Polttomoottoriautosta sähköauto
Lahtinen, Ossi (2020)
Lahtinen, Ossi
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020100120886
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020100120886
Tiivistelmä
Opinnäytetyön tarkoitus oli, tehdä koululle suunnitelma tavallisen polttomoottorikäyttöisen auton muuttamisesta sähköautoksi. Auton tuli olla mahdollisimman urheilullinen, sekä suorituskyvyltään, että ajettavuudeltaan.
Autoksi valittiin kaksipaikkainen, keskimoottorinen, Toyota MR2 (SW20) (1990–1999). Auto oli jo lähtökohtaisesti urheilullinen, kevyt ja muiltakin osin sopiva kyseiseen projektiin. Keskimoottorisena autona MR2 oli hyvä pohja lähteä suunnittelemaan moottorinvaihdosta, koska moottoritila on auton takaosassa. Auton parhaan mahdollisen tasapainon 50:50 (etuakseli: taka-akseli), painonjakauman saavuttamiseksi osa akuista suunniteltiin sijoitettavaksi auton keulaan.
Työn edetessä piti selvittää minkälainen moottori autoon soveltuisi parhaiten. Vaihtoehtoja oli AC-(vaihtovirta) ja DC-(tasavirta) moottorit. Moottoria ohjataan moottorinohjaimella ja näiden kahden komponentin yhteistyö on kriittisin asia auton suorituskykyä ajatellen. Moottoriksi valittiin NetGain WarP 9 DC-moottori ja sitä ohjaa Envetics Soliton 1 moottorinohjain. Kyseisiin laitteisiin päädyttiin koska DC-moottorit ja niiden ohjainlaitteet ovat huomattavasti edullisempia, kuin vastaavat AC-laitteet. DC-moottorin tehollinen käyttöalue on huomattavan kapea verrattuna AC-moottoriin, joten autoon jätettiin sen oma vaihdelaatikko ja kytkin parhaimman suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Auto tarvitsi erilaisen kaasupolkimen, koska moottorinohjaimeen ei voi kytkeä vaijerilla toimivaa kaasua. Markkinoilta löytyi sopiva malli, joka on WarP-Drive, ns. Hall-ilmiö poljin. Polttomoottorin pois ottaminen vaikutti myös jarruihin sen verran, että alipaine-tehostettuihin jarruihin piti hankkia sähköinen alipainepumppu ja alipainesäiliö. Näin varmistettiin, että jarrut toimivat kuten niiden pitäisikin.
Vaikka moottori ja moottorinohjain ovat tärkeitä pitää niiden saada virtansa jostakin ja seuraavaksi autoon piti valita akut. CALB CA100Ah akut valikoituivat tämän projektin virtalähteiksi ja laskelmien mukaan niitä asennettaisiin 50 kappaletta. Yhden akun jännite on 3,2V, joten kokonaisjännitteeksi tuli 160V, moottorin maksimijännitteen ollessa 170V. The purpose of this thesis was to make a plan for school, how to build electric car from normal combustion engine car. The car should be as sporty as possible in both, performance and handling.
A car that was chosen is two seated, mid-engine Toyota MR2 (SW20) (1990-1999). The car is already sporty, light and otherwise good fit into this project. Mid-engine MR2 was good base to start planning the engine swap, because engine bay is at rear of the car and engine is in front of rear axle. Engine bay is roomy, and part of the batteries will fit in there. To reach best possible balance 50:50 (front axle: rear axle), weight distribution will be good if some of the batteries will locate in front of the car.
As the task progressed it had to be figured out, what motor would be best for the car. Options were AC- and DC-motors. The motor will be driven by a motor controller and cooperation of these two components is the most critical in term of performance of the car. NetGain WarP 9 DC-motor was chosen, and Envetics Soliton 1 motor controller drives the motor. Those units were selected, because DC-motors and motor controllers for them are much cheaper than comparable AC-units. DC-motor's effective range of use is narrow compared AC-motor's, so gearbox and clutch were left in the car for better performance.
New gas pedal was needed, because motor controller needs electrical information from pedal position. There is fitting model, which is WarP-Drive, so called Hall-effect pedal. Removing combustion engine had effect on brakes too, so electric vacuum pump and reservoir had to be installed. This way we made sure that the brakes will work as they should do.
Although motor and motor controller are important parts, they must have power from somewhere and next thing was to find batteries for the car. Proper ones are CALB CA100Ah batteries and calculations showed that 50 pieces are needed. Voltage of one battery is 3,2V so total voltage is 160V and max voltage for motor is 170V.
With these components we were able to make electric car from Toyota MR2.
Autoksi valittiin kaksipaikkainen, keskimoottorinen, Toyota MR2 (SW20) (1990–1999). Auto oli jo lähtökohtaisesti urheilullinen, kevyt ja muiltakin osin sopiva kyseiseen projektiin. Keskimoottorisena autona MR2 oli hyvä pohja lähteä suunnittelemaan moottorinvaihdosta, koska moottoritila on auton takaosassa. Auton parhaan mahdollisen tasapainon 50:50 (etuakseli: taka-akseli), painonjakauman saavuttamiseksi osa akuista suunniteltiin sijoitettavaksi auton keulaan.
Työn edetessä piti selvittää minkälainen moottori autoon soveltuisi parhaiten. Vaihtoehtoja oli AC-(vaihtovirta) ja DC-(tasavirta) moottorit. Moottoria ohjataan moottorinohjaimella ja näiden kahden komponentin yhteistyö on kriittisin asia auton suorituskykyä ajatellen. Moottoriksi valittiin NetGain WarP 9 DC-moottori ja sitä ohjaa Envetics Soliton 1 moottorinohjain. Kyseisiin laitteisiin päädyttiin koska DC-moottorit ja niiden ohjainlaitteet ovat huomattavasti edullisempia, kuin vastaavat AC-laitteet. DC-moottorin tehollinen käyttöalue on huomattavan kapea verrattuna AC-moottoriin, joten autoon jätettiin sen oma vaihdelaatikko ja kytkin parhaimman suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Auto tarvitsi erilaisen kaasupolkimen, koska moottorinohjaimeen ei voi kytkeä vaijerilla toimivaa kaasua. Markkinoilta löytyi sopiva malli, joka on WarP-Drive, ns. Hall-ilmiö poljin. Polttomoottorin pois ottaminen vaikutti myös jarruihin sen verran, että alipaine-tehostettuihin jarruihin piti hankkia sähköinen alipainepumppu ja alipainesäiliö. Näin varmistettiin, että jarrut toimivat kuten niiden pitäisikin.
Vaikka moottori ja moottorinohjain ovat tärkeitä pitää niiden saada virtansa jostakin ja seuraavaksi autoon piti valita akut. CALB CA100Ah akut valikoituivat tämän projektin virtalähteiksi ja laskelmien mukaan niitä asennettaisiin 50 kappaletta. Yhden akun jännite on 3,2V, joten kokonaisjännitteeksi tuli 160V, moottorin maksimijännitteen ollessa 170V.
A car that was chosen is two seated, mid-engine Toyota MR2 (SW20) (1990-1999). The car is already sporty, light and otherwise good fit into this project. Mid-engine MR2 was good base to start planning the engine swap, because engine bay is at rear of the car and engine is in front of rear axle. Engine bay is roomy, and part of the batteries will fit in there. To reach best possible balance 50:50 (front axle: rear axle), weight distribution will be good if some of the batteries will locate in front of the car.
As the task progressed it had to be figured out, what motor would be best for the car. Options were AC- and DC-motors. The motor will be driven by a motor controller and cooperation of these two components is the most critical in term of performance of the car. NetGain WarP 9 DC-motor was chosen, and Envetics Soliton 1 motor controller drives the motor. Those units were selected, because DC-motors and motor controllers for them are much cheaper than comparable AC-units. DC-motor's effective range of use is narrow compared AC-motor's, so gearbox and clutch were left in the car for better performance.
New gas pedal was needed, because motor controller needs electrical information from pedal position. There is fitting model, which is WarP-Drive, so called Hall-effect pedal. Removing combustion engine had effect on brakes too, so electric vacuum pump and reservoir had to be installed. This way we made sure that the brakes will work as they should do.
Although motor and motor controller are important parts, they must have power from somewhere and next thing was to find batteries for the car. Proper ones are CALB CA100Ah batteries and calculations showed that 50 pieces are needed. Voltage of one battery is 3,2V so total voltage is 160V and max voltage for motor is 170V.
With these components we were able to make electric car from Toyota MR2.