸器脫離；摩擦盤要放在飛輪的中心與壓盤壓緊。圖3-6離合器直觀圖 安裝完這些配件后就可以將電機與變速箱整體連接起來了，完成驅(qū)動系統(tǒng)的整體安裝。圖3-7離合器與變速箱的連接圖3-8各局部安裝細節(jié)圖電線仍保持45度傾斜接入，保持與原狀態(tài)相同，如圖3-9所示圖3-9最后安裝完成電線接入直觀圖4．電池及其管理系統(tǒng) 電池與充電器的選擇要慎重，要根據(jù)各人的需要和愿望來選擇最適宜的類型，否那么后期的維修與損耗會給你帶來很多額外的花費。電池選取有以下根本準那么：這輛車的制作目的〔快速行駛或者慢速行駛〕；所需的系統(tǒng)電壓〔根據(jù)馬達和控制器選取〕；汽車的重量限制；充電時間、費用及均衡電路硬件〔由電池化學(xué)和參數(shù)計算〕；維修保養(yǎng)。 根據(jù)各電池的性能優(yōu)劣以及管理系統(tǒng)的繁簡程度，按照自己的需要選擇適宜的電池組與管理系統(tǒng)。本文選擇的是雷天〔中國〕生產(chǎn)的鋰電池。圖4-1雷天〔中國〕生產(chǎn)的鋰離子電池 由于本車的設(shè)計只是個人駕駛，沒有沉重的負載，也根本不會有乘客，所以電池組的選擇就基于最小容量〔重量、尺寸和花費〕的標準，西門子系統(tǒng)接收400V的直流電壓輸入，所以，電壓應(yīng)盡可能的接近最正確的加速和電池的最低電流。作者選擇使用96個單體90Ah，3.6V單體電壓，電池組電壓到達345V，規(guī)格說明收費不應(yīng)超過4.35VPC〔每單元伏特〕最大電池電壓。所以堅持選擇最大電壓為4.25V，這樣電池組電壓為4.25*96=408V，最低電壓建議在2.5VPC或240V，制造商建議的最大持續(xù)放電電流為0.8C，和最大放電電流不得超過3C或者270A以保證電池的使用壽命。 將12個鋰離子單電池做成一個模塊，這樣每個模塊的重量并不大，容易處理。最后要注意的是電池箱的防震與前后間隙，并確保電纜絕緣不接觸其他的金屬。圖4-2電池箱的設(shè)計圖4-3安裝完成與連線直觀圖 鋰離子電池是個很好的能量儲存裝置，但是涉及到提供動力，由于電池較高的內(nèi)阻，在電壓驟降時難以滿足加速以及功率需求，雖然在低電壓情況下電池在逆變器的調(diào)解下仍能滿足動力需求，卻是以犧牲電池為代價，不利于電池的維護和長期使用。為了減弱這種影響，決定使用電容存儲器，這個概念被很多人使用過，例如在巴士上參加超級電容彌補電池在電力需求頂峰期的缺乏，這種電容具有很高的比電容，所以稱為超級電容。 決定嘗試使用超級電容的理由：做為電池能源的一局部，不需要充電；循環(huán)使用壽命很長〔幾千次〕，可以長期使用，不是一次性消耗品；電容可以長期處于OV的狀態(tài)；充放電速度非?？?；無需維修。 缺點：復(fù)雜化的電容器充電；前期本錢高。需要多少個問題應(yīng)考慮到在滿足系統(tǒng)電壓的情況下做出最少的選擇，本車尾395V，所以395/2.5=158個，平安起見使用160個。 放電過程中電壓可通過公式來確定：dV=i*dt/C〔dt=放電時間，i=平均電流〕〔超級電容相關(guān)公式計算需要補充〕圖4-4麥克斯韋爾PowerCache超級電容，2.7kF,2.5V圖4-5數(shù)量及連線圖4-6車后備箱超級電容的安裝 整個超級電容箱大約160公斤重，并不容易移動和安裝。 有人說鋰離子電池的平安性較差，容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸，但是這樣視情況而定，它取決于：電池的化學(xué)材料；鋰金屬的存在形式；電池的比功率。而最重要的是你期望于它所能到達的最高參數(shù)：行駛距離和行駛時間。前三項你無法控制，盡管如此，多了解你的電池特性可以使你躲避風(fēng)險和做出更有利的投資。 有兩種損害：不適當(dāng)?shù)某潆姾头烹姴划?dāng)。但是適當(dāng)和不當(dāng)之間的界定，制造商并沒有給出明確的標準。人們做出了很多測試，以便弄明白什么原因造成電池壽命的損失。 為了平安使用和保證電池的使用壽命，有以下兩種情況：可變電流充電；在充電與放點之前最后做出一些停頓準備，可以減輕內(nèi)部壓力?！策@局部電池的分析由于涉及電池內(nèi)部構(gòu)造及反響，本人很難看懂，所以翻譯的并不詳細〕 電壓接線板的設(shè)計想法很簡單，用做分流穩(wěn)壓，在它到達設(shè)定的點電壓后就逐步開始分流，類似于二極管。圖4-7電池管理系統(tǒng)的直觀圖圖4-8與電池組的連接安裝〔此處還有大量的電壓接線板與管理系統(tǒng)的安裝，由于弄不太清楚各局部關(guān)系，并未貼上來，有待解決〕5．充電器 充電器的好壞直接影響到電池的使用壽命，選擇一個好的充電器，可以讓你在更換電池時減少不必要的支出，充電器的技術(shù)依賴于：電池型號；電池SOC〔荷電狀態(tài)〕等級；電池溫度；電池壽命；期望壽命與充電完成的權(quán)衡；補足階段；可用電源功率；可用充電器評級；可用充電時間。 鋰離子電池充電相對簡單，但是對充電電壓電流以及充電時間有嚴格的要求，過充將損壞電池或者引起爆炸等平安事故，這里起著關(guān)鍵作用的是電池管理系統(tǒng)，但是，安培小時，功率和電壓和電流的整體主要取決于充電器，因此它必須是靈活和可編程的，以適應(yīng)特定需求的電池。它必須要有足夠高的充電電壓，充電費用合理，平安，安靜，最好有遠程充電狀態(tài)顯示。 充電器BRUSANLG513-WA，它的主要優(yōu)點是：隔離輸出；通用電源輸入，3.6KW的輸出標定240VDC可以降低到120VDC；可編程7個階段的充電過程；與網(wǎng)絡(luò)連接，一個收費性的圖書館可下載資料；水冷；溫度補償；溫度檢測；遠程控制和指示；可以PC機通訊；可靠；閃存升級。 缺點：價格并不廉價；軟件界面目前只在德國出售。圖5-1充電器外形及安裝示意圖圖5-2充電器充電接頭6．汽車儀表盤 選擇BCM420作為儀表盤，選擇的理由：功能集中，可顯示電池組電壓，電池電流和電量，電池溫度，外部溫度以及冷卻泵冷卻液溫度；風(fēng)格樣式；大小尺寸。 安裝過程如下：圖6-1儀表盤部件及安裝直觀圖圖6-2儀表盤線路連接圖6-3安裝完成效果圖7．輸入信號各部件 油門電位計采用的是差動式可變電阻，電阻從1歐姆到10歐姆，通過油門拉線的拉動改變電阻大小，輸出電壓信號。圖7-1油門電位計直觀圖剎車助力選用12V真空泵，低噪音，低震動是我們要考慮的東西。圖7-2真空泵樣式及其安裝位置8．電源布線 電源線選擇要考慮布線長度以及彎曲角度，以及是否有適宜的位置來安放它們，電源線截面積的選擇參照相關(guān)電氣設(shè)計標準，根據(jù)車輛的實際電氣情況做出對照，保證平安可靠。電池電纜通常使用銅線做為材料，易于使用，安裝靈活，并且價格相對廉價。電纜的要求防腐蝕，絕緣性能好，不易斷裂，漏電，防水等，安裝的時候要盡量防止安裝在暴露的位置，并做好相應(yīng)的防護，保證在下雨及洗車時不會被水流直接沖刷到。圖8-1電纜線接頭的手工制作流程圖8-2接插鍵的制作9．LED燈具車燈是車上很重要的部件，LED燈的優(yōu)點的是高可靠性〔發(fā)光二極管不會熄滅〕，低電流消耗，一致純潔的色彩和獨特的外觀。停止燈，側(cè)標燈，停車燈，轉(zhuǎn)向燈，可以使用琥珀色或者紅色。更重要的是LED的反響速度比白熾燈快100ms，這0.1S的反響時間在高速行駛的工況上可以防止很