車輛改裝混合動(dòng)力的可行性分析

◆文/廣東 馬思邊

車輛改裝混合動(dòng)力的可行性分析

◆文/廣東 馬思邊

油電混合動(dòng)力汽車是近期熱門話題，混合動(dòng)力有很多種形式，在國(guó)家政策的激勵(lì)之下，混合動(dòng)力新車銷量有明顯增加。但是似乎所有的研發(fā)力量基本都集中在新車領(lǐng)域，而沒人關(guān)心已售車輛。油電混合動(dòng)力的初衷就是節(jié)省能源、環(huán)境保護(hù)和輔助動(dòng)力，假如擁有巨大保有量的已售汽車能夠進(jìn)行混動(dòng)改造的話，也許能成為一個(gè)可觀的產(chǎn)業(yè)。下面我們來分析一下這件事情的可行性。

一、相關(guān)法規(guī)

我國(guó)法規(guī)規(guī)定機(jī)動(dòng)車必須按規(guī)定年檢，安全性相關(guān)部件如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、燈光必須符合“機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)條件”，通常不允許對(duì)原有動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，比如加裝渦輪增壓器或更換排氣機(jī)構(gòu)，但加裝一套電動(dòng)系統(tǒng)，只要不改動(dòng)原有動(dòng)力系統(tǒng)，并沒有明確的條例提及是否允許。

二、混合動(dòng)力形式的選擇

既然不能改動(dòng)原車的動(dòng)力系統(tǒng)，那么就可以選擇并聯(lián)式油電混合，將電動(dòng)系統(tǒng)和原車動(dòng)力分開控制。那么最好的方案便是插電式的電動(dòng)系統(tǒng)?？刂颇Ｊ椒譃槿龎K：純電驅(qū)動(dòng)、純內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、油電混合驅(qū)動(dòng)。

三、目標(biāo)車輛

安裝電機(jī)需要空間，操作空間最大的是兩驅(qū)版本的SUV；電機(jī)選擇空間最大的是車重在1t以內(nèi)的車型。超過1t的車型，單憑電機(jī)不足以提供良好的駕駛體驗(yàn)，需要增加減速機(jī)、差速器、半軸等裝置，對(duì)空間的要求較高，應(yīng)視具體車型具體分析。

四、混合動(dòng)力的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先要想好電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最大車速、最大爬坡、續(xù)航里程，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為，混合動(dòng)力中電機(jī)驅(qū)動(dòng)目前最佳的應(yīng)用是城市低速狀態(tài)，高速電池消耗太快，所以把純電驅(qū)動(dòng)時(shí)速設(shè)計(jì)在60km/h以內(nèi)會(huì)很合適。

城市爬坡設(shè)計(jì)在8°～15°會(huì)較為輕松，更大的爬坡度對(duì)電池和電機(jī)的壓力較大，應(yīng)視具體車型的安裝難度而定。續(xù)航里程跟電池的容量直接相關(guān)，由于電池的形狀是可以定制的，所以容量可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。

五、電機(jī)的選擇

目前常見的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式按照形狀可分為輪轂電機(jī)和圓筒形電機(jī)。電機(jī)所主要考慮的參數(shù)是電壓、功率、轉(zhuǎn)速和扭矩?；旌蟿?dòng)力的改裝如果想利用原車變速器，技術(shù)難度會(huì)很高，所以在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要綜合考慮車重、最大爬坡、設(shè)計(jì)車速和電池容量等關(guān)鍵因素，來決定電機(jī)的參數(shù)。比如車重在800kg以內(nèi)的小型代步車，就可以考慮使用10kW以內(nèi)的輪轂電機(jī)；比如車重在1t以上的，就應(yīng)考慮使用10kW以上的圓筒形電機(jī)加上減速機(jī)來提高扭矩。

在設(shè)計(jì)電機(jī)的扭矩時(shí)，主要的阻力來自三個(gè)方面：滾動(dòng)阻力、斜坡阻力和風(fēng)阻(圖1)。電機(jī)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的牽引力公式如圖2所示。

圖1 P擋電機(jī)安裝在變速器上

圖2 電機(jī)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的牽引力公式

牽引力必須大于所有阻力之和車才能動(dòng)起來，牽引力越大車輛加速越快，可以爬的坡度越大。純電驅(qū)動(dòng)時(shí)的車輛最大速度由電機(jī)的功率和最大轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，車速公式如圖3所示。

圖3 車速公式圖

做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，以上參數(shù)都必須明確。電機(jī)可選用直流無刷電機(jī)。電壓的選擇較寬，高電壓可以配置更小體積的電機(jī)，但考慮到安全的因素，72～96V會(huì)適合改裝車，但要注意電壓低時(shí)電流會(huì)較大，電線需選擇25～50mm2的粗管徑，以及比較好的連接器、繼電器和控制器等電器。電機(jī)及其控制器已經(jīng)是很成熟的技術(shù)了，只要系統(tǒng)的參數(shù)都設(shè)計(jì)好了，電機(jī)選擇還是比較容易的。

六、電池的選擇

近五年來電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)品(電池)發(fā)展很快，一定程度上得益于電動(dòng)交通工具的高速發(fā)展。應(yīng)用在交通工具上的電池通常使用鉛酸電池，它相對(duì)安全可靠但重量較大，鋰電池作為動(dòng)力電池是一種趨勢(shì)，特斯拉使用的三元鋰電池，比亞迪使用的磷酸鐵鋰電池都是國(guó)內(nèi)十分容易采購(gòu)的電池種類。又如豐田使用的鎳氫電池也是很好的選擇，但動(dòng)力鎳氫電池在國(guó)內(nèi)采購(gòu)難度較大，并不推薦。

購(gòu)買動(dòng)力電池必須使用電池管理系統(tǒng)，即BMS(Battery Management System)。因?yàn)榇笕萘康膭?dòng)力電池是由很多電池組合在一起的，每個(gè)電池都有可能存在差異，需要一個(gè)管理模塊來保證電池使用安全。

由于動(dòng)力電池是由多個(gè)小電池組合在一起的，所以它的形狀是可以定制的，這為電池的安裝提供了極大的便利性。筆者建議電池應(yīng)安裝在車內(nèi)座椅下部，后排座椅背后是較好的選擇，但注意鋰電池是怕碰撞的，電池應(yīng)使用具備一定強(qiáng)度的外殼，并且不要放置在容易被碰撞的地方，比如行李箱的最外側(cè)。

綜合以上的六點(diǎn)討論，汽車改裝混合動(dòng)力，從技術(shù)上來講是具備可行性的，但限制較多，主要的限制在于電動(dòng)系統(tǒng)的安裝空間。以上的內(nèi)容主要關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計(jì)上面，實(shí)際操作上還會(huì)有很多問題需要解決，比如變速器的潤(rùn)滑、制動(dòng)動(dòng)力的來源、電油門踏板、電機(jī)控制系統(tǒng)、油電切換的方式等。