【连载】从零造电动汽车第二期——电池装配及行走测试

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公众号EV技研作者19002019/07/29电动汽车 IP:北京

自行车的整流罩可用于600W输出功率的助力车

根据表1给出的车辆参数目标值，空气阻力系数Cd＜0.15，正投影面积A＜1.0 m2。但即使是性能良好的车，其空气阻力系数也很难小于0.25，这个目标值非常具有挑战性。

表1
因此，笔者不考虑使用内燃机车的庞重车体，而着眼于靠人力也能高速行驶的市售车的车体，如在欧洲比较流行的Velomobile。
Velomobile是以减小空气阻力为目的而安装了整流罩的自行车，比普通自行车要重。由于安装了整流罩，其空气阻力仅为普通自行车的数分之一，靠脚力就可达到50km/h的高速行驶状态。
澳大利亚的D&H Enterprises公司称其生产的拉力赛用整流罩 (如图所示)的Cd仅为0.12。该公司可根据客户需求定制产品，交货也比较快。因此，笔者决定采用该公司的整流罩。

缩小整流罩，以符合助力车尺寸要求

D&H Enterprises整流罩的有三种宽度：720mm、850mm、1000mm（高度均为1000mm）。空气阻力与正投影面积A成比例关系，为了尽量减小空气阻力，笔者决定采用720mm宽的产品。
其次，为了符合助力车尺寸要求，整流罩总长需缩短到2450mm（原本为2700mm）。为进一步减小Cd ，车尾采用Coda Tronca短尾设计，材质为玻璃纤维增强塑料（与头盔相同）。整流罩质量为15kg。
采用横卧式三轮车车架

车辆行驶、转弯、停止都离不开车架，笔者选用的是MR Components公司的Swift Swagman横卧式三轮车车架，如图所示。

普通公路看似平坦，实际上凹凸不平。Swift Swagman横卧式三轮车前后都装有悬架，可缓和路面冲击。其采用航空级铬钼钢管，总质量为19kg。为了与车架配套，笔者采用轮径为700mm的轮胎。

电池的选择——质量和容量的权衡

根据下表

车辆质量要限制在100kg以下。因此，电池越轻越好。锂电池的容量大、质量小，能驱动电动车。
预算有限，笔者决定使用UPS用的FPX12170铅酸蓄电池，如图所示。单电池容量为12V、17A·h（20小时放电率），其实用性在诸多太阳能车竞赛中已被多次证明。

笔者使用了8个FPX12170铅酸蓄电池（4串2并），预计续航距离为100km左右。
制作EV所需的其他零件

油门位置传感器通过踩踏油门踏板可调整输出模拟信号电压。油门KELLY的K0-5V，如图所示。K0-5V利用霍尔传感器检测油门位置，与电位器不同，其没有滑动机构。其电源电压为5VDC，模拟信号电压为0～5V，还内设有怠速触点、加速（行驶指令）和再生制动（制动转矩指令）传感器。

DC-DC变换器

连接高电压动力电池，供电电压为12VDC。与油门位置传感器一样，也来自KELLY公司，如图所示。其输入电压为37～65V，输出电压为12V，输出功率为300W。

监测速度和电压的仪表盘

用于检测EV的速度、行驶距离、电压、电流等，笔者使用了带显示屏的计算机主板，如图所示。

车辆组装步骤

前面详细介绍了制造EV所需的零件，车辆组装步骤如下：
（1）组装整流罩和车架
（2）装配主要部件
（3）配线与接线
调试
（4）组装整流罩和车架
车身可以说是一个容器，整流罩兼具底盘功能，采用横卧式三轮车车架。
（5）装配主要部件
安装电机、逆变器、电池等主要部件。大电流线路应设计得尽量短，以减少粗电线的使用量，从而减小车辆质量，同时减少涡流损耗。如图a所示，大电流高压部件被集中安装于车体后半部分，且接线设计得较短。如图b所示，电机位于后轮处；为节省空间，电池安装在座位下方。

图a

图b
（6）配线与接线
确定了各部件的位置后，参考逆变器说明书进行配线与连接，如图所示。图中的红线是大电流线路，须使用与之相应的粗电线。另外，油门位置传感器、逆变器等控制类部件，以及车灯等的配线用塑料波纹管包覆。这样一来，高压电力线与12V控制信号线就容易识别了。

（7）调试
利用逆变器制造商提供的专用软件，设置电机电流和电池电流的最大值，以及启动/停止再生制动等参数。计算机与逆变器输入输出接口采用RS-232-C。笔者将电机电流最大值设置为90A，电池电流的最大值设置为50A。

一次充电可续航90km
首先使驱动轮浮空，以便测试驱动类部件。确认各部件无异常后，就可进行行驶试验，监测耗电量。行驶试验在普通公路上进行，测试条件见表，

测试结果见表。

测试结果表中的直流耗电率是根据直流耗电量与行驶距离所求得的值，交流耗电率是由实际行驶耗电量与行驶前充电器输入（单相交流100V）的交流耗电量所求得的值。
知道直流耗电率就知道了一次充电的续航距离，由测试结果中的数据可推算出续航距离为90km。
实际行驶参数与车辆性能

整车质量为124kg，搭乘66kg的驾驶员时实测最高速度为74.9km/h。根据下图可通过驱动力倒推空气阻力系数Cd，结果如图所示。

速度最高时，Cd为0.12，可见Cd并未受到车身长短的影响。车身质量比之前设定的目标值100kg增加了24%，但还是能登上10%坡度的斜坡。
由图可知，由逆变器的连续输出额定电流以及电机的额定功率可得连续工作区域（在该区域时连续工作不会过热）以及间歇工作区域（在该区域长期工作可能会过热）。为了安全起见电动助力车的速度应小于60km/h，因此在平地行驶时不必担心电机和逆变器过热。但在爬坡、加速应注意监测电机温度，发现过热时要立即减小输出功率。

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