车辆改装混合动力的可行性分析

◆文/广东 马思边

车辆改装混合动力的可行性分析

◆文/广东 马思边

油电混合动力汽车是近期热门话题，混合动力有很多种形式，在国家政策的激励之下，混合动力新车销量有明显增加。但是似乎所有的研发力量基本都集中在新车领域，而没人关心已售车辆。油电混合动力的初衷就是节省能源、环境保护和辅助动力，假如拥有巨大保有量的已售汽车能够进行混动改造的话，也许能成为一个可观的产业。下面我们来分析一下这件事情的可行性。

一、相关法规

我国法规规定机动车必须按规定年检，安全性相关部件如制动、转向、灯光必须符合“机动车安全技术条件”，通常不允许对原有动力系统进行改动，比如加装涡轮增压器或更换排气机构，但加装一套电动系统，只要不改动原有动力系统，并没有明确的条例提及是否允许。

二、混合动力形式的选择

既然不能改动原车的动力系统，那么就可以选择并联式油电混合，将电动系统和原车动力分开控制。那么最好的方案便是插电式的电动系统。控制模式分为三块：纯电驱动、纯内燃机驱动、油电混合驱动。

三、目标车辆

安装电机需要空间，操作空间最大的是两驱版本的SUV；电机选择空间最大的是车重在1t以内的车型。超过1t的车型，单凭电机不足以提供良好的驾驶体验，需要增加减速机、差速器、半轴等装置，对空间的要求较高，应视具体车型具体分析。

四、混合动力的系统设计

首先要想好电机驱动的最大车速、最大爬坡、续航里程，这是系统设计的基础。笔者认为，混合动力中电机驱动目前最佳的应用是城市低速状态，高速电池消耗太快，所以把纯电驱动时速设计在60km/h以内会很合适。

城市爬坡设计在8°～15°会较为轻松，更大的爬坡度对电池和电机的压力较大，应视具体车型的安装难度而定。续航里程跟电池的容量直接相关，由于电池的形状是可以定制的，所以容量可以在较大范围内进行选择。

五、电机的选择

目前常见的电机驱动方式按照形状可分为轮毂电机和圆筒形电机。电机所主要考虑的参数是电压、功率、转速和扭矩。混合动力的改装如果想利用原车变速器，技术难度会很高，所以在做系统设计的时候，要综合考虑车重、最大爬坡、设计车速和电池容量等关键因素，来决定电机的参数。比如车重在800kg以内的小型代步车，就可以考虑使用10kW以内的轮毂电机；比如车重在1t以上的，就应考虑使用10kW以上的圆筒形电机加上减速机来提高扭矩。

在设计电机的扭矩时，主要的阻力来自三个方面：滚动阻力、斜坡阻力和风阻(图1)。电机作用于驱动轮上的牵引力公式如图2所示。

图1 P挡电机安装在变速器上

图2 电机作用于驱动轮上的牵引力公式

牵引力必须大于所有阻力之和车才能动起来，牵引力越大车辆加速越快，可以爬的坡度越大。纯电驱动时的车辆最大速度由电机的功率和最大转速决定，车速公式如图3所示。

图3 车速公式图

做系统设计时，以上参数都必须明确。电机可选用直流无刷电机。电压的选择较宽，高电压可以配置更小体积的电机，但考虑到安全的因素，72～96V会适合改装车，但要注意电压低时电流会较大，电线需选择25～50mm²的粗管径，以及比较好的连接器、继电器和控制器等电器。电机及其控制器已经是很成熟的技术了，只要系统的参数都设计好了，电机选择还是比较容易的。

六、电池的选择

近五年来电化学储能产品(电池)发展很快，一定程度上得益于电动交通工具的高速发展。应用在交通工具上的电池通常使用铅酸电池，它相对安全可靠但重量较大，锂电池作为动力电池是一种趋势，特斯拉使用的三元锂电池，比亚迪使用的磷酸铁锂电池都是国内十分容易采购的电池种类。又如丰田使用的镍氢电池也是很好的选择，但动力镍氢电池在国内采购难度较大，并不推荐。

购买动力电池必须使用电池管理系统，即BMS(Battery Management System)。因为大容量的动力电池是由很多电池组合在一起的，每个电池都有可能存在差异，需要一个管理模块来保证电池使用安全。

由于动力电池是由多个小电池组合在一起的，所以它的形状是可以定制的，这为电池的安装提供了极大的便利性。笔者建议电池应安装在车内座椅下部，后排座椅背后是较好的选择，但注意锂电池是怕碰撞的，电池应使用具备一定强度的外壳，并且不要放置在容易被碰撞的地方，比如行李箱的最外侧。

综合以上的六点讨论，汽车改装混合动力，从技术上来讲是具备可行性的，但限制较多，主要的限制在于电动系统的安装空间。以上的内容主要关注系统设计上面，实际操作上还会有很多问题需要解决，比如变速器的润滑、制动动力的来源、电油门踏板、电机控制系统、油电切换的方式等。