Регулятор для электромобиля своими руками
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 18.09.2024
Очень часто вы спрашиваете меня: какой лучше взять новый готовый комплект из Китая для переоборудования автомобиля на электротягу, чтобы он был подешевле. Цена комплекта должна быть ниже стоимости самого дешёвого Ниссана Лиф. Интересуются в основном владельцы переднеприводных иномарок эконом-класса, а также владельцы переднеприводных ВАЗов. Также просят, чтобы напряжение было как можно ниже, и чтобы всё при подключении уже работало само, чтобы не нужно было что-то взламывать, перепрошивать и настраивать.
Для таких взыскательных клиентов, которые больше не хотят платить за бензин, и которым есть где заряжать электромобиль, хотелось бы посоветовать уже готовый комплект в сборе, который стоит $1528 (111 тыс. руб.). Он состоит из асинхронного электромотора непрерывной мощностью 20 кВт (27 л.с.) и максимальной мощностью 40 кВт (54 л.с.) В комплекте с мотором идёт редуктор-дифференциал, который позволяет просто установить этот электроагрегат в сборе вместо штатного ДВС с КПП. Достаточно соединить ШРУСы, и всё будет вращаться.
Также в этом комплекте есть контроллер для электродвигателя. Он рассчитан на напряжение до 144 вольт, а максимальный ток, который он может переварить, доходит до 400 А. При этом потребляемая мощность составит около 54 кВт, а механическая мощность на валу электромотора примерно 40 кВт. Вес всего этого комплекта в сборе составляет 65 кг. Удобен комплект тем, что здесь есть уже вся кабельная обвязка и переключатели. Достаточно связать через Блютуз контроллер с любым смартфоном, и можно будет вывести на него электронный щиток приборов.
Что касается крутящего момента, то он на валу электромотора доходит до 230 Нм в пике. После понижения скорости вращения в редуктор, колёсный крутящий момент будет чуть меньше 2000 Нм. Этого вполне достаточно для переднеприводного небольшого электромобиля. Максимальная скорость здесь ограничена частотой инвертора. В итоге электромотор разгоняется до 6800 об/мин, а вот максимальная скорость электромобиля будет зависеть от диаметра колёс. В среднем это около 120 - 130 км/ч.
Теперь переходим к тяговой аккумуляторной батареи. Учитывая климатические особенности нашей страны, лучше сделать выбор на литий-железо-фосфатных аккумуляторных ячейках в батарее. Они тяжелее, дороже, но зато им не нужна терморегуляция. Так уже готовая тяговая батарея напряжением 144 вольта и ёмкостью 105 Ач стоит $2750 (200 тыс. руб.). Её энергоёмкость 15 кВт-ч, и она позволит проехать небольшому электромобилю массой до 1 тонны на одном заряде расстояние в 80 - 100 км.
Весит такая батарея в сборе в стальном корпусе с кронштейнами крепления около 150 кг. В корпусе уже есть все платы управления. Её стальной корпус позволяет полностью вырезать часть днища автомобиля и взять на себя несущие нагрузки. И таким образом не придётся пихать аккумуляторы под капот, или же под заднее сиденье или под пол багажника. Именно её прочный корпус позволяет интегрировать батарею а днище без ущерба для жесткости всего кузова.
Такой батарее требуется зарядное устройство. Так зарядник мощностью 3,3 кВт с выходным напряжением для батарей 144 вольта стоит $450 (33 тыс. руб.).
И таким образом один из самых дешёвых комплектов для электромобиля своими руками стоит около 350 тыс. рублей. За такие деньги невозможно купить живой Ниссан Лиф, потому что в России они стартуют от 450 тыс. рублей.
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.
Качественный и надёжный контроллер скорости вращения для однофазных коллекторных электродвигателей можно сделать на распространённых деталях буквально за 1 вечер. Эта схема имеет встроенный модуль обнаружения перегрузки, обеспечивает мягкий пуск управляемого двигателя и стабилизатор скорости вращения мотора. Работает такой блок с напряжением как 220, так и 110 вольт.
Технические параметры регулятора
- напряжение питания: 230 вольт переменного тока
- диапазон регулирования: 5…99%
- напряжение нагрузки: 230 В / 12 А (2,5 кВт с радиатором)
- максимальная мощность без радиатора 300 Вт
- низкий уровень шума
- стабилизация оборотов
- мягкий старт
- размеры платы: 50×60 мм
Принципиальная электросхема
Схема регулятор мотора на симисторе и U2008
Схема модуля системы регулирования основана на генераторе ШИМ импульсов и симисторе управления мотором – классическая схемотехника для подобных устройств. Элементы D1 и R1 обеспечивают ограничение величины напряжения питания до значения безопасной для питания микросхемы генератора. Конденсатор C1 отвечает за фильтрацию напряжения питания. Элементы R3, R5 и P1 являются делителем напряжения с возможностью его регулирования, который используется для задания величины мощности, подаваемой в нагрузку. Благодаря применению резистора R2, непосредственно входящего в цепь поступления на м/с фазы, внутренние блоки синхронизированы с симистором ВТ139.
Печатная плата
На следующем рисунке показано расположение элементов на печатной плате. Во время монтажа и запуска следует обратить внимание на обеспечение условий безопасной работы – регулятор имеет питание от сети 220В и его элементы непосредственно подключены к фазе.
Увеличение мощности регулятора
В испытательном варианте был применен симистор BT138/800 с максимальным током 12 А, что дает возможность управления нагрузкой более 2 кВт. Если необходимо управление ещё большими токами нагрузки – советуем тиристор установить за пределами платы на большом радиаторе. Также следует помнить о правильном выборе предохранителя FUSE в зависимости от нагрузки.
Кроме управления оборотами электромоторов, можно без каких-либо переделок использовать схему для регулировки яркости ламп.
Привычные для нас автомобили, работающие на бензине, постепенно отходят на второй план. Это вызвано тем, что электромобили набирают в обществе всё большую популярность. Действительно, машины, работающие от электричества, проще изготовить, использовать и управлять ими. К тому же автомобиль такого типа не загрязняет атмосферу продуктами сгорания топлива, а значит, бережет экологию. Учитывая все преимущества электромобиля, актуальной становится проблема его самостоятельного производства.
Изготовить электромобиль - означает создать прекрасную замену машине, работающей на бензине. С помощью современных технологий очень просто решить проблему затрат на топливо. Ведь, однажды вложив кругленькую сумму денег на элементы вашего электромобиля, в будущем сэкономите значительно больше на топливе.
Сегодня многие автомобильные гиганты выпускают электромобили или гибридные машины. Но их стоимость недоступна для широких масс, поэтому создание авто, работающего на электрическом двигателе, является идеальным выходом для всех желающих его приобрести.
Как сделать электромобиль? С чего начать?
Итак, вы твердо решили создать автомобиль с электрическим двигателем своими руками? Тогда необходимо обзавестись некоторыми составляющими будущего механизма. Во-первых, автомобиль. Определенная модель, служащая базой будущего электромобиля. То есть, создание машины, работающей на электричестве, своими руками - переоборудование, а не изготовление с нуля.
Во-вторых, электрический двигатель. Естественным является то, что электромобиль не может существовать без сердца.
В-третьих, аккумуляторы их зарядка и корпус. Электромобиль необходимо питать. С этой задачей и справятся с легкостью аккумуляторы.
В-четвертых, регулятор напряжения и синхронизаторы. Ваше изобретение может функционировать только на электрическом токе определенного напряжения. Постоянные его перепады могут привести к коротким замыканиям и полностью вывести из строя электромобиль.
В-пятых, электропедаль газа. Так как авто и его работа построены по иному принципу, нужна специальная педаль, которая приведет в движение ваше конечное изобретение.
Целесообразным будет рассмотрение каждой составляющей будущего электромобиля.
Модель авто
Базой вашего будущего авто может быть практически любая машина. Для этого лучше всего подходят небольшие машины, ведь одной из характеристик электромобиля является легкость. На это свойство прямо влияют размеры и материал базового авто.
Лучше всего на роль основы для создания электромобиля подходят наши ВАЗ, Запорожец, ОКА и Славута, а также зарубежные Fiat 126 и малолитражки, выпущенные до 2000 года.
Вы можете создать своими руками специфичный кузов, но учитывайте, что это трудоёмкая и дорогостоящая затея.
Сердце электромобиля
Электродвигатель нужно приобретать с учётом габаритов машины и способом его подключения к авто.
Если такой двигатель подключается к коробке передач, то подойдёт даже мотор с небольшой мощностью. 5-7 киловатт вполне хватит, чтобы сдвинуть авто с места. Если же подключение электродвигателя осуществляется через главный мост, то нужен мотор мощнее. Существует закономерность: мощность двигателя напрямую зависит от габаритов и веса машины. Немощный электродвигатель на небольшой машине обеспечит скорость передвижения не больше 75-80 км/ч, при подсоединении к коробке передач.
Стоит отметить, что затраты электроэнергии независимы от мощности мотора и пройденного расстояния. Зависимость есть только от скорости езды. Чем быстрее едет авто, тем быстрее разряжается аккумулятор. Так что смело выбирайте мотор помощнее.
Элемент питания
При создании авто нового поколения своими руками, остановите свой выбор на литиевом аккумуляторе. Именно этот вид источника питания может функционировать без подзарядки на скорости 80 км/ч на протяжении 5 часов. Такие аккумуляторы довольно живучие - в среднем могут работать 5 лет. Но, энергоносители с литиевым наполнителем - недешевые.
Более экономным вариантом являются свинцовые батареи. Они прослужат меньше двух лет, и функционируют во время интенсивного движения всего около часа.
Чтобы продлить срок эксплуатации аккумулятора, нужно подбирать их в правильном объеме. Небольшие источники питания умирают раньше, из-за сильного изнашивания, так как быстро и полностью разряжаются при движении авто. Поэтому выгоднее купить большой энергоноситель с обширным ресурсом.
Отопление
Если, создавая электромобиль своими руками, вы планируете использовать его в холодные времена года, стоит подумать о системе отопления.
Греть машину электроэнергией - дорогое удовольствие. В таких условиях заряженного аккумулятора недостаточно даже для осуществления одной поездки. Исходя из этого, стоит установить обогреватель, работающий на бензине или систему обогрева сидений. Для электротехники лучше купить отдельный аккумулятор.
Регулятор мощности
Регулятор мощности - одна из главных составляющих электромобиля, которая регулирует тягу двигателя. Наиболее надежные приборы от американских производителей. Можно обзавестись и более дешевым аналогом из Китая.
Регулятор нужно выбирать с учётом мощности тока. Для ежедневных путешествий можно приобрести стандартный, 150-ти вольтовой прибор.
Кроме того, в электромобиль, созданный своими руками, нужно подсоединить вместо генератора преобразователь с тождественными функциями.
Как изготовить электромобиль: инструкция
Составьте алгоритм и план работы, которого стоит точно придерживаться. А также создайте чертежи и схемы будущего электромобиля и приготовьте нужные материалы и инструменты;
Установите электродвигатель и подсоедините к нему коробку передач. Подготовьте место для аккумуляторов, установите источники питания в задней части авто и соедините их. Создайте проводку и подключите приборы и вольтметр;
Подключите аварийные тормоза, вакуумный насос, преобразователь, элемент управления и т.д. Силовые кабели нужно проложить под дном авто, поэтому предварительно изготовьте несколько скоб;
Создайте платформу для источников питания в передней части машины. Установите аккумуляторы, залейте масло в трансмиссию.
Проверьте приборы: 12-ти вольтовые при зажигании, вакуумный насос, конвертер при 96 вольтовом питании. Проверьте работу двигателя при напряжении 12 вольт. Если все работает - автомобиль удался!
Детские электромобили
Можно создать своими руками электромашину для собственного ребенка, но так ли это необходимо? Сегодня на рынке представлено множество детских автомобилей, работающих от аккумулятора. Они красивы, ярки, удобны и практичны в применении.
Решать, конечно, вам. Но приобрести детский электромобиль значительно выгоднее, чем его изготавливать.
Стоимость
Картина самостоятельного изготовления электромобиля будет неполной без описания затрат на его производство. Если учитывать стоимость всех комплектующих будущей электромашины, то получается 5000-8000 долларов. Но вся эта сумма окупается при эксплуатации электромобиля на протяжении 2 лет.
Поэтому, если вы имеете соответствующие навыки, возможности и желание, можете попробовать сделать электромобиль своими руками. Ведь это будущее всех транспортных средств.
Выводы
Если вам надоели нестабильные цены на топливо и дорогостоящее техническое обслуживание авто, можете создать своими руками электромобиль.
Электромобиль - машина, работающая от электрического двигателя, который функционирует от аккумуляторов, в отличие от распространенных бензиновых авто. Движения машины основано на электричестве. Существенным достоинством такого автомобиля является то, что зарядить его можно от стандартного напряжения с помощью обычной розетки. Таким образом, вы можете сэкономить, так как электрическая энергия сегодня значительно дешевле топлива. Обслуживать электромобиль просто, так как не нужно следить за уровнем масла и тосола и их периодически заменять.
На таком авто очень удобно перемещаться по городу. Постоянная смена рельефа увеличивает расход топлива, а на электромобиль прерывистое движение совершенно не влияет.
Электромобиль постепенно начинает движение и бесшумен за счет небольшого количества элементов, которые двигаются. Такая машина не загрязняет атмосферу продуктами сгорания топлива. Это транспорт будущего!
Недавно добавленное
READ ARTICLE
Читайте также: