Контроллер электромобиля своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 04.10.2024

более популярная тема создания электромобилей, постепенно вытесняет обычные бензиновые. Действительно, электромобиль гораздо проще в изготовлении, управлении и эксплуатации. К тому же ещё немаловажное достоинство – это экологичность. В данной статье мы и попытаемся рассмотреть вопрос самостоятельного изготовления электромобиля своими руками.

Но есть два узла, сборка которых вызывает некоторые трудности, особенно у неподготовленных радиолюбителей. Речь идёт об узле регулировки скорости двигателя и зарядном устройстве для мощных, как правило литий – ионных аккумуляторов. Сложность здесь заключается в значительных токах – более 50 А. Ведь для легкового электромобиля нужен электродвигатель мощностью около 5 – 20 кВт. Различные микро – и ШИМ контроллеры применяемые в заводских моделях электромобилей слишком сложны в изготовлении и настройке, а простые схемы на КРЕНках никак не выдержат такие токи. Ниже предлагается несложные в сборке схемы регулятора и ЗУ подходящие для тех, кто хочет собрать электромобиль своими руками.

Основой данного регулятора скорости вращения от нуля до максимума, используется импульсная схема с изменением ширины прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку двигателя. Генератором и формирователем импульсов является микросхема HEF4069, причём желательно с индексом UB, имеющая полевые ключи на выходе логических элементов, раскачивающие Н – канальные мосфеты.

С выхода инверторов, сигнал управляет тремя запараллелеными полевыми транзисторами IRF540 или другими аналогичными с током более 25 А. К стоку их, подключен двигатель постоянного тока мощностью несколько киловатт. Параллельно ему установлен диод, для защиты полевиков от обратных полуволн отрицательного напряжения возникающих в процессе работы.

Ещё одним узлом с большими коммутируемыми токами является блок ЗУ для аккумулятора. Как известно в электромобилях стоят аккумуляторы с напряжением 12 – 200 В (в зависимости от модели) и ёмкостью в пределах 100 – 500 А. Значит заряжать их нужно током около 10 – 50 А. Можно реализовать эту функцию на классическом транзисторном стабилизаторе с тремя мощными биполярными транзисторами MJ15003 включенными в параллель.

А можно и на специализированной микросхеме L200, специально предназначенной для использования в стабилизаторах.

Так как максимальный выходной ток микросхемы L200 составляет 10 А, умощним микросхему так-же тремя параллельно включенными транзисторами MJ15004.

Думаю нет необходимости говорить о том, что радиаторы обязательны, причём очень большие радиаторы – рассеиваемая на них мощность может достигать сотни ватт. Эта схема может выдать ток до 40 А при входном напряжении 35 В. При выборе трансформатора и выпрямителя – лучше всего брать входное напряжение стабилизатора на 10-15 В больше выходного. Электролитический конденсатор фильтра должен быть где то 10000 – 40000 мкф 50 В. Аккумуляторы заряжаются таким зарядным устройством током, равным 10 – 20% от номинальной емкости литий – ионных аккумуляторов, примерно за ночь. Можно установить для электромобиля и батарею составленную из обычных свинцовых аккумуляторов, на опытных образцах это позволяло проехать на одной зарядке около 50 км со скоростью до 100 км/ч.

Это приблизительный вид электрооборудования и соединения всех электроузлов.

Конструкция электромобиля может иметь произвольный вид и все элементы располагаются в любом удобном месте корпуса авто. Аккумуляторы, с целью устойчивости электромобиля, обычно расположены в днище машины.

Часто к нам пишут как сделать электромобиль (либо любой другой колёсный транспорт), как рассчитать мощность мотора, ёмкости батареи. Решили написать статью, чтобы ответить на эти вопросы. Советуем сначала прочитать статью до конца, а уж потом переходить по ссылкам, чтобы охватить всё в целом и не утонуть в деталях.

BLDC-мотор (безщёточный безредукторный мотор на постоянных магнитах, требуемой мощности)
Контроллер такой же мощности. Контроллер - это сложное электронное устройство, которое:
- преобразует постоянный ток из батареи в 3-х фазный переменный для питания электродвигателя (мотор-колеса),
- является регулятором уровня мощности (скорости либо момента), подаваемой в мотор, в зависимости от положения ручки газа. .

Батарея (аккумуляторная батарея, собранная из ячеек и соединённых с БМС (платой защиты ячеек от презаряда\переразряда). Чаще всего используют тяговые литий-железо-фосфатные ячейки, которые выглядят так.
Управление:педаль газа либо ручка газа, тормозные рычаги (электронный тормоз), кнопка круиз-контроля (постоянная зафиксированная скорость), кнопка реверса (обратный ход). Педаль/ручка газа является обязательной, остальные - вспомогательные.

Какая средняя скорость планируется?
Какая максимальная скорость во время разгона?
Вес электромобиля (с батареей, водителем и пассажирами)?
Угол наклона дороги? Горная местность резко повышает требование в мощности мотора!
Площадь поперечного сечения автомобиля и его обтекаемость.
Диаметр колеса (от края покрышки до края) для правильного расчета коэффициента редукции (для тихоходных средств с редуктором).
Ускорение: Если Вам в гонках важен старт с места (к примеру, 100 км/ч за 4 сеунды). Для этих расчетов нужны другие формулы, будет в следующей статье.
Стиль вождения: спокойный\спортивный, городской\межгород.
Дальность пробега.

Расчёты по требуемой мощности электродвигателя (к видео ниже) выполнены на скорости 60 км/ч, с углом наклона дорожного полотна 0 градусов. Случай равномерного движения.

Сx=0,342 (коэффициент аэродинамического сопротивления);

S=2м 2 (площадь поперечного сечения автомобиля);

g = 9.81 м/с 2 (ускорение свободного падения);

m=1000 кг (масса автомобиля);

Fтр= 0,018 (коэффициент силы трения для асфальта);

V 3 -(куб скорости автомобиля в м/с); 60 км/ч =16,67 м/с (переводим скорость из "км/ч" в "м/с" делением на 3,6);

α= 0° (угол наклона дороги);

ρв=1,225 кг/м 3 (плотность воздуха).

W= g * Fтр * m * V *cosα + 0,5*Сx * S * ρв*V 3 + g * m * sinα*V

W = 9,8 * 0,018 * 1000 * 16,67*1 + 0,5*0,342 * 2* 1,225*(16,67) 3 + 9,8 * 1000 * 0 = 2940+1940+0= 4 880 Вт.

Это сколько чистой энергии надо затратить на передвижение. Часть энергии теряется по пути из батареи. По этому, поделим полученный результат на общий КПД (трансмиссии (~0,76), электродвигателя (~0,90), контроллера (~0,95)) приблизительно равный 0,76*0,90*0,95=0,65.

Фактически из батареи надо выдать больше энергии, пока передадим эту энергию на движение, часть потеряется в узлах (на трение, теплоотдачу).

Итак, 4880 / 0,65=7509 Вт - такую мощность должна выдавать батарея.

Итого для движения по ровной дороге со скоростью 60 км/ч требуется 7509 Вт мощности системы.

Для того чтобы понять, как мощность зависит от скор ости и угла наклона дороги, произведём вычисления в Excel-е и создадим графики (*):

(*) Здесь указана требуемая мощность, уже с учётом КПД (т.е. делённая на КПД)! Здесь сделано допущение, что КПД линейное, но на самом деле на низких оборотах КПД двигателя меньше, соответсвенно нужно больше мощности на низких оборотах. Напоминаем, это рачёт равномерного равнолинейного движения. Во время разгона и обгона, мощность потребляемая может увеличиться в 2 раза, благо BLDC-моторы можно кратковременно эксплуатировать с нагрузкой 200% от номинала!

1) Мощность на низких скоростях ведёт себя линейно, а при высоких, из-за увеличения лобового сопротивления добавляется часть в виде куба скорости.

2) Каждый градус наклона добавляет в среднем дополнительно 7% к требуемой мощности. Имейте в виду, что дорожные знаки с углом наклона указываются в %! Уклон в процентах - это тангенс угла наклона, умноженный на 100. Обозначает перепад высоты дорожного полотна в метрах на 100 метров пути по горизонтали. Уклон 100% соответствует углу в 45 градусов, 0% - 0 градусов, промежуточные значения: угол = arctg(0,01*уклон в %).

К примеру, наклон в 12% это 6,8 градусов, что даёт увеличение требуемой мощности (при прочих равных) на 23,5%!

Имейте в виду, эти расчеты для прямолинейного равномерного движения с оооочень медленным разгоном! Если нужна хорошая динамика разгона, то мотор нужно по мощнее, раза в 1,5-2!

И ногда просят посчитать "На среднюю скорость и среднюю дальность". Без точных входных данных (даже одного) посчитать не возможно - это математика!

В фильме представлен весь путь по электрификации Ниссан Микра (г.Пушкино, Московской обл.) из комплектов электрификации от Golden Motor 10кВт:

Возьмём другой случай и сделаем примерный расчёт ёмкости батареи (с большим округлением и с запасом), чтобы понять логику расчётов.

К примеру, есть коммерческий электромобиль, и мы посчитали что на скорости 70 км/ч будет потреблять из батареи 10кВт, то 100км надо ехать около 1,4ч (100/70)=> 1,4ч*10кВт=14000Вт*ч=14000 В*А*ч, т.е. нужно затратить 14 кило Джоуль энергии.

Тогда потребуется на батарею 48В - 16 ячеек 300Ah (каждая ячейка 3,2В=> 48В/3.2В=15, но чаще всего используется чётное число ячеек (так проще делать ряды), а именно 16 ячеек для литий-железо-фосфатных ячеек, но иногда используют 15). Для справки: БМС на 16S чаще распространениы и доступны, чем 15S, как и зарядные устройства к ним.

Одних ячеек будет на сумму 11 500$ + БМС (плата защиты ячеек от презаряда\переразряда) около 300$ + быстрая зарядка 300$ , итого батарея выходит более 12 тысяч $. Да, это самая дорогая деталь в электромобиле! В ТЕСЛА электрокаре батарея стоит более половины самой машины.

Имейте в виду, что батарею нужно брать минимум с запасом 20%, чтобы вы не встали на дороге, не доехав до дома\работы! Зимой батарея будет выдавать не полную ёмкость.

Либо можете из свинцовых собрать 48В-300Ач. Свинцовые будут в 2 раза тяжелее LiFePO4, циклов жизни будет всего около 200, что в 25раз меньше чем лифер (LiFePO4), скорость заряда свинца раза в 20 ниже.

Л ифер можно будет подзаряжать даже во время разгрузки\загрузки коммерческого электротранспорта. За 30 мин можно подзарядить около 6% батареи.

Свинец такой ёмкости будете заряжать самое быстрое 30ч , что не имеет смысла (день заряжаем, день едем)!

В среднем, по статистике, в городском режиме потребление электромобиля составляет 170-200 Вт*ч на 1 км.

Кроме того, если у вас машина с полным приводом, возможно переоборудование её в гибрид (ДВС+электро). Затраты при этом на батарею уменьшатся раза в 2, и потребление бензина тоже уменьшится раза в 2. Но об этом уже в следующей статье.

Ниже представлен оптросник из 2-ух вопросов, ответье нам пожалуйста на них: они очень важны для понимания какие моторы вам интересны, и в каком направлении нам двигаться.

обсуждение

добрый день! как успехи с контроллером, будут ли варианты для продажи

Любая электрохрень в сравнении даже с откровенно китаяйцуевыми двухтактниками проигрывает во всем. Масса,удельная мощность,эксплуатационные характеристики,и конечно же-ЦЕНА.
Если даже брать промышленно серийное тесло,то при ее стоимости от $70000,
все $45000 приходятся именно на акб. Остаются $25000,за которые можно взять более чем приличный двс автомобиль. При этом же,на $45000 можно накупить до 45000/0,6=75000. литров топлива. при среднем расходе в 7,5л/100км,это же (75000/7,5)*100=1000000 км…МИЛЛИОН километров пробега.
Этого хватит в среднем,не менее, чем на 50,а то и на все 100 лет беззаботной езды с ветерком.

За 25тыс. приличный бензиновый автомобиль, класса Теслы не купишь. Ближайший аналог стоит 45тыс. Человек, ездящий на электромобиле не заморачивается на количестве пройденных километров. Ведь они идут практически даром. Я, например, в год выезжаю по 50тыс.км. Мне Тесла окупится за 10 лет. Это её гарантийный период. ГАРАНТИЙНЫЙ, господа. За такую гарантию Ройл-ройз берёт по 100тыс. зелёными!

И вообще, Мазертти и Порш покупают не для экономии! 😀 Возьмите машины, которые берут именно для экономии. Например, Ниссан Лиф за 12тыс.$. Каждый 100км на нём стоят 1$. Это и электроэнергия и амортизация аккумуляторов. На бензине 100км. стоят не менее 7$. 6$ чистой экономии каждые 100км, господа. ЧИСТОЙ ЭКОНОМИИ, во всех смыслах этой фразы! Итого Лиф окупается за 3-4 года.

здравствуйте как обстоит дела с контроллером на ассинхроник ,он есть в продаже ,спасибо за ответ.

Главный тренд в современном автомобилестроении – использование электроприводов на серийных машинах. Организовать конвейерных выпуск машин в гаражных условиях невозможно, но собрать один электромобиль вполне по силам даже начинающему слесарю. В качестве подопытного образца используем малолитражку с изношенным двигателем, с исправной трансмиссией и коробкой передач.

Комплектующие, материалы и инструменты

Набор слесарного инструмента: гаечные ключи, отвертки и пассатижи.
Сверлильный станок.
Стальная пластина толщиной 15-20 мм.
Электродвигатель с рабочим напряжением 60 В, мощностью 3 кВт.
Контроллер (60 В, 4 кВт) и литий-ионный аккумулятор емкостью 40 Ач с рабочим напряжением 60 В.

Порядок работ по изготовлению электромобиля

Начинаем переоснащение машины с неполной ее разборки, для чего снимаем капот, фары, радиаторную решетку и сам радиатор, а также верхнюю планку.

Собственно работы по переделке проводятся в такой последовательности:
Выкручиваем крепежные болты, отсоединяем выпускной коллектор и демонтируем головку блок, а также откручиваем зубчатый шкив привода ГРМ.

Снимаем головку блока цилиндров, картер, разъединяем хомуты на шатунах и вытаскиваем из цилиндров поршни.

Берем стальную пластину, делаем разметку для ее крепления при помощи болтов ГБЦ и на станке высверливаем отверстия под них и под посадочные места электродвигателя.

Подготовленное основание под привод размещаем на верхней плоскости блока цилиндров и прикручиваем его болтами.

На коленвал и вал привода надеваем при помощи шпонок зубчатые шкивы ремня привода ГРМ и фиксируем их болтами.

Тросик от педали газа крепим при помощи винтового хомута, затянутого на отверточной ручке. Последняя в свою очередь установлена на оси регулятора напряжение, таким образом что воздействие на нее вызывает изменение положения регулятора. Вследствие этого происходит изменение скорости движения электромобиля.

Переоснащение машины с двигателем внутреннего сгорания на привод от электрического двигателя завершен. Управление машиной ничем не отличается от обычного транспортного средства: садимся за руль, включаем подачу напряжения на электромотор, выжимаем сцепление, включаем передачу, и медленно отпуская педаль, добавляем газу. Машина трогается плавно и неплохо набирает скорость, испытания на ровном участке дороги с твердым покрытием она развила до 50 км/ч.

Смотрите видео

Создание электромобиля — это прекрасная альтернатива машине с бензиновым двигателем. Современные технологии позволяют находить новые пути решения проблем, связанных с затратами на автомобильное топливо.

Потратив деньги только на составляющие элементы будущего электромобиля, в дальнейшем можно прекрасно экономить на топливе.

Кроме того, электромоторы экологически безопасны в отличие от обычных двигателей, которые при переработке бензина выделяют углекислый газ.

Стоит заметить, что уже практически каждая автомобильная компания выпускает автомобили на электрической теги или гибридные авто. К примеру электромобили Renault от одноименной компании.

Но цена таких экологически чистых средств передвижения остается еще не доступной для многих автолюбителей, поэтому вопрос создания электромобиля своими руками, особенно для стран СНГ еще очень актуальный.

Создаем электромобиль

Для создания электромобиля своими руками необходимо приобрести:

Базовая модель автомобиля;
Электрический двигатель;
Аккумуляторы, корпусы для них и зарядку;
Электропедаль газа, а также регулятор напряжения и синхронизаторы.

Базовая модель авто

Под базовой моделью автомобиля подразумевается любая машина, которая будет взята за основу при изготовлении электромобиля.

Так как в основе любого электромобиля лежит его легкость, на которую прямо пропорционально влияют габариты, материал из которого он изготовлен, то желательно за основу брать не большие автомобили.

Согласитесь, трудно будет из Toyota Land Cruiser Prado сделать электромобиль.

Хорошо для таких целей подойдут отечественные ВАЗ –ы, знаменитые запорожцы, Славута, ОКА.

Из зарубежных Fiat 126 и другие малолитражки до 2000 года выпуска.

Можно сделать и свой оригинальный кузов, но сложность работ и их дороговизна многих отталкивает от данной идеи.

Электродвигатель

Электродвигатель выбирают в зависимости от размеров автомобиля и варианта его подключения в машине.

Если подключать его к коробке передач, то электродвигатель даже с небольшой мощностью (5 – 7 К Ватт) сможет сдвинуть автомобиль с места.

При подключении через ведущий мост понадобиться более мощный электродвигатель. И чем выше габаритный вес машины, тем большей мощности должен быть будущий мотор.

Электродвигатель с минимальной мощностью, установленный на машине небольших габаритов, имеет скоростной лимит в 75-80 км/ч (при условии непосредственного подключения мотора к коробке передач).

Приобретая электродвигатель с большей мощностью, не нужно беспокоиться о дополнительных расходах электроэнергии. Эти затраты никак не зависят от пройденного километража и мощности электромотора.

Аккумулятор

При выборе аккумулятора лучше остановить свое внимание на энергоносители с литием.

Они могут использоваться без подзарядки в течение 5 часов беспрерывного движения на максимальной скорости в 80 км/ч.

Общий срок службы таких аккумуляторов в среднем достигает 5 лет. Литейные энергоносители – это недешевый вариант.

Как менее дорогостоящую альтернативу можно выбрать свинцовые аккумуляторы. Такие энергоносители имеют меньший срок эксплуатации (в среднем 1-2 года) и разряжаются уже спустя час интенсивного движения.

Для того чтобы аккумуляторы не изнашивались так быстро, необходимо правильно подбирать их в соответствующем объеме.

Небольшие по размеру энергоносители выходят из строя раньше, так как они сильно изнашиваются, полностью разряжаясь в процессе движения. Поэтому лучше приобрести один большой аккумулятор с увеличенным ресурсом.

Система отопления

Если владелец электромобиля рассчитывает пользоваться им в холодное время года, необходимо продумать систему отопления.

Обогрев автомобиля с помощью электроэнергии двигателя-дело очень затратное. В этом случае зарядки аккумулятора не хватит даже на одну поездку.

Поэтому лучше установить бензиновый обогреватель или систему для подогрева кресел. Для всей остальной электротехники в салоне лучше приобрести отдельный энергоноситель.

Регулятор мощности

Очень важная деталь в электромобиле - это регулятор мощности, необходимый для регулировки тяги электродвигателя.

Самыми надежными считаются регуляторы американского производства. Ввиду ограниченности финансов можно приобрести его китайский аналог.

Регуляторы выбирают в зависимости от мощности тока. Для каждодневных поездок подойдет стандартный регулятор на 150 вольт.

Также в электромобиль на место снятого генератора нужно вмонтировать преобразователь, выполняющий аналогичные функции.

Электромобили для детей

Конечно, можно сделать и электромобиль для своего ребенка, но стоит ли овчинка выделки? Ведь сейчас уже во всю продаются детские электромобили на аккумуляторах, которые красивые (а это важно для ребенка) и обладают достойными эксплуатационными характеристиками.

Решать каждому, но наверное проще купить электромобиль для детей, чем делать самому.

Затраты

Если рассматривать общую стоимость всех комплектующих электромобиля, в среднем выходит от 5000 до 8000 долларов. Но вложения в переоборудованный транспорт окупаются буквально через полтора—два года.

Поэтому, если есть желание и возможность, можно попробовать самому сделать электромобиль. Такие конструкции - это будущее для многих транспортных средств.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Читайте также: