oleg.milantiev.com

Электро Ока — теория

Не я первый, не я последний. А всё равно хочется!

Есть у меня гироскутер, есть у меня электровел.. два электровела. Было желание самому собрать багги на мотор-колёсах. Но это всё не то. За продуктами на такой электро-телеге не сгоняешь. От дождя не спрячешься. Хочу электромобиль!

Nissan Leaf? Классный вариант. Но слишком гламурный и дорогой для меня. Гибриды типа примуса? Ну …. нет, это как таунхаус — компромисс между городской квартирой и жилым домом. Уж если нырять в электромобили, то с головой! Да и где в покупке б/у Leaf элемент творчества? Где хобби, DIY так сказать?

Почему автомобиль?

Велик у меня есть. Классная штука. Сейчас поменял на новый, будет ещё лучше. Но это не то!

Сначала я думал собрать четырёхколёсный электровел. Купить на авито два фэтбайка 10″ с задними мотор-редукторами, да тупо сварить их вместе : ). Но идея, при всей ей чарующей простоте, совершенно меня не вдохновила. Я хочу именно автомобиль. С крышей, фарами, дворниками и остальным в нём необходимым. Я хочу выехать на нём со двора и проехать дальше, чем грунтовка до соседа. То есть иметь возможность если не де-юро, то хотя бы де-факто передвигаться по дорогам общего пользования (ДОП).

Поэтому мысль и пошла в сторону электрификации изначально бензиновой машинки. Если не лезть ей под капот, отличить её в выключенном виде от бензинового оригинала сложно.

И ещё я не рублю в этих всех тягах, рейках, тормозах, ступицах. Ну то есть понимаю примерно, но не смогу сварить правильно рулевую трапецию, запарюсь самостоятельно герметизировать и дворники лепить, поворотники, стопы и прочее-прочее, что УЖЕ есть в любой бензиновой машинке.

Выбор донора

В заголовке явно написано «Ока». То есть именно такой мой выбор. Осталось объяснить почему я сознательно его сделал : )

Перво-наперво, помним о том, что первый-напервый блин может оказаться комом. Впрочем, расстраиваться от этого точно не стоит! Но вот предусмотреть низкий (по деньгам) вход и лёгкий выход стоит. Перевожу на русский. Это означает, что первый электромобиль должен быть лёгким! В рублях лёгким. И в килограммах лёгким. Так как лёгкая машина ведёт к мотору меньшей мощности, к меньшей ёмкости (и стоимости) аккумов. К попроще контроллеру. Подешевле, более распространённому.

Вторая мысль — машина должна быть дешёвой на входе. Покупать донора за 100..200 тыщ и делать первый в жизни электромобиль … вряд ли оправдано. После почти пятилетки владения ВАЗ 2104, стало ясно, что ВАЗы таки условно можно считать машинами. А какой самый маленький ВАЗ? Он же КамАЗ? Верно — переднеприводная Ока!

А ещё меня подкупили видео с ютуб канала Дениса Механика и его проекта электро оки. Там он безо всяких расчётов пытается собрать дешёвую электро оку. Что-то даже получается! А порой получается даже кое-что!

Теоретический энергетический баланс

Изначально, сей аффтомобиль имеет снаряжённую массу в 650 кило. Что-то, и довольно много мы с него снимаем:

• ДВС (двигатель внутреннего сгорания);
• радиатор, бачок расширителя, патрубки. Печку и её вентилятор;
• генератор, аккумулятор 12В свинцовый, катушку, коммутатор, часть подкапотных проводов;
• сцепление с корзиной тоже «в мусор»;
• выхлопная система нам тоже не нужна. Начиная от штанов, резонатор (а там есть он?) и глушак — долой. Я б только приварил небольшой обрубок трубы для вида : )
• бензобак и бензопровод — выкинуть.

Всё это потянет грубо на 50 кг. КПП оставляем. Т.к. моя Ока v.1 планируется с относительно небольшим мотором, а живу я в предгорье с парой крутых подъёмов, то вторая, а то и первая передача, будут востребованы по пути домой.

Добавляем:

• пару 3 кВт электромотор-колёс, ремнями крутящих шкивы на первичном вале КПП;
• пару 72 В / 60..80 А контроллеров;
• педальку газа, датчик на педали тормоза для рекуперации;
• преобразователь 72 -> 12 В для питания бортовой электрики;
• LiFePo4 аккумуляторы 24s, то есть 72 вольта на 105 Ач
• 24s Smart BMS на 200A хорошо бы, но не уверен, что он нужен на старте.

Плюс-минус, без батарей это будет весить те же 50 кг. Батареи 66 кило. Плюс я 80 кг = 650 — 50 + 50 + 80 + 66 (АКБ, см. ниже) ~= 800 кг.

Выбор двигателя (двигателей)

Для того, чтобы уверенно «неторопясь ехать» по горизонтальной гладкой асфальтовой дороге моему электровелу хватает 500 Вт редуктора на заднем колесе. Мой вес и вес вела грубо 150 кг, то есть 800 / 150 = в 5.3 раза тяжелее. 500 * 5.3 = 2.65 кВт должно хватить, чтобы «стронуть Оку с места и сделать вид, что ты даже чууууть-чуть едешь». Округлим до трёх кило и помножим на два. Что б уж наверняка (как я кручу ногами вел, помогая его электромотору. Примерно 50 на 50 вкладывая в общее движение).

Хочу начать с пары 3 кВт мотор-колёс. Точней сказать, мой план иметь возможность установки N одинаковых мотор-колёс под капот. Те, через ремни, будут вращать наборный шкив на первичном валу КПП Оки. Начинаю с одного-двух моторов. А, как появится апетит, добавлю третий, а то и четвёртый моторы.

Такое решение СИЛЬНО увеличивает надёжность. На край домой можно доехать на одном живом моторе / контроллере.

Небольшие начальные инвестиции на моторы и контроллеры легко выводятся в авито. На Оку устанавливается ранее снятый бензиновый обвес, её тоже в авито. Аккумы — дом питать. Или тоже в продажу.

Что интересно, мой набор из 3..4 моторов не очень отличается в цене от одного большого контроллера и мотора.

Максимальные рабочие обороты бензинового мотора Оки считаем в районе 3…4к.

Обороты обычного велосипедного (или самокатного) BLDC обычно в районе 1000 — 1500 rpm. Коробка передач у Оки осталась, колёса те же. Так что нет смысла париться расчётом передаточного на 1-4 передачах, учитывать коэф. главной пары. Можно сказать, что если я поставлю шкивы 2:3, то есть подниму обороты BLDC в полтора раза, до 1500 — 2250 rpm. При этом я без проблем смогу ехать разрешённые в городе 60 км/ч. А на шоссе с первой версией машины меня пока не тянет.

Мощность нового штатного бензинового мотора Оки в районе 22 кВт. Я ставлю мотор 6 кВт, то есть в 3.6 раза слабее. Отдаю себе отчёт, что динамика будет в соответствующие почти 4 раза меньшей. Что мне достаточно для начала.

Выбор контроллера(-ов)

Чтобы получить 3 кВт, в мотор при 72 В, грубо говоря, надо подать и поддерживать достаточно долго 3000 / 72 = 42 A. При этом неплохо бы в пике врубать ток 60, а то и 80 ампер! Так сказать, форсаж. Ну там в горку без переключения заехать (сцепления-то не будет). Да и при штатных ~40 A, конечно же, 80 А контроллер живее будет.

Выбор АКБ

Мне очень нравятся LiFePo4. Есть у них проблема, их нежелательно (точней сказать, сложно) заряжать при отрицательных температурах. Так что, такое решение однозначно не подойдёт для жителей центральной и зацентральной полос РФ (в сторону севера, конечно же). А для тёплого гаража или для Краснодара, да ещё и для MVP таки более чем! Эта химия мне нравится и ценой, и ресурсом, и токоотдачей 1С. Заряд штатно 0.2С, быстрый 0.4С. Эт те не 0.1С свинца. Но и не 1С литий-полимера.

Если не вжаривать по полной и думать о ресурсе, то брать с аккумов надо не больше 1С. Смотрим выше, кроме моментов форсажа, рабочий ток у меня пока 40 * 2 = 80 А. На эту цифру с лёгким запасом и ориентируемся. Хочу собрать 24S / 100 Ач блок. Каждая 105 Ач litokalla ячейка весит 2.05 кило и стоит 2750р. Весь блок, значит, 49 кг / 66 тыщ рублей. Габариты каждой банки 37x130x200мм. Если просто штабелировать их вертикально, выходит 89x13x20см. Но, скорей всего, для лучшей развесовки, стоит разместить их в подкапотном. Вероятней всего частями. Соединяя крепкими сварочными медными проводами с 25..35 мм сечением, по 250+р за метр.

Полностью разряженный 100 Ач блок при 0.2С = будет заряжаться 5 часов. Врубаем дешёвый ночной тариф и заряжаем тачку! Полный заряд 100 * 72 = 7.2 кВт*ч.

Грубая прикидка по запасу хода, исходя из данных моего электровелика. Без помощи ногами по дороге он проходит около 50 км на аккуме 48 / 15 Ач = 0.72 кВт*ч. То есть при в 10 раз большей ёмкости и лишь в 5 раз большем весе мы должны чуть ли не 100 км хода получить! Реально, конечно же, будет куда меньше. Да и запас в АКБ нужен, иначе его жизнь будет ой какой не долгой. Итого я расчитываю на 50 км запас. Плюс-минус.

Сбор статистики

Так как машина у меня экспериментальная, то перво-наперво мне нужна полная история ВСЕХ показателей во всех частях аффтомобиля, а именно:

• температура каждого контроллера;
• температура каждого двигателя;
• напряжение на АКБ;
• ток на входе каждого контроллера;
• данные GPS (с мобилы) о пройденном расстоянии и скорости на участках;
• напруга побаночно … в принципе не обязательна, но неплохо бы знать её, хотя бы на стоянке без необходимости тыкать в 24 разъёма тестером.

Для онлайн сбора статистики я планирую оборудовать Оку миникомпом (Orange Pi PC за 2 тыщи рублей). Данные буду писать на его же карточку и сбрасывать по вифи или usb-флешкой, подъезжая к дому. Софтовые проблемы меня, программиста, не волнуют.

Только обладая полнотой информацией можно будет думать о развитии проекта.

В следующую версию планирую добавить

Собирая MVP (минимальный рабочий продукт) я уже набросал план для следующей, полноценно-автомобильной версии. В неё планирую добавить:

• электронасос вакуумника. Оказывается, такая фича есть во многих аудюхах. То есть я найду его на разборе, подключу к 12В сети и получу хорошие тормоза;
• электропечку…. достаточную, чтобы зимой не тереть постоянно тряпкой лобовуху : )

В данный момент ищу подходящую Оку на авито / Дроме / auto.ru. Осматриваю и выбираю менее ржавую за вменяемые деньги.