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    淺談基于電動汽車技術(shù)的汽車電動化改裝
    發(fā)布者:hydskj  發(fā)布時間:2017-05-21 15:34:48
    淺談基于電動汽車技術(shù)的汽車電動化改裝
        
    簡單地說,進(jìn)行汽車電動化改裝的核心就是電動機(jī)、電源控制器和再充電電池的選配。為了更好地理解電動車的工作原理和改裝技術(shù),下文以一輛電動化改裝車為例進(jìn)行說明。
    一、電動汽車的分類及工作原理
    根據(jù)電源的不同,電動汽車系統(tǒng)可分為直流和交流兩種類型。
    1.直流型
    直流型電動汽車系統(tǒng),簡單來說就是直流控制器與電池和直流電機(jī)相連,如圖1所示。當(dāng)駕駛?cè)巳坎认录铀偬ぐ鍟r,控制器輸出96V直流電源給電機(jī);如果松開加速踏板,控制器不輸出電源。為了保證0~96V電壓的線性輸出,控制器輸出電壓脈沖,提供平均為0~96V間任一數(shù)值的電壓輸出。其中,加速踏板連接一組電位計(可變電阻),根據(jù)不同的油門位置,向控制器輸出不同的電壓信號,類似于傳統(tǒng)的節(jié)氣門位置傳感器。


     而直流控制器就好像一個大的開關(guān),與加速踏板相連。當(dāng)踩下加速踏板時“開關(guān)”打開,當(dāng)收回加速踏板時,“開關(guān)”關(guān)閉。但顯而易見的是,由駕駛員頻繁快速地加減油門而產(chǎn)生脈沖電壓是不可能的?刂破鲃t履行了這樣的功能,根據(jù)獲得的電位計的信號(油門信號)對輸出電壓進(jìn)行控制。
    比如,當(dāng)駕駛員將加速踏板踩下一半時,控制器快速地開閉供給電機(jī)的電源,輸出占空比為50%的脈沖電壓。如果加速踏板踩下1/4,控制器輸出占空比為25%(高電位)的電壓脈沖。因為脈沖的輸出會導(dǎo)致機(jī)體以同樣的頻率進(jìn)行振動,這樣會產(chǎn)生很大的噪音,所以大多數(shù)的控制器調(diào)制的脈沖超過15kHz,這樣將超出人耳的聽覺范圍,大大降低了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。
    2.交流型
    交流型電動汽車系統(tǒng)也很簡單,即交流控制器連接交流電機(jī),如圖2所示。交流控制器通過6組功率管,將300V直流轉(zhuǎn)變?yōu)?40V三相交流電,給電機(jī)供電。同時控制器還有輔助的充電的功能,為12V直流蓄電池(給附件供電)充電。交流控制器的工作方法比較復(fù)雜,但基本原理和直流類似,除了對直流的電池電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制外,還需要進(jìn)行極性的變換。其中每一相都需要一組晶體管完成脈沖調(diào)制,一組完成極性的轉(zhuǎn)換,因此在一個控制器中共需要6組晶體管完成三相正弦交流電的輸出。二、電機(jī)和電池
    1.直流電機(jī)和交流電機(jī)
    直流電機(jī)一般比較簡單和便宜,F(xiàn)應(yīng)用的直流電機(jī)功率一般為20~30kW。所對應(yīng)的控制器則選用40~60kW(96V的控制器最大需輸出400~600A的電流)。直流電機(jī)有著非常好的特性,它能保證短時的超負(fù)荷輸出。比如一個20kW的電機(jī)短時能接受100kW的輸入,并輸出超過額定5倍的功率。這樣保證了車輛很好的加速性。但這樣也會使電機(jī)內(nèi)部快速發(fā)熱,長時間地超負(fù)荷行駛會導(dǎo)致電機(jī)的早期損壞。交流電機(jī)可以使用市場上普遍運(yùn)用的三相交流電機(jī),在外形和參數(shù)的匹配上更容易。而且當(dāng)車輛制動時,電機(jī)可以像發(fā)電機(jī)一樣進(jìn)行反向充電,向電池提供能量。
    2.電池技術(shù)
    電池是整個電動車中最重要的一個元件。質(zhì)量大、體積大、容量低、充電時間長、壽命低、價格高等是當(dāng)前鉛酸電池存在的主要問題。改裝的鉛酸電池組最多存儲12~15kWh的能量,最多一次續(xù)航里程90km。根據(jù)電池本身質(zhì)量和充電技術(shù),充滿電的時間一般需要4~10h。使用壽命一般為3~4年。
    在改裝時可以將鉛酸電池?fù)Q成鎳氫電池。這樣可大大提高車輛的行駛里程和電
    池使用壽命。但鎳氫電池的市場價格是普通鉛酸電池的10~15倍。隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展,鎳氫電池、鋰電池必將取代普通鉛酸電池,極大地促進(jìn)電動車的發(fā)展。
    在電池發(fā)展領(lǐng)域中還有另外一種新的技術(shù)叫“燃料電池”,這種電池通過純氫的能量轉(zhuǎn)換為電池充電。這種電池更小更輕更環(huán)保,而且能保證隨時即刻充電,這項新技術(shù)必將成為將來電動車的主流。
    上面談到的都是驅(qū)動車輛用的電池,然而改裝后,車上還是要配置普通12V的電池,因為原車上各種附件如大燈、音像、刮水器、儀表等還是只能支持12V的電源。為了保證對該電池的充電,改裝時還需要一個直流變壓器,將主驅(qū)動電池(比如300V直流電)轉(zhuǎn)變成12V的直流電進(jìn)行充電。當(dāng)車輛行駛時,附件由變壓器直接提供低壓電源;當(dāng)車輛停駛時,附件將由普通12V電池供電。


    三、充電技術(shù)
    充電系統(tǒng)的設(shè)計也是電動車成功使用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
    普通鉛酸電池在充電初期,絕大部分能量被正常的電化學(xué)反應(yīng)所吸收,當(dāng)充電達(dá)到某一個階段時,大約是整個電池容量的80%時,越來越多的能量會變成熱能,大量的熱會對蓄電池造成很大的損壞。所以一個好的充電系統(tǒng)能自動監(jiān)控這一點,并在最后的20%充電階段做出調(diào)整。
    一個成熟的充電系統(tǒng)會實時監(jiān)測電池的電壓、電流和電池溫度,在保證充電溫度的前提下,加大充電電流,盡量降低充電時間。
    在改裝電動車技術(shù)中,有2種充電方法被廣泛的使用。一種是普通120~240V民用電源,另外一種是磁電感應(yīng)充電系統(tǒng)。
    普通民用充電系統(tǒng)非常方便,到處都可以連接并充電,但這種方式充電時間非常長。比如使用240V電源充電,充電電流30A,充滿電大致需要4~5h。
    電磁感應(yīng)充電系統(tǒng)包含2個重要元件,即:掛在墻上的充電箱和車內(nèi)的充電裝置。車輛通過一個電磁感應(yīng)盤,插入充電槽口進(jìn)行感應(yīng)充電。這種充電方式最大的好處就是降低了漏電的危險,提高了安全性。另外,這種充電方式的充電速度也有所提升。
    四、典型改裝實例
    圖3所示為是一輛1994年款經(jīng)電動化改裝后的豐田科羅娜轎車。從外表看,該車幾乎沒有一點變化,但超低的行駛噪音,能讓你立刻發(fā)現(xiàn)它的與眾不同。該車的發(fā)動機(jī)、排氣管、三元催化裝置、油箱、離合器總成等都已經(jīng)被拆除。交流電動機(jī)通過一個訂做的適配盤與變速器相連。加裝的電源控制單元控制著電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。50kW的控制器,可以將電池的300V直流電轉(zhuǎn)換為240V的三相交流電來驅(qū)動電機(jī)。電池組被排放在車底板下,50個12V鉛酸電池單元被分組安放,每組25個,共可產(chǎn)生300V的直流電源。

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