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 确定需求描述参考确定车辆的用途。日常上班？环绕城镇？繁忙路段？改装前准备确定汽车行驶的地形。行驶坡度？你期望的传输功率和最高车速？确定车的行驶路线。公司与家之间的距离？商店的距离？休闲场所的距离？乘客人数？2 选择车型描述参考研究改装目标车辆从网络,其他汽车爱好者/公司等渠道确定目标车辆的基本数据。包括：车辆净重；负载总重。在需求的基础上缩小选择围收集选定车辆的基本规格：车辆净重满油状态；负载总重；前后驾驶高度；长宽高；轴距；齿轮比所有齿轮和主减速器改装前准备3 选择驱动系统描述参考绘制发动机舱草图,为电池放置做好计划描绘车辆俯视图和下列装置规划图,确保有足够的空间：驱动电机；变速箱；控制器和接触器；DC-DC转换；电池盒；散热器、水泵和冷却风扇；真空泵；充电器；水箱改装前准备计算电机规格和确定汽车基本数据利用GPS确定路线和地形确定交流或者直流系统选择驱动电机4 购买和测试驱动系统描述参考购买驱动和逆变器,包括：油门电位计；DC-DC系统。电机和逆变器架台实验测试驱动和逆变器5 布局规划描述参考清洗汽车发动机和底盘给螺母螺栓喷漆参阅车辆说明书测量车辆前后轮高度及地面到车轮拱罩的高度在拆除部件之前给车辆称重。前轮轴,后轮轴和净重满油画出系统布局草图。包括以下部分：驱动电机；变速箱；控制器和接触器；DC-DC转换；电池箱；散热器、水泵和冷却风扇；真空泵；水箱；充电器分析系统布局：冷却充足；各边重量；前端至后端的重量；噪声；电缆；容易诊断和修复6 设备移除描述参考将所有流体排出润滑油,散热器,空调,汽油拆除引擎,油管,油箱,排气装置及其控制,冷却系统在所有的电缆束上做标记连接的线头将小零件放入袋子并做好标签以便将来使用有些出售或报废在电池盒安放的位置清理出空间零件处理包括：部分出售或报废；部分被放回车中；小零件和螺丝放入袋子中,标明其归属保留所有备件直到完成改装不要出售引擎尽可能准确地测量电机的安放位置如果有些部分需要改动,请使用和汽车上部件相同的材料7 确定轴重量描述参考为车辆上拆除部分称重,确定它们与车轴之间的间距,在对各轴负重的计算中移除这些参阅系统布局图,确定添加的组件重量和与车轴的间距,计算轴负重。调整系统布局图,确保轴负重比例与原车相同。8 独立设计传动部分描述参考独立出发动机与变速箱如果不想使用离合器就拆除离合,传动装置,液压系统,踏板及相关部件电机部分配件的设计与安装覆盖在传动部分上的板使用和传动装置同样的材料制作9适配器板描述参考绘制传动装置外形图描绘电机外表规格确定适配器板厚度与齿形/离合匹配电机部分配件的设计与安装设计和绘制适配器板在厂房设计制作适配器板10电机底座描述参考确定驱动/传送装置相对于驱动轴的精确位置电机部分配件的设计与安装精确确定电机悬架尺寸设计和构思电机悬架安装电机,驱动和传动装置支架验证驱动/传动装置放置为了：保证传动轴足够的震动运行空间；没有驱动部件摩擦；驱动器/传动轴中心线平行于驱动车轮中心线安装驱动和传动装置11 控制器描述参考确定控制器的安置：确保不与其他设备冲突；确保驱动和电池有足够的空间；便于诊断和维修；风冷情况下保证足够的通风；水冷情况下保证冷却液软管的安装空间；根据实际修改系统布局设计安装控制器的支架安装控制器12 冷却系统描述参考确定安置冷却剂泵,水箱和散热器：确保不与其他设备冲突；确保驱动,控制器和电池有足够的空间；便于维修和诊断；确保冷却剂软管有足够的空间传输冷却剂；避免软管出现大的弯角；更新系统布局图；水箱要在系统最高点冷却系统的安装及管道设计为冷却泵,水箱和散热器安装支架安装水泵,水箱,散热器和软管测试冷却系统：检测是否有泄漏；净化空气系统13 油门踏板描述参考确定安置油门踏板：确保不与其他设备冲突；确保驱动,控制器和电池有足够的空间；便于维修和诊断；足够的通风；确保油门拉线不与其他箱,电线或电缆干扰；更新系统布局图输入信号系统的安装设计安装油门电位计修正油门拉线长度安装油门支架,电位计和电缆测试油门电位计以确保：足够的电位计变化围使用欧姆表；拉线无干扰14 现有电力系统描述参考为现有组件列表以确定保存和删除的部件运转汽车以检测工作和不工作的部件设计和测试系统模拟或连接新元件删除未使用的布线,重新测试设计和制作电动车控制单元的补充系统15 动力转向描述参考确定动力转向是否所需选择设计动力转向系统例如,它是否可以被电机驱动？是否使用电子液压助力转向？确定动力转向泵位置：确保不与其他设备冲突；确保驱动,控制器和电池有足够空间；便于诊断和维修；充足的通风；更新系统布局图输入信号系统的安装安装动力转向和液压系统,其中包括：液压软管；驱动电机配件；动力转向支架设计和制作动力转向控制电路包括：功率继电器；通断开关；如果转向需要驱动加入编码器；集成控制电路继电器等装在一个主要的电箱中；保险丝16 制动系统描述参考确定制动系统的设计真空？电力？或是不要？确定真空泵的安放：确保不与其他设备冲突；确定驱动,控制器和电池有足够的空间；便于诊断和维修；足够的通风；更新系统布局图输入信号系统的安装安装制动系统包括：真空罐；隔离真空泵；泵的隔震；真空管路设计,建造和安装制动控制系统包括：压降二极管；集成控制电路继电器等放入主电器箱；保险丝17 车厢供暖描述参考确定车厢暖气的设计例如瓷加热器,流体加热器等确定车厢加热器的布局：确保不与其他设备冲突；确保驱动,控制器和电池有足够的空间；便于诊断和维修； 充足的通风；更新系统布局图构建暖气的设计和安装结构包括：移除仪表板和加热器芯；安装支架；防震；加热器芯线路设计构建和安装暖气控制系统包括；控制继电器；合并加热器控制到仪表板控制；集成控制电路继电器放入主电器箱；保险丝18电池描述参考估计电池组的大小选择电池类型和生产商安装电池电池及其管理系统安装电池安全系统包括：保险丝；连接插头；断路器确定类型和电池管理系统的设计电池及其管理系统建造,安装和测试电池管理系统19电池充电器描述参考选择电池充电器安装和设置充电器充电器安装和设置充电器控制器20电池箱描述参考选择电池箱材料设计满足空间限制的电池箱电池箱的设计及安装根据电池尺寸和数量制作硬纸板箱在顶部空出少量空间,到各边的距离留出0.6厘米的裕量电池盒需要考虑保暖和电气绝缘建造电池箱安装电池箱安装合适的加热/冷却装置安装合适的通风装置三改装步骤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/Cdt=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。图8-1 电缆线接头的手工制作流程图8-2 接插键的制作9LED灯具车灯是车上很重要的部件,LED灯的优点的是高可靠性发光二极管不会熄灭,低电流消耗,一致纯净的色彩和独特的外观。停止灯,侧标灯,停车灯,转向灯,可以使用琥珀色或者红色。更重要的是LED的反应速度比白炽灯快100ms,这0.1S的反应时间在高速行驶的工况上可以避免很多事故的发生。在4个LED灯具集群同时点亮时大约需要14.2V的电压流过20mA电流,可以使用车载辅助电源提供能源。图9-1 车后LED集群的连线及构造图9-2 车后灯直观图以及充电显示LED灯10冷却系统的安装及管道设计因为电机和逆变器都是水冷式,选用水泵必须能承受连续震动,对温度和环境的变化有较强的适应力,在任何情况下都能安静的运行。博世公司的水泵是很不错的选择,它在14VDC下有4gpm的水流输出。图10-1 冷却水泵大小直观图图10-2 冷却水泵安装效果图11电池箱的设计及安装由于电池对温度的要求比较敏感,电池箱在设计的时候要考虑到加热和通风的问题,设计图如下：图11-1 电池箱的通风设计图根据电池数量及尺寸的大小设计电池箱,电池箱实物建造图：图11-2 两个电池箱的实物图安装在车的后部：图11-3 安装电池箱12 门锁、底盘盖和车轮盖门锁用12V的小型电动马达驱动。图12-1 车门直观图真空泵的管道线布置在底盘上,如果让他们裸露出来,会被硬物划伤,造成安全隐患,所以要将车底用硬板封住。图12-2 车轮盖和车底防护板的安装布置13暖气和空调加热器采用电动车加热器,该单元额定功率2kw,工作电压在200VDC-450VDC之间,由水箱和加热元件组成。图13-1 加热器侧视和俯视图图13-2 加热器安装效果图选用的空调压缩机采用150马力180VDC 6.7A永磁直流电动机,安装在发动机舱里。图13-3 空调压缩机的安装14整体安装效果图逆变器,电池,小型12V的辅助电池,前散热器,水泵,水阀门,接线盒,主保险丝,真空泵和其他小东西的整体安装效果图。图14-1 发动机舱安装完成各部件摆放图至此,整个电动车的改造工作已经完成,在正式上路之前要做出相关的各部件兼容整合的测试,通过架台测试和道路测试做出部分的修改和完善,最后才可上路行驶。40 / 40