車輛改裝混合動力的可行性分析

◆文/廣東 馬思邊

車輛改裝混合動力的可行性分析

◆文/廣東 馬思邊

油電混合動力汽車是近期熱門話題，混合動力有很多種形式，在國家政策的激勵之下，混合動力新車銷量有明顯增加。但是似乎所有的研發力量基本都集中在新車領域，而沒人關心已售車輛。油電混合動力的初衷就是節省能源、環境保護和輔助動力，假如擁有巨大保有量的已售汽車能夠進行混動改造的話，也許能成為一個可觀的產業。下面我們來分析一下這件事情的可行性。

一、相關法規

我國法規規定機動車必須按規定年檢，安全性相關部件如制動、轉向、燈光必須符合“機動車安全技術條件”，通常不允許對原有動力系統進行改動，比如加裝渦輪增壓器或更換排氣機構，但加裝一套電動系統，只要不改動原有動力系統，并沒有明確的條例提及是否允許。

二、混合動力形式的選擇

既然不能改動原車的動力系統，那么就可以選擇并聯式油電混合，將電動系統和原車動力分開控制。那么最好的方案便是插電式的電動系統。控制模式分為三塊：純電驅動、純內燃機驅動、油電混合驅動。

三、目標車輛

安裝電機需要空間，操作空間最大的是兩驅版本的SUV；電機選擇空間最大的是車重在1t以內的車型。超過1t的車型，單憑電機不足以提供良好的駕駛體驗，需要增加減速機、差速器、半軸等裝置，對空間的要求較高，應視具體車型具體分析。

四、混合動力的系統設計

首先要想好電機驅動的最大車速、最大爬坡、續航里程，這是系統設計的基礎。筆者認為，混合動力中電機驅動目前最佳的應用是城市低速狀態，高速電池消耗太快，所以把純電驅動時速設計在60km/h以內會很合適。

城市爬坡設計在8°～15°會較為輕松，更大的爬坡度對電池和電機的壓力較大，應視具體車型的安裝難度而定。續航里程跟電池的容量直接相關，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進行選擇。

五、電機的選擇

目前常見的電機驅動方式按照形狀可分為輪轂電機和圓筒形電機。電機所主要考慮的參數是電壓、功率、轉速和扭矩。混合動力的改裝如果想利用原車變速器，技術難度會很高，所以在做系統設計的時候，要綜合考慮車重、最大爬坡、設計車速和電池容量等關鍵因素，來決定電機的參數。比如車重在800kg以內的小型代步車，就可以考慮使用10kW以內的輪轂電機；比如車重在1t以上的，就應考慮使用10kW以上的圓筒形電機加上減速機來提高扭矩。

在設計電機的扭矩時，主要的阻力來自三個方面：滾動阻力、斜坡阻力和風阻(圖1)。電機作用于驅動輪上的牽引力公式如圖2所示。

圖1 P擋電機安裝在變速器上

圖2 電機作用于驅動輪上的牽引力公式

牽引力必須大于所有阻力之和車才能動起來，牽引力越大車輛加速越快，可以爬的坡度越大。純電驅動時的車輛最大速度由電機的功率和最大轉速決定，車速公式如圖3所示。

圖3 車速公式圖

做系統設計時，以上參數都必須明確。電機可選用直流無刷電機。電壓的選擇較寬，高電壓可以配置更小體積的電機，但考慮到安全的因素，72～96V會適合改裝車，但要注意電壓低時電流會較大，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。電機及其控制器已經是很成熟的技術了，只要系統的參數都設計好了，電機選擇還是比較容易的。

六、電池的選擇

近五年來電化學儲能產品(電池)發展很快，一定程度上得益于電動交通工具的高速發展。應用在交通工具上的電池通常使用鉛酸電池，它相對安全可靠但重量較大，鋰電池作為動力電池是一種趨勢，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內十分容易采購的電池種類。又如豐田使用的鎳氫電池也是很好的選擇，但動力鎳氫電池在國內采購難度較大，并不推薦。

購買動力電池必須使用電池管理系統，即BMS(Battery Management System)。因為大容量的動力電池是由很多電池組合在一起的，每個電池都有可能存在差異，需要一個管理模塊來保證電池使用安全。

由于動力電池是由多個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。筆者建議電池應安裝在車內座椅下部，后排座椅背后是較好的選擇，但注意鋰電池是怕碰撞的，電池應使用具備一定強度的外殼，并且不要放置在容易被碰撞的地方，比如行李箱的最外側。

綜合以上的六點討論，汽車改裝混合動力，從技術上來講是具備可行性的，但限制較多，主要的限制在于電動系統的安裝空間。以上的內容主要關注系統設計上面，實際操作上還會有很多問題需要解決，比如變速器的潤滑、制動動力的來源、電油門踏板、電機控制系統、油電切換的方式等。