Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов

Апологеты электротранспорта получили новый стимул к творчеству: в интернете появились комплекты привода для самостоятельной постройки электромобиля или переоборудования в него классических транспортных средств. Итак, как сделать своими руками электромобиль?

Как известно, принципиальных отличий электромобиля от машины с ДВС два: наличие тяговой батареи и иной силовой агрегат. Для самодеятельного конструктора вопрос батареи обычно более-менее ясен: сколько денег есть – такую и батарею покупаешь. Маленькую или большую, свинцово-кислотную или литий-железную, а то и, не дай Бог, хватит денег на литий-ионную. А вот с приводом вопросов больше: где взять двигатель и какого типа, где размещать его, как сопрягать с ведущими колесами, оставлять ли коробку передач.

В комплекте для постройки электромобиля кроме трансмиссии и двигателя – контроллер, акселератор, рычаг двухступенчатой МКП, проводка и заготовки для крепления моста к раме.

Отдельная наука – система управления электромотором, для которой нужен и специальный контроллер, и некий аналог акселератора. А еще почти всегда нужен преобразователь тока – модуль, который преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный ток, на котором работают большинство доступных ныне тяговых электродвигателей.

На все готовое

И вот на нескольких китайских сайтах мы видим в продаже набор, который решает проблему привода комплексно. Некая тамошняя компания выпускает ведущий задний мост с пристроенным к нему электромотором. В трансмиссию встроен двухступенчатый редуктор для повышения крутящего момента на подъемах или тяжелых дорогах. Прилагается также контроллер – блок управления двигателем, необходимые кабели, соединители и даже педаль газа – акселератор. Мост укомплектован ступицами для крепления колес, причем с тормозными механизмами. Цена комплекта – порядка 480 долларов без доставки.

Прилагающаяся инструкция умалчивает о подробностях, но судя по всему, это асинхронный двигатель переменного тока с управлением по частоте тока.

Предлагается два варианта привода, оба мощностью 1,5 кВт, но базовый рассчитан на питание от батареи напряжением 60 вольт, а более сильный – на 72 вольта. Передаточное отношение первой передачи – 1:20, второй – 1:10. Производитель приводит данные, согласно которых оснащенное этими узлами транспортное средство будет на высшей передаче разгоняться до 30 – 41 км/ч. Правда, никаких отсылов к допустимой нагрузке на ось и нам найти не удалось.

Интересно, что предлагается на выбор семь вариантов ширины моста, колея составляет от 890 мм до 1210 мм. То есть геометрически такой привод можно установить даже на легковушку (колея «Москвича-412» – 1270 мм, «Таврии» — 1280 мм).

Несколько “но”

Нужно сказать, что китайцы вопрос электрификации транспорта понимают по-своему. Во-первых, в КНР налажено серийное производство доступных электромобилей, во-вторых существует весомая субсидия от государства каждому покупателю электромобиля. Поэтому пассажирские электромобили в гаражах там вряд ли кто-то мастерит.

Данные комплекты предназначаются в первую очередь для самостоятельного переоборудования на электропривод подобных грузовых трициклов.

А вот множество электрифицированных – явно кустарным образом – велорикш и грузовых мотороллеров журналистам Авто24 там доводилось видеть не раз. В том числе и на улицах крупных богатых городов в процветающих южных провинциях. Для них и предназначаются данные комплекты привода.

Поэтому мы и видим на них такой существенный недостаток, как отсутствие гидравлических тормозов на ведущих колесах. Поэтому, если кому-то из наших соотечественников придет в голову поставить этот ведущий мост на автомобиль, механический привод тормозов придется переделывать на гидравлический самостоятельно.

Передача крутящего момента от электродвигателя к колесам организована через небольшую двухступенчатую коробку передач. Рычаг переключения прилагается.

То же самое и с подвеской моста к несущей системе транспортного средства – площадки для крепления амортизаторов, рессор или пружин прилагаются, но приваривать их “по месту” придется самостоятельно.

И еще одно замечание. В доступных через интернет инструкциях мы не нашли ничего о наличии или отсутствии в приводе режима рекуперации – то есть неясно, сможет ли будущий электромобиль пополнять тяговую батарею энергией при движении накатом – на спусках, приближении к перекрестку. На самом деле это важная возможность продлить пробег между подзарядками, которая есть на любом серийном электромобиле.

Справедливости ради нужно сказать, что комплекты для постройки электромобиля существовали в природе и ранее. Например, некоторые украинские электросамодельщики еще десять лет назад выписывали из-за океана американские комплекты. Состоящие из специального электродвигателя, блока управления и бортового зарядного устройства, они стоили намного дороже – около 3,5 тыс. долларов.

Электродвигатель крепится прямо на ведущий мост, и это плохо: высокой плавности хода с такими неподрессоренными массами не достигнуть.

Какие выбрать аккумуляторы для электромобиля

Отметим, что напряжение питание приведенных тут электродвигателей – 60 вольт и 72 вольта – наталкивают на мысль использовать последовательно соединенные стандартные автомобильные аккумуляторы на 12 вольт. Категорически не рекомендуется это делать, поскольку эти стартерные батареи не прослужат нормально даже один сезон – они не предназначены для работы в качестве тяговых источников тока.

Рекомендуется использовать оптимальный вариант для недорогого электромобиля – литий-железо-фосфатные (они же литий-феррум). Они относительно дешевы, обладают достаточно высокой плотностью энергии, к тому же почти не боятся морозов. Именно такие используют вполне успешные производители серийного электротранспорта, например, известная даже в развитой части Европы китайская компания BYD.

Электромотоцикл своими руками с асинхронным двигателем

Сегодня никого не удивишь автомобилем, использующего в качестве топлива сжиженный газ, а не традиционные бензин или дизель. Переоборудование машин с ДВС на потребление газа особенно популярным стало в Украине в последние годы. Основной причиной таких трансформаций владельцы авто называют погоню за экономичностью. И это совсем не удивительно, поскольку на данный момент газ дешевле бензина примерно вдвое. Споры о выгодах такого переоборудования идут до сих пор, но если учесть цену на электроэнергию, которая в разы ниже даже природного газа на котором так пытаются сэкономить. Почему сразу же не переоборудовать автомобиль на работу от электрической тяги?

Читать еще: Что такое дпкв на 406 двигателе

Снимаем все лишнее

Любое горючее топливо сгорает в цилиндрах двигателя по одинаковому принципу. Поэтому установка систем газобаллонного оборудования не является особой проблемой. Принцип работы электродвигателя другой, поэтому для переоборудования требуются более существенные изменения в устройстве автомобиля. Несмотря на сложность, все же — это реально. Прежде всего, нужно демонтировать несколько основных частей, которые электромобилю не понадобятся.

Двигатель внутреннего сгорания. Для работы электромобиля он совершенно не нужен, тем больше занимает довольно много пространства под капотом и значительно увеличивает массу автомобиля. Стоит сразу отметить, что вес является критическим параметром для электромобиля, и поэтому этому пункту уделяется много внимания.

Система охлаждения. Электромотор не выделяет такое количество тепла, как ДВС, поэтому его также нужно демонтировать по той причине, что охлаждать будет просто нечего. С другой стороны, отсутствие привычной печки добавит проблем с комфортом в салоне в холодное время года.

Коробка передач. По этому элементу возможны варианты: иногда ее оставляют, иногда снимают. В некоторых случаях КПП не демонтируют, но устраняют механизм сцепления с коробкой.

Выхлопная труба, как и система забора и очистки воздуха и другое вспомогательное оборудование двигателя внутреннего сгорания, тоже не понадобится.

Устанавливаем необходимое

Начать «преобразование» в электромобиль стоит с подбора электродвигателя, обеспечивающего достаточную скорость движения и ускорения. Необходимая мощность прямо пропорционально зависит от массы кузова. При схеме прямого подключения электропривода к ведущему мосту, чтобы сдвинуть авто с места понадобится мотор мощностью от 15 кВт. Но если в трансмиссии оставить коробку переключения передач и подать крутящий момент к ней через переходную плиту, то для такой схемы может хватить даже двигателя мощностью 5-10 кВт. Причем, если это будет небольшой автомобиль типа «Таврии» или «Матиз», можно развить максимальную скорость до 70-80 км / ч.

Стоит отметить, что максимальная мощность электродвигателя не влияет на расход, а влияет только мощность, используемую в определенный момент времени. Другими словами, если два одинаковых по параметрам автомобиля будут двигаться с одинаковой скоростью от двигателей с мощностями 10 и 20 кВт соответственно, то их аккумуляторные батареи разрядятся на приблизительно одинаковую величину. Это означает, что максимальная мощность двигателя не влияет на расстояние максимального пробега. Поэтому, при подборе электромотора специалисты советуют, по возможности, взять модель хотя бы с небольшим запасом мощности. Это позволит уменьшить риск его перегрева в напряженных режимах и увеличить рабочий ресурс.

Максимальная дальность поездки электромобиля, в первую очередь, определяется емкостью аккумуляторных батарей. Поэтому при их выборе следует учитывать километраж, необходимый водителю для езды в течение дня без подзарядки. На сегодня самыми дешевыми являются свинцовые аккумуляторы, но они вряд ли смогут обеспечить величину пробега более 80-90 км, так как дальнейшее повышение их мощности приведет к такому увеличению собственной массы автомобиля, что вся полезная нагрузка ограничится только одним водителем.

В отличие от свинцовых, соответствующее количество литий-ионных аккумуляторов может обеспечить 200, 300, а в таких электромобилях, как Tesla даже превысить 400 км без подзарядки. К тому же срок их эксплуатации значительно больше — они могут служить до 5-8 лет. Оптимальную емкость аккумуляторов нужно подбирать так, чтобы в конце маршрута они не разряжались полностью, а оставляли некоторый запас емкости. Глубокий разряд литий-ионных батарей приводит к ускорению «старения» и последующего выхода из строя. Главным препятствием увеличения количества ячеек в аккумуляторах такого типа является их высокая стоимость.

Для согласования работы двигателя и батареи электрокара необходим контроллер. Это тоже является одним из главных моментов, поскольку это устройство регулирует величину тока, поступающего в электродвигатель, а также меняет полярность постоянного тока от АКБ к электродвигателю, требующего питания переменным током. Также к контроллеру подключают педаль акселератора, которая является аналогом педали газа в традиционном авто. Она управляет потенциометром, который регулирует величину тока, поступающего в двигатель, таким образом увеличивая мощность, количество оборотов в минуту и, как следствие, скорость движения автомобиля. Контроллер нужно выбирать в зависимости от мощностей электромотора и аккумуляторов.

Зимой эксплуатировать электромобиль значительно сложнее — он становится уязвимым в среде с низкой температурой воздуха. Так как система охлаждения ДВС подвергается демонтажу вместе с привычной «печкой», то нужно позаботиться о подогреве воздуха в салоне. Среди возможных вариантов — электрический обогреватель мощностью от 1,5 кВт, который существенно уменьшит дальность пробега. Альтернативой может стать использование автономного бензинового отопителя, недостатком которого является все та же потребность в топливе.

Но это еще не все: для качественной работы аккумуляторам необходима постоянная температура: в морозы напряжение может «проседать», что напрямую влияет на мощность двигателя и скорость разрядки, а в жару — опасность перегрева. Поэтому необходимо установить систему для контроля за температурой батареи, а также обеспечить ее герметичность и изоляцию контактов, поскольку существует риск короткого замыкания при попадании влаги.

Переоборудовать или купить новый?

Все вышеуказанные проблемы решаются. Большое количество переоборудованных, а также сделанных собственными руками народных умельцев электромобилей уже ездит по дорогам Украины и всего мира. В интернете можно найти много видеороликов, начиная от электрических «Таврий» и «Лад», заканчивая электроверсиями своих моделей от крупнейших автоконцернов — Ford Focus EV, Nissan Leaf, Volkswagen e-Golf, Renault Fluence ZE и др. Но прежде всего, желающим отказаться таким образом от углеводородного топлива нужно определиться: с какой целью? Если основной целью является получение экологически чистого транспорта, то в этом случае — безальтернативное «да». Если же целью ставить экономию средств, то однозначный ответ дать, на сегодняшний день, невозможно.

Читать еще: Что сгорает в двигателе внутреннего сгорания

Людям, которые имеют определенный опыт ремонта техники, вполне по силам приобрести комплектующие и собственноручно переоборудовать свой автомобиль на электропривод. Качество результата и выгода будут зависеть от правильности расчетов и технического исполнения. Однако, уже существует не одно коммерческое предприятие, где можно заказать такую услугу. Позволит ли это сэкономить? Опять же, ответ индивидуален для каждого владельца, поскольку стоимость переоборудования может начинаться от 10 000 долларов для бюджетных автомобилей и переваливать за отметку в 50 000 долларов для суперкаров. А на эту сумму в Соединенных Штатах можно приобрести почти два новых (!) Nissan Leaf. Поэтому возникает вопрос, а не дешевле ли будет купить уже готовый, новый электромобиль?

Тем не менее будущее транспорта за электрической энергией – с этим вряд ли кто-то решится поспорить. Цены на электрокары будут только опускаться, осталось только немного подождать или … Решать Вам.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Назад
Вперёд

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

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.

Читать еще: Двигатель быстро нагревается до рабочей температуры

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

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.

UPD: Изменил ошибки в статье, спасибо всем, кто откликнулся

Электромобиль своими руками

Электромобиль своими руками

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 мотор-колеса,
— является регулятором уровня мощности (скорости), подаваемой в мотор, в зависимости от положения ручки газа.

Про типы BLDC-контроллеров можете прочитать по этой ссылке.

Батарея (аккумуляторная батарея, собранная из ячеек и соединённых с БМС (платой защиты ячеек от презарядапереразряда). 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: спокойныйспортивный, городскоймежгород.
Дальность пробега.

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 (

0,95)) 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 (*):

голоса

Рейтинг статьи

Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов