Переделка авто в электрический
Бюджетная Тесла? или переведи свою машину на электричество!
Не думаю, что на сайте будет много посетителей, все на парадах и празднуют, но все же попробую…
Приехав на работу, не особо солнечным калифорнийским утром, на стоянке возле нашего здания я увидел машину, которую пока только видел мелькавшую на дорогах. А именно — Tesla Model S — пятидверный электромобиль класса «Gran Turismo» производства американской компании Tesla Motors, которая как ни странно звучит, расположена в Силиконовой Долине 😉
А что же делать простым смертным, которые очень желают обладать подобными игрушками, но цена как-то отпугивает? А решение уже и вытекает из вопроса…
Пара моих знакомых русских парней решила попробовать себя на стыке автомеханики и электротехники: сначала из интереса, так как оба живут и работают в сфере высоких технологий в той же самой Силиконовой Долине. Вечерами и выходными они разрабатывали проект переделки простого автомобиля в электрический, сделали сначала по машине для себя, а потом решили понести это в массы. Можно только заплатить им дань уважения за умелые руки и светлые умы, ибо все разрабатывалось с нуля / курочилось / точилось / тестировалось / программировалось ими же. Ну и вот к чему они пришли…
Для этого понадобится: самостоятельно разработанное зарядное устройство, всяческие компоненты системы, запрограмированный «андроидный» планшетник и естественно донор. Бальзам на сердце «бумероводов» — они таки выбрали «трешку» (один четырехдверный седан и одну купешку) в качестве донора. Обе машины были взяты со сдохшими движками, которые мирно утилизировались за ненадобностью.
Как создать бизнес по переделке обычных машин в электромобили
Бренд EVC (Electric Vehicles Center) специализируется на конверсии классических машин в электромобили, а также развивает технические станции по их обслуживанию в России. Около 90% автомобилей Tesla в странах СНГ, а также большое количество электромобилей из других стран, где нет официального сервиса Tesla Motors, обслуживаются в EVC.
Задача
Разработка комплексных решений для автомобильной индустрии в условиях перехода отрасли на производство электрокаров и автомобилей на альтернативном топливе.
Предпосылки и мотивация
Постепенное падение цен на аккумуляторы и увеличение потребительского спроса способствуют росту продаж электромобилей даже быстрее, чем ожидалось. Согласно прогнозам, электромобили займут до 30% мирового рынка уже к 2025 году, а отметку в 51% смогут преодолеть уже к 2030 году, превысив продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Ключевые факторы увеличения спроса на электрокары:
Решение
Переделка обычного автомобиля в электромобиль с сохранением дизайна кузова и интерьера.
Реализация
Сервисный центр по обслуживанию электромобилей работает с 2014 года. За это время компания собрала компетентную команду специалистов, разбирающихся не только в автомобилях, но и в программном обеспечении.
«Четкое понимание того, как интегрируются компоненты электромобиля, как они увязываются в единую систему посредством софта, как новые компоненты взаимодействуют со штатными системами автомобиля, такими как тормоза или ABS, крайне важно как для обслуживания электромобилей, так и для конверсии автомобилей на классическом топливе в электромобили», — говорит Михаил Ефимов, соучредитель и генеральный директор EVC.
Первым проектом EVC в 2017 году стала разработка и производство литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобиля ИЖ Концерна «Калашников». Вторым — переделка автомобиля Aston Martin DB9. В качестве электрической начинки использовались компоненты Tesla Model S: батарейка, два электродвигателя, вся электропроводка, водительский и центральный экраны.
Интеграция электромоторов на оси потребовала изменения конструкции подвески и геометрии аккумуляторной батареи, так как габариты Aston Martin отличаются от габаритов Tesla Model S. В автомобиле была полностью заменена электропроводка, кроме тех участков, которые нужны для интеграции штатных систем — тормозов, систем безопасности, освещения, системы кондиционирования. Также важной была адаптация ПО.
Aston Martin получил литий-ионную батарею емкостью 75 кВт·ч, дающую запас хода порядка 350 км, два электромотора суммарной мощностью 500 л.с, разгоняющих электромобиль до 100 км/ч за 5,5 с.
Владислав Мещеряков, соучредитель EVC, говорит, что сегодня компания получает все больше обращений и запросов на переделку частных автомобилей и коммерческих парков в электромобили. Для частных заказчиков это больше имиджевые проекты — возможность дать вторую жизнь любимому классическому автомобилю. А вот для компаний, управляющих большим парком транспорта, переход на электрическую тягу создает много возможностей для сокращения операционных затрат, связанных с заправкой и ремонтом, а также позволяет внедрить новейшие решения по управлению эффективностью парка.
Еще одним проектом, реализованным для частного заказчика, стал электрический Fiat Ducato. На нем первый раз была установлена аккумуляторная батарея собственной разработки. На автомобиль была установлена литий-титанатная батарея EVCLTO55, состоящая из четырех модулей суммарной емкостью 22 кВт·ч. Реальные тесты показали, что даже при полной загрузке (общая масса с водителем порядка 2,9 т) автомобиль проезжает на этой батарее 150 км. Это очень хороший результат с учетом небольшой емкости батарейки.
Результаты
Именно последний проект подтолкнул владельцев EVC к идее создания собственного автомобильного бренда с производственной базой в Европе. Результатом работы стал международный проект RELOAD по созданию собственного коммерческого электромобиля с штаб-квартирой в Германии.
Проект подразумевает строительство завода мощностью 20 тыс. электромобилей в год. Базовой моделью станет грузовой автомобиль для служб доставки с батареей емкостью от 50 до 90 кВт·ч, обеспечивающей запас хода от 120 до 250 км в электрической версии. В качестве опции автомобиль может быть оснащен водородным экстендером, который в сочетании с небольшой батареей обеспечит запас хода в 800-1000 км.
«Сейчас все крупные бренды сконцентрированы на активном выводе на рынок легковых электромобилей. Мы видим огромные перспективы именно в коммерческом сегменте, так как озвученные большинством стран новые цели по снижению выбросов СО2 кардинально затронут в первую очередь крупные города. Это заставит транспортные компании резко переходить на альтернативное топливо, иначе они попросту не смогут довезти товар до потребителя. Также мы все наблюдаем уверенный рост e-commerce и, как следствие, пропорциональный рост сегмента доставки товаров, где коммерческий last mile-транспорт играет ключевую роль», — отмечает Артем Каган, управляющий партнер EVC и соучредитель Reload Motors GmbH.
Планируется оставить в России центр НИОКР, который будет собирать талантливых инженеров, дизайнеров и студентов технических вузов, чтобы проект дал возможность вырастить профессионалов для трансформации автомобильной отрасли в России.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
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
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
Как сделать обычный автомобиль электрическим
Можно, конечно, подождать, пока Илон Маск выпустит новую модель Теслы, и скопить пару лишних тысяч долларов на неё, но для вас, особых энтузиастов, есть способ интереснее. Как же сделать электромобиль самому?
С чего начать
Чтобы самому сделать электромобиль, нужно две вещи: хорошо знать строение автомобиля и обладать достаточным авантюризмом. Если вам не нравятся или не по карману те электромобили, что есть на сегодняшний день в продаже, или вы принципиально хотите сделать свой собственный, готовьтесь выложить как минимум 8000 долларов за переделку обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в электрический. И это не считая стоимости донора, который будет переделываться в «электричку», а также трудозатрат, которые тоже составят изрядную долю бюджета.
В интернете можно найти несколько поставщиков, продающих почти готовые комплекты для переоборудования автомобилей в электрокары, но они разработаны для конкретных марок и моделей, к тому же к ним потребуется докупить ещё и дополнительные детали, которые не входят в комплект поставки. В итоге стоимость такого «свапа» может возрасти как минимум до 20 000 долларов в зависимости от автомобиля, выбранных деталей и сложности проекта.
Режим экономии и экологичности в действии: как сделать свое авто электромобилем
Современные реалии таковы, что всё большее и большее количество автомобилистов стараются перейти на экологичные и удобные в эксплуатации электромобили. К сожалению, несмотря на множество достоинств такой альтернативы транспортным средствам с двигателем внутреннего сгорания, приобрести электромобиль пока могут не все по причине его дороговизны. Именно поэтому многие умельцы уже приступили к переделке автомобилей в электромобили своими руками. Такое мероприятие гораздо дешевле, чем приобретение готового транспорта, однако имеет ряд недостатков. Поэтому, прежде чем приступить к реорганизации внутренностей своего четырёхколёсного друга и превратить его в полноценный электромобиль, стоит взвесить все за и против.
О достоинствах собственного электромобиля
Что касается преимуществ, которые получат те, кто решится сменить двигатель внутреннего сгорания на модель с электротягой, то здесь стоит отметить несколько моментов:
О слабых сторонах электромобилей
Не спешите начинать переоборудование автомобиля в электромобиль, не узнав о проблемных местах такого транспорта:
Приступаем к переоборудованию
Если вас действительно заинтересовало, как переделать автомобиль в электромобиль, тогда мы предлагаем вам воспользоваться рабочим алгоритмом:
Выбираем автомобиль для переделки
Для создания электромобиля лучшего всего выбрать транспортное средство, которое соответствует таким критериям:
Советы по выбору аккумуляторных батарей
Если у вас возникают трудности на этапе покупки аккумуляторов, поскольку вам недостаёт знаний в этом вопросе, тогда воспользуйтесь нашими советами:
Проводим замену старого мотора и аккумулятора
Прежде чем присоединиться к обществу владельцев электромобилей, вам предстоит позаботиться о демонтаже старого двигателя и аккумулятора. Для этого необходимо:
После устранения ненужных элементов можно приступать к монтажу составляющих электромобиля. В первую очередь вам предстоит сделать специальные крепления для электромотора, чтобы подключить последний к коробке передач. Для этого проведите замеры пространства имеющихся отверстий и тех, которые потребуются в дальнейшем. Чтобы провести замену двигателя правильно, не пренебрегайте такими моментами:
Принимая во внимание все вышесказанное, нам хотелось бы дать вам ещё один ценный и весьма практичный совет: доверьтесь профессионалам в вопросе подбора комплектующих для переделки своего авто в электромобиль, если это возможно. Сегодня в продаже потихоньку появляются готовые наборы, которые рассчитаны на определённые модели автомобилей. Если же для вашего четырёхколёсного товарища такого комплекта не найдётся, вы всегда сможете вооружиться сваркой или подыскать недорогую, но очень хорошую мастерскую, в которой вам помогут стать владельцем экономичного электромобиля.