Конверсия авто в электро! Выбор двигателя и контроллера!
Безусловно самой затратной частью электромобиля является батарея!
И как рассказывалось в прошлой статье от емкости батареи зависит дальность пробега, но
и от КПД двигателя и расходуемой им энергии на 1 км тоже зависит многое!
Что касается стоимости то дуэт двигателя и контроллера занимает вторую строчку по стоимости после батареи!
На каких двигателях вообще можно ездить?
П сути их 3 типа!
1. Двигатель постоянного тока смешанного, последовательного или параллельного возбуждения(DC);
2. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами или еще их называют без щеточными (BLDC);
3. Двигатели переменного тока асинхронные с медным или алюминиевым короткозамкнутым ротором (АС);
Самым бюджетным комплектом из этой тройки является 1 вариант. Как правило он состоит из б/у или нового тягового двигателя от погрузчика «Балканкар» болгарского производства или хорошо зарекомендовавших себя двигателей марки ДС-3,6 и ДС-6,3. Многие конверсии авто начинались с того, что человеку подворачивался такой двигатель, а вместе с ним мысль перейти на электротягу. Цена такого двигателя в зависимости от состояния может быть разной но в среднем это около 400 у.е. Есть американские монстры такие как Varp и Advanced по цене от 700 у.е. и выше! Контрллер к нему подобрать не трудно, многие дерзают паять их дома. Из широко используемых у нас это Kelly, Комета и так называемый Контроллер от «Романтика» (Юрия Логвина, Романтик — никнейм на электромобилном форуме), Цена таких контроллеров тоже не высока от 300 до 500 у.е. Для американских монстров Varp и Advanced контроллер выской мощности может стоить и до 2000 у.е. Плюсами двигательной установки с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения о которых шла речь выше, несомненно являются цена и высокая перегрузочная способность, т.е. при номинальной мощности в 3,6 кВт двигатель может выдать при необходимости в 3-5 раз больше! В зависимости от мощности используемого контроллера. Минус отсутствие либо сложность организации процесса рекуперации (свойство двигателя становится генератором и заряжать батарею во время торможения или движения под гору) относительно низкий КПД 75-85% на номинальных оборотах. Двигатели с параллельным возбуждением среди самоделок получили меньшее распространение, но ими комплектовались серийные электромобили Рено и Ситроен Саксо. Эти машины можно относительно недорого купить на вторичном рынке в Германии, останется только укомплектовать батареей.
2-й вариант Дороже предыдущего как правило продается парой двигатель+контроллер, (в среднем около 1,5 тыс. у.е.) обладает высоким КПД более 90%, но имеет низкую перегрузочную способность, если взять минимальную расчетную мощность 6 кВт на 1т снаряженной массы, то для 1 варианта достаточно мощности 3,6 кВт для варианта 2 — 10-12 кВт. Рекуперация на таком комплекте организовывается без проблем и чаще всего присутствует как стандартная опция контроллера.
3-й вариант самый дорогостоящий! Самый прогрессивный! Имеет один минус — Цена! Но сколько плюсов?!
Достаточно сказать, что асинхронным двигателем с медным ротором оборудован автомобиль Tesla model S!
Но не все так грустно! Для конверсии можно использовать обычный общепромышленный асинхронный двигатель, скажем АИР112MB8! Но обмотки статора нужно будет перемотать специальным образом. Тип такой обмотки называется «Славянка» такое название ей дали ее разработчики, наши с вами соотечественники. Этот тип обмотки позволяет получить из обычного асинхронника отличный тяговый мотор, с расходом энергии на км на 30-40% ниже чем на двигателях постоянного тока! Это значит что с одной и той же батареей на асинхроннике со «Славянкой» ваш пробег будет больше. Диапазон оборотов до 6000 и выше. Контроллер для такого двигателя стоит от 1,5 до 2,5 тыс. у.е. можно найти на торговых площадках за 700-1000 у.е. б/у. в основном это Сurtis. Сейчас активно ведется разработка такого контроллера Российскими учеными-энтузиастами! Возможно к весне будут готовы первые мелкосерийные образцы. Они будут дешевле.
Если вы хотите не дорого электрифицировать авто до 800 кг, ищите двиг от погрузчика! Масса двигателя должна быть не менее 40-50 кг! Это важно! Двигатель в 30 кг мощностью 6 кВт не будет обладать нужным крутящим моментом и будет греться до критических 110 градусов! Также на шилде двигателя может быть указан режим его работы — S1, S2, S3, S4. Вам нужен S1 или S2. Обороты двигателя для конверсии с КПП должны быть сопоставимы с ДВСными, т.е. не менее 1800 оборотов. Их число можно поднять увеличив напряжение с номинальных, скажем 48В до 72В. Уже под найденный двигатель подбирайте контроллер!
Если вы хотите получить компактный двигатель с рекуперацией и не дорого, возьмите комплект бесколлекторный двигатель плюс контроллер! Лучше брать комплект т.к. это упростит монтаж и будет гарантировать совместимость контроллера и двигателя и их оптимальность работы.
Если вы решили подойти к конверсии всерьез и хотите получить авто с отличными характеристиками с рекуперацией и максимальной скоростью за 100 км, то ваш выбор в пользу асинхронника со «Славянкой»!
Такую конверсию лучше начать с поиска и покупки именно контроллера! И уже под контроллер и его характеристики подбирать двигатель.
Делаем гибридный автомобиль своими руками примерная стоимость
Пока гибридные авто являются диковинкой не только в нашей стране, но и в ряде других, поэтому их пытаются собирать особо одаренные умельцы. И не только… Компания Poulsen Hybrid также предложила свое решение по превращению обычного авто в гибридное, добившись экономии бензина почти на 20%. Сделать это предлагают при помощи Power Assist System – набора, состоящего из двух электрических дисковидных двигателей постоянного тока. Их нужно установить, используя специальные переходники, на задние колеса. В багажник автомобиля помещается дополнительный аккумулятор и два контроллера. Заряжается батарея от розетки бытовой сети. Специалисты компании утверждают, что небольшие моторы, мощность которых 7 л.с., на протяжении 50 км могут помогать основному бензиновому двигателю ехать на электротяге, экономя топливо.
Установить электромоторы можно на большую часть выпускаемых сегодня автомобилей с колесами от 14 дюймов и выше. Каждый мотор весит не более 17 кг. Емкость литий – ионной батареи, которая их питает – 4,3 кВт/ч. Понадобится зарядное устройство 96 В/ 10 А. В результате, вес системы с аккумулятором составит 90 килограмм, а мощность — 13,5 л.с. Стоимость проекта — около 8000 «зеленых», плюс еще шестьсот, если устанавливать систему будут специалисты (официальный дилер).
Но, пока желающих, таким образом «усовершенствовать» свой любимый автомобиль, немного. А большая группа специалистов считает проект весьма сомнительным. Ждем, что покажет время.
Один из вариантов установки электродвигателя на обычный автомобиль
Конец девятнадцатого века – период, когда впервые появились автомобили с паровым и электрическим двигателем. К слову, именно электромобилю впервые удалось преодолеть стокилометровый рубеж скорости. И хотя пока не столь много электромобилей, зато появились гибриды, в которых одновременно используется электродвигатель и ДВС. Суть гибрида в том, что его движение начинается сразу, но даже водитель не знает (если не смотреть на монитор), на каком моторе он едет – это решает электроника. Но, стоит такое транспортное средство дорого, поэтому российский «умельцы» рассказывают, как можно собрать гибридный автомобиль своими руками. Причем, это не столь большая редкость, как может показаться.
Смета для гибридного автомобиля своими руками:
Кузов (самодельный, пластиковый, на мостах) — стоит примерно 1000 долларов. Важно выбрать его кК можно меньшего веса – это важно.
Для салона: очень неплохо подойдут два передних сидения автомобиля Порше 924. Подушку заднего сидения можно позаимствовать у Тойоты Супра. Потребуется еще метров пять ковроина, который должен «посетить» мастерскую по пошиву чехлов. Стоимость материалов и работы примерно составит 400 долларов. Ну, а, в принципе, все зависит от фантазии, а материалов в стране масса: дерево, кожа, акустические дорогие ткани и пр.
Силовой агрегат, в нашем случае тоже бывший в употреблении, – это двигатель от списанного погрузчика производства Болгария, мощность которого 3,6 кВт, а развиваемые обороты – 1400 об/мин. Двигатель можно подобрать и другой, обратившись в контору, поставляющую новые запчасти для погрузчиков. Он стоить будет ориентировочно 650 долларов.
Говоря об АКБ, стоит порекомендовать, не использовать отечественные, поскольку номинальную емкость удастся получить несколько первых раз, и все. Для АКБ нужна свежая свинцовая руда, которой нет у нас в стране, поэтому для аккумуляторов используют переплавленную из старых батарей. Идеальный вариант – тяговые аккумуляторы для погрузчиков. Но их цена вторе выше, чем стартерные итальянские, которых потребуется семь штук. Их стоимость в магазинах составит 4000 рублей, а в оптовой компании – 2600 за штуку.
Ну, и все, что можно назвать «разное». Сюда входят колеса (их ширина должна быть небольшой, чтобы к минимуму свести трение качения), блок управления мотором (вновь можно использовать тот, что применяется в погрузчиках – релейный на шесть скоростей, стоимостью до 400 $, или тиристорный стоимостью втрое большей, зато с плавным регулированием), фланец, предназначенный для соединения трансмиссии и двигателя (например, КПП ВАЗ 2101) – 70 долларов, планшайба с соосностью не хуже 0,02 мм (для соединения КПП и мотора), чтобы не пришлось часто менять подшипники (можно изготовить самостоятельно).
В общей сложности на все по все уйдет до 3000 долларов и триста часов времени инженера средней квалификации, который выступить в роли сварщика, слесаря, электрика.
За эту сумму можно стать владельцем четырехместного авто, вес которого составляет 850 кг, а батарея имеет характеристики — 84Вх200 А•ч. Скорость по прямой машина развивает до 75 км/час и до 90 – кратковременную (для обгона, например или, когда нужно ехать под гору).
Количество циклов перезаряда – 800, стоимость заряда одного 12,5 копеек на километр, что сравнить можно с ВАЗ 2101, расход у которого 8 литров на сто километров, т.е. 80 копеек на километр.
Технико-экономическое обоснование
Количество циклов перезаряда до полной емкости при правильном использовании — 800 раз (у передовых итальянских, за разумные деньги). 800 раз x 200 км = 160 000 км. Стоимость одной зарядки, приведенная к 1 км пути.
Кажется, вопросов нет – выгода налицо. Правда, будут вопросы с ГАИ, но все, в конце концов, решается.
Заднеприводный гибридный электромобиль своими руками
Также нет проблем со сборкой своими руками заднеприводного гибрида, у которого электромотор закреплен под днищем машины на карданном валу. Установленный в салоне бортовой компьютер работает в связке с компьютерсистемой, установленной в подкапотном пространстве. Конечно, не обойтись без электромотора, контроллера, корпуса для аккумуляторов, аккумуляторов проводов и разъемов.
Совет: мотор нужно установить на авторизованном сервисном центре, чтобы правильно выдержать угол наклона. Также нужно позаботиться о жестком закреплении на раме аккумуляторов. Для этого устанавливают под днищем специальные направляющие рельсы, благодаря которым и электродвигатель и батарея закрепляются надежно.
Электрический мотор для жесткого крепления приварен на рельсах.
Рассчитывать это авто (если батарея на 200 Ач), может на пробег в одну милю.
Самодельный электромобиль — всё не так, как думаешь
Всем привет. Учась в университете я собрал маленький электромобильчик, ну или карт. Его фишкой было то, что всё управление электроприводом, включая тормоза было отдано самодельному контроллеру. И именно о том, как я делал этот маленький автомобильчик, и с какими подводными камнями столкнулся при постройке — хотелось бы рассказать в данном материале. Материал не претендует на уникальность, но для меня это был большой и интересный опыт.
Тема рассказа стоит на стыке аппаратного и программного аспектов. И в прошивке для контроллера я имел дело не с какими-то абстрактными понятиями или данными, а со вполне реальными «физическими» устройствами: реле, электродвигателем, транзисторами итп. Так что приведу кратенькую характеристику технической части, тот состав который был на момент всех танцев с бубном.
Основные узлы
Тяговый двигатель — коллекторный универсальный. Может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Рабочее напряжение 220 вольт.
Аккумуляторная батарея — 25 свинцово-кислотных ячеек по 6 вольт фирмы Casil, соединённых последовательно, по итогу получаем батарею 150-160 вольт. Она установлена сзади и перемотана синей изолентой, всё как положено 
Двигатель приводил колёса в движение через червячный редуктор с передаточным числом i=10. На фото видно, что двигатель сочленен с редуктором с помощью небольшого валика, он был выточен специально.
Системы торможения, то есть тормозного диска с суппортом не было в принципе. Поставить физический тормоз на тот момент не получалось. Поэтому торможение двигателем оставалось единственным реальным вариантом, так что управление торможением машины тоже пришлось брать на себя контроллеру.
Контроллер для блока управления
В принципе простой контроллер для электромобиля можно собрать и на «рассыпухе». Но хотелось бы, чтоб была возможность всё красиво настраивать с помощью программы, 21 век всё-таки. Путём долгих высоконаучных рассуждений за ужином я решил, что за основу контроллера стоит взять чип фирмы Microchip — pic16f877a, вот его краткие характеристики:
На тот момент я не очень шарил в электронике, и изначально хотел делать схему до безобразия тупой — двигатель включён или двигатель отключен, но вместо реле поставить транзисторный ключ, дабы ничего не щёлкало и не горело. Но решил, что риск оправдан, я ничего не терял да и просто хотелось сделать что-то стоящее. Так что остановился на связке микроконтроллер + силовой полевой транзистор в качестве ключа. Ручку газа и кнопку реверса вывел на руль.
Особенности схемы
При выборе транзистора я не скупился и выбрал IRFP4227PBF — N-канальный полевой транзистор (открывается положительным импульсом) на напряжение 200 вольт и максимальный ток 130 ампер. Корпус TO-247AC. Но, забегая вперед скажу — я смог сжечь и его.
PWM — что это такое и с чем её едят
Раз я использовал микроконтроллер в связке с полевым транзистором, то грех было не попробовать использование pwm/шим в схеме. Что такое шим? Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. — спасибо Википедии.
Достоинство такого способа управления транзистором: он во время работы находится в двух состояниях — либо полностью закрыт, тока нет и ничего не греется, либо он полностью открыт и сопротивление его составляет несколько милиом, соответственно в тепло на самом транзисторе рассеиваются какие-то доли ватта тепла, ну или единицы ватт, схема едва тёплая при таком режиме работы. И такой процесс — отрыть/закрыть происходит тысячи раз в секунду. Это называется частотой шим. Так же есть такая вещь, которая называется «скважность». Переводя на человеческий язык — эта цифра показывает какую долю времени открыт транзистор. Если чуть углубиться — допустим у нас частота ШИМ-синала 1000 герц. Значит транзистор открывается и закрывается 1000 раз за секунду, и процесс переключения между включено и выключено 1/1000 доля секунды. Величина 1/1000 — это период частоты. А с помощью скважности мы показываем какую часть времени от периода транзистор открыт и через него течет ток. Для примера: в программе скважность 255 — это максимальная мощность, 127 — 50%, 0 — транзистор закрыт.
Для генерации такой частоты применялся встроенный в чип «физический» контроллер, хотя есть возможность программной реализации, но в этом случае контроллер только и будет делать, что генерировать на выводе частоту с заданным периодом и скважностью. А с использованием контрллера из переферии МК можно было и генерировать сигнал, и чтоб программа делала что-то ещё.
Чем дальше в лес, тем злее волки — от частоты ШИМ зависит и то, насколько будет эффективно работать электропривод. Я пробовал разные частоты, от 2 до 15 килогерц, каждый раз это менялось программно. Честно говоря особой разницы не успел заметить, но уверен что она есть. К сожалению данных по этому вопросу не удалось получить в достаточном количестве. Единственное, что заметил — с разной частотой пищала машина во время работы. Кстати, если кто-то замечал в метро, электробусах и поездах, что во время старта слышно гул, писк, завывание — это как-раз таки пищат обмотки двигателя из-за работы на частотах контроллера. Очень это заметно на поезде «Ласточка», который по МЦК ходит, во время старта.
Подводные камни в алгоритме работы
Следующая проблема была с реверсом двигателя. Двигатель коллекторный, у него две обмотки — неподвижная — статор, на корпусе, и вращающаяся — ротор. Для изменения направления вращения необходимо развернуть направление тока в одной из обмоток, не меня направления в другой. Для этого использовались два реле, срабатывали они одновременно, «перекидывая» схему на реверс при подаче на них питания. Но в первом варианте прошивки была ошибка — реле переключились под нагрузкой. Как итог теста под нагрузкой — два сгоревших реле, так как двигатель — индуктивная нагрузка и на контактах реле была нехилая такая дуга, контакты просто расплавились и сгорели во время переключения.
Выход из ситуации — вводим в программу условие, что перед переключением снимаем нагрузку выкручивая скважность PWM-сигнала на 0, перекидываем реле, и опять включаем мощность на заданный уровень. Именно так и работали тормоза на машине — реверсом. Только хардкор — никаких датчиков и энкодеров, ничего. А вот и фото релюшки, это вроде как реле стартера от жигулей. Если переключать их не под нагрузкой, то вполне работают и с высокими напряжениями, 160 вольт при 15 амперах держали, но допускаю, что контакты грелись ввиду малого сечения.
После я допилил прошивку и мощность поднималась плавно до заданного уровня. А это уже исключает удары в трансмиссии и нагрузку на узлы. Вот так одна строчка в программе может увеличить срок службы агрегата.
Соединяем контроллер с транзистором правильно
Оставалось только правильно сочленить транзистор с контроллером. Сделал я это несколько не правильно, через оптическую пару, напрямую. Но эта схема прокатывает при работе с низкими напряжениями, при высоких рабочих напряжениях постоянно сгорал затвор транзистора, да и для управления нужен двухтактный драйвер. Нормальная схема приведена ниже. Но тем не менее на один раз схемы с оптической парой хватило, каким-то чудом на тест драйве она работала, а выгорать начала сразу после него. Вот схема «правильного» драйвера, только в моём варианте ещё была развязка оптикой от контроллера. Картинка взята с Drive2:
Несколько интересных моментов
- При старте электродвигатель потребляет в разы больше электричества даже без нагрузки. А при заторможенном во время старта роторе графитовые щётки начинали дымиться.
- В тот момент, когда на машине сгорает транзистор — она начинает ехать сама, ибо батарею от двигателя отделяет только транзистор. Так что введение схем защиты оправдано, если не хочешь бежать за машиной и молиться, чтоб она никого не сбила.
- Двигатель, который я использовал, взят из стиральной машинки. Обороты без нагрузки у него заявлены 14000 — верится слабо, но на шильдике была именно эта цифра. Хотя он прекрасно тянет «с низов».
- Напряжение на батарее проседает, без нагрузки у меня оно было около 150 вольт, под нагрузкой спокойно может быть 140. А если батарея подсевшая то и 130, из-за этого на свежих батареях первые несколько минут машина могла ехать очень хорошо, потом когда батареи тратили где-то 20-30% энергии, то начинался более менее рабочий режим, машина ехала медленнее, медленнее разгонялась, но это было не так заметно. Когда батареи съедали примерно 70% заряда, то езда превращалась в черепаший ход.
- У меня получилось сжечь даже довольно мощный транзистор из-за перенапряжения на его затворе. Для защиты от этого нужно зашунтировать затвор транзистора диодом на + источника питания драйвера транзистора.
- Реле подключались к МК с помощью маломощных транзисторных ключей на небольших полевичках.
В конце концов получилось то, что на видео
Вообще мои опыты с электроприводом начались ещё в школе и я испробовал много разных конструкций, но это самая удачная схема на тот момент. Если материал понравится, то напишу отдельный пост про всю эпопею.
Источник https://www.drive2.ru/b/1585932/
Источник https://motocarrello.ru/gibridnye-jelektromobili/1197-gibridnyj-avtomobil-svoimi-rukami.html
Источник https://habr.com/ru/post/473708/
