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汽油车改装为电动汽车

电动车方案一.改装电动车整体流程根据需求确定目标参数—→电机等驱动组件的确定与安装—→电池等能源系统的确定与安装—→冷却系统的确定与安装—→传动系统的确定与安装—→制动系统的确定与安装—→整车电气系统的改造与布置—→加热/空调系统的确定与安装—→辅助电力系统的改造二.改装指南1.确定需求2.选择车型3.选择驱动系统4.购买和测试驱动系统5.布局规划6.设备移除7.确定轴重量8.独立设计传动部分9.适配器板10.电机底座11.控制器12.冷却系统13.油门踏板14.现有电力系统15.动力转向16.制动系统17.车厢供暖18.电池19.电池充电器20.电池箱三.改装步骤1.改装前准备改装目标车辆的参数可以在经销商那里查到,我们需要做的是对改装的车辆做出整体的数据分析,首先是车的重量,按照设计将各部分重量统计下来,对比改装前后重量变化,并对此做出简单的评价,包括:车辆总重,前后重量分配比,前端重量,后端重量,左侧重量,右侧重量,左前车轮负载,右前车轮负载,左后车轮负载,右后车轮负载(负载相关计算公式需增加)。

但是仅考虑车辆重量的影响往往是不够的,我们需对改装需要各部件做出整体的数据统计分析,以便更好地做出规划。

统计数据包括:车辆重量,电池重量,驱动系统重量,空气阻力系数,车辆前部面积,25℃时空气密度,重力加速度,一档减速比,二档减速比,三档减速比,四档减速比,五档减速比,电机轴转速降档临界值,电机轴转速换高档位临界值,传动箱平均效率,滚动阻力系数,车轮半径,四个轮子的转送惯量,电机最大电流,动力电池型号,电池OCV,电池SOC,电池单体电阻,电池组最大电压,电机最大扭矩,电机最大功率,电机/逆变器平均效率,转子转动惯量。

此外,我们需要关注的有:加速率,电机轴转速与时间的对应关系,电池电量与车速的对应关系,工况。

以下给出最高性能下,相关数据对比:速度、电机转速-时间的关系如图1-1所示,图1-1 速度、电机转速-时间总距离、能量消耗-时间关系图如图1-2所示,图1-2 总距离、能量消耗-时间电池电压、SOC-时间关系如图1-3所示,图1-3 电池电压、SOC-时间电池功率、电流与电机轴机械功率-时间关系如图1-4所示,图1-4 电池功率、电流和电机轴机械功率-时间电池功率与能源需求-速度的关系如图1-5所示,图1-5 电池功率和能源需求-速度2.电机与逆变器选择电机类型为西门子生产的三相交流异步电机,选取原因为直流电机的高电流会造成线路电压的高损耗、增加线路的重量,控制较为复杂,交流电机的性价比高于直流电机。

作为一个驾驶员车主更注重的是交流异步电机平坦的扭矩/转速变化。

选用电机型号为1PV4133WS20水冷式交流异步电机,额定功率30KW,最大功率80KW,电机花键轴长度为30mm,选用霍尔效应的电机轴转速传感器,以及两个绕组温度传感器,将信息输入到控制器协调整个系统的运作,电机中心轮缘是直径为230mm的适配器板。

电机使用四个M14规格螺丝安装在支架上。

电机及电机轴直观图如图2-1所示,图2-1 电机及电机轴直观图逆变器主要功能是将电池能量转换为交流电机可用,我们需要关注的是:转换电池电压为三相交流电压;根据转速和扭矩的即时情况所需驱动电流调整交流电压的幅度和频率;为电机提供的再生能量回收服务,讲三相交流电压转换成直流电压给电池。

逆变器也提供12V的直流电压给汽车配件,电池最大电流280A,最大电压380V,这应选用大约100KW的水冷式逆变器,效率大约94%,水冷却可以和电机的水冷循环系统做在一起。

西门子SIMOVERT 6SV 100千瓦水冷三相集成的90A型最大的DC - DC转换器和逆变器如图2-2所示,图2-2 逆变器部图3.电机部分配件及组合安装适配器板的设计必须考虑机械强度和电机轮缘的距离以及加工,利用CAD做出相关设计,手动加工,各部件及设计图如图所示:图3-1 适配器板设计图3-2 适配器板正反面直观图图3-3 适配器板细节及安装直观图由于电机传动轴过短,经常需要加上一个花键轴来与变速箱相连,花键轴如图所示:图3-4 花键轴正反面图3-5 花键轴帽及安装示意图离合器可以根据驾驶员个人的需求来选择,离合器的安装要符合以下要求:轴耦合器安装在电机轴;适配器板要安装在电机轮缘上并拧紧螺栓;飞轮要与联轴器脱离;摩擦盘要放在飞轮的中心与压盘压紧。

图3-6 离合器直观图安装完这些配件后就可以将电机与变速箱整体连接起来了,完成驱动系统的整体安装。

图3-7 离合器与变速箱的连接图3-8 各部分安装细节图电线仍保持45度倾斜接入,保持与原状态相同,如图3-9所示图3-9 最后安装完成电线接入直观图4.电池及其管理系统电池与充电器的选择要慎重,要根据各人的需要和愿望来选择最合适的类型,否则后期的维修与损耗会给你带来很多额外的花费。

电池选取有以下基本准则:这辆车的制作目的(快速行驶或者慢速行驶);所需的系统电压(根据马达和控制器选取);汽车的重量限制;充电时间、费用及均衡电路硬件(由电池化学和参数计算);维修保养。

根据各电池的性能优劣以及管理系统的繁简程度,按照自己的需要选择合适的电池组与管理系统。

本文选择的是雷天(中国)生产的锂电池。

图4-1 雷天(中国)生产的锂离子电池由于本车的设计只是个人驾驶,没有沉重的负载,也基本不会有乘客,所以电池组的选择就基于最小容量(重量、尺寸和花费)的标准,西门子系统接收400V的直流电压输入,所以,电压应尽可能的接近最佳的加速和电池的最低电流。

作者选择使用96个单体90Ah,3.6V单体电压,电池组电压达到345V,规格说明收费不应超过4.35VPC(每单元伏特)最大电池电压。

所以坚持选择最大电压为4.25V,这样电池组电压为4.25*96=408V,最低电压建议在2.5VPC或240V,制造商建议的最大持续放电电流为0.8C,和最大放电电流不得超过3C或者270A以保证电池的使用寿命。

将12个锂离子单电池做成一个模块,这样每个模块的重量并不大,容易处理。

最后要注意的是电池箱的防震与前后间隙,并确保电缆绝缘不接触其他的金属。

图4-2 电池箱的设计图4-3 安装完成与连线直观图锂离子电池是个很好的能量储存装置,但是涉及到提供动力,由于电池较高的阻,在电压骤降时难以满足加速以及功率需求,虽然在低电压情况下电池在逆变器的调解下仍能满足动力需求,却是以牺牲电池为代价,不利于电池的维护和长期使用。

为了减弱这种影响,决定使用电容存储器,这个概念被很多人使用过,例如在巴士上加入超级电容弥补电池在电力需求高峰期的不足,这种电容具有很高的比电容,所以称为超级电容。

决定尝试使用超级电容的理由:做为电池能源的一部分,不需要充电;循环使用寿命很长(几千次),可以长期使用,不是一次性消耗品;电容可以长期处于OV的状态;充放电速度非常快;无需维修。

缺点:复杂化的电容器充电;前期成本高。

需要多少个问题应考虑到在满足系统电压的情况下做出最少的选择,本车尾395V,所以395/2.5=158个,安全起见使用160个。

放电过程中电压可通过公式来确定:dV=i*dt/C(dt=放电时间,i=平均电流)(超级电容相关公式计算需要补充)图4-4 麦克斯韦尔PowerCache超级电容,2.7kF,2.5V图4-5 数量及连线图4-6 车后备箱超级电容的安装整个超级电容箱大约160公斤重,并不容易移动和安装。

有人说锂离子电池的安全性较差,容易发生火灾和爆炸,但是这样视情况而定,它取决于:电池的化学材料;锂金属的存在形式;电池的比功率。

而最重要的是你期望于它所能达到的最高参数:行驶距离和行驶时间。

前三项你无法控制,尽管如此,多了解你的电池特性可以使你规避风险和做出更有利的投资。

有两种损害:不适当的充电和放电不当。

但是适当和不当之间的界定,制造商并没有给出明确的标准。

人们做出了很多测试,以便弄明白什么原因造成电池寿命的损失。

为了安全使用和保证电池的使用寿命,有以下两种情况:可变电流充电;在充电与放点之前最后做出一些停顿准备,可以减轻部压力。

(这部分电池的分析由于涉及电池部构造及反应,本人很难看懂,所以翻译的并不详细)电压接线板的设计想法很简单,用做分流稳压,在它达到设定的点电压后就逐步开始分流,类似于二极管。

图4-7 电池管理系统的直观图图4-8 与电池组的连接安装(此处还有大量的电压接线板与管理系统的安装,由于弄不太清楚各部分关系,并未贴上来,有待解决)5.充电器充电器的好坏直接影响到电池的使用寿命,选择一个好的充电器,可以让你在更换电池时减少不必要的支出,充电器的技术依赖于:电池型号;电池SOC(荷电状态)等级;电池温度;电池寿命;期望寿命与充电完成的权衡;补足阶段;可用电源功率;可用充电器评级;可用充电时间。

锂离子电池充电相对简单,但是对充电电压电流以及充电时间有严格的要求,过充将损坏电池或者引起爆炸等安全事故,这里起着关键作用的是电池管理系统,但是,安培小时,功率和电压和电流的整体主要取决于充电器,因此它必须是灵活和可编程的,以适应特定需求的电池。

它必须要有足够高的充电电压,充电费用合理,安全,安静,最好有远程充电状态显示。

充电器BRUSA NLG513-WA,它的主要优点是:隔离输出;通用电源输入,3.6KW的输出标定240VDC可以降低到120VDC;可编程7个阶段的充电过程;与网络连接,一个收费性的图书馆可下载资料;水冷;温度补偿;温度检测;远程控制和指示;可以PC机通讯;可靠;闪存升级。

缺点:价格并不便宜;软件界面目前只在德国发售。

图5-1 充电器外形及安装示意图图5-2 充电器充电接头6.汽车仪表盘选择BCM420作为仪表盘,选择的理由:功能集中,可显示电池组电压,电池电流和电量,电池温度,外部温度以及冷却泵冷却液温度;风格样式;大小尺寸。

安装过程如下:图6-1 仪表盘部件及安装直观图图6-2 仪表盘线路连接图6-3 安装完成效果图7.输入信号各部件油门电位计采用的是差动式可变电阻,电阻从1欧姆到10欧姆,通过油门拉线的拉动改变电阻大小,输出电压信号。

图7-1 油门电位计直观图刹车助力选用12V真空泵,低噪音,低震动是我们要考虑的东西。

图7-2 真空泵样式及其安装位置8.电源布线电源线选择要考虑布线长度以及弯曲角度,以及是否有合适的位置来安放它们,电源线截面积的选择参照相关电气设计标准,根据车辆的实际电气情况做出对照,保证安全可靠。

电池电缆通常使用铜线做为材料,易于使用,安装灵活,并且价格相对便宜。

电缆的要求防腐蚀,绝缘性能好,不易断裂,漏电,防水等,安装的时候要尽量避免安装在暴露的位置,并做好相应的防护,保证在下雨及洗车时不会被水流直接冲刷到。

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