淺談基于電動汽車技術(shù)的汽車電動化改裝
簡單地說，進行汽車電動化改裝的核心就是電動機、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相連，如圖1所示。當駕駛?cè)巳坎认录铀偬ぐ鍟r，控制器輸出96V直流電源給電機；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。當踩下加速踏板時“開關(guān)”打開，當收回加速踏板時，“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)對輸出電壓進行控制。
比如，當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致機體以同樣的頻率進行振動，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，大大降低了電機運轉(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，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雜，但基本原理和直流類似，除了對直流的電池電壓進行脈沖調(diào)制外，還需要進行極性的變換。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、電機和電池
1.直流電機和交流電機
直流電機一般比較簡單和便宜�，F(xiàn)應用的直流電機功率一般為20~30kW。所對應的控制器則選用40~60kW(96V的控制器最大需輸出400~600A的電流)。直流電機有著非常好的特性，它能保證短時的超負荷輸出。比如一個20kW的電機短時能接受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。但這樣也會使電機內(nèi)部快速發(fā)熱，長時間地超負荷行駛會導致電機的早期損壞。交流電機可以使用市場上普遍運用的三相交流電機，在外形和參數(shù)的匹配上更容易。而且當車輛制動時，電機可以像發(fā)電機一樣進行反向充電，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換成鎳氫電池。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的直流電進行充電。當車輛行駛時，附件由變壓器直接提供低壓電源；當車輛停駛時，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反應所吸收，當充電達到某一個階段時，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盤，插入充電槽口進行感應充電。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、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的運轉(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。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。
