Retrofitting a Suzuki Samurai

This is the second one we have converted from ICE (internal combustion engine) to an all electric drive. The Samurai still has all wheel drive and the performance has increased, even at 115 Volts with an AC drive motor. Growing up on a farm in Iowa in the late 1970’s, we put a 283 Chevy motor in a 1941 Willies Jeep.  We used that to pull hayracks or chasing cows over 640 acres.  It was a great all around farm vehicle that we could take to town or on the dirt roads. Since moving to North Carolina in 2000 I connected with an Electric Vehicle group in the Raleigh area.  That is when I got hooked on electric drive systems, the instant torque, the quiet ride, and most importantly – no gas.  In 2010 Mike Rollins and I connected after doing independent electric conversion projects and in comparing notes, we shared many of the same experiences. Our shared experiences were good and some not so good.  This is when Mike joined Green Cycle Design Group. 

Our first conversion was a Factory Five 33 Ford Roadster in conjunction with Whitby Motorcars in Greensboro, NC.  In 3.5 months, we built a blank chassis and body to an all electric drive. 

At that time Tesla was in its infancy and not a major player yet.  Conversion companies were starting to take hold we were one that has survived the Tesla movement because we created four core EV components to simplify EV conversions.  We invented an ignition board, 5-gauage instrument panel, lighting DOT board that has all DOT lights on individual circuits, and our own battery management system.  Whitby’s employees gave us so much grief that it was board line insubordination.  However, at the end of two weeks of driving time, they were fighting with each other to see who could back it out of the shop in the morning and drive it back into the shop at closing time.  What a 180 turn.  This roadster was the first ever EV on Charlotte Motor Speedway and yes with a top end of 140+ MPH we were keeping up with the bad boys.  From that point on, we started looking for vehicles to start our conversion company.  The Samurai was much like the 41 Willies I had in high school and as Paul Harvey would say, “Now the Rest of the Story”.

2: Explain us the steps of building the project, with photos in chronological order. You can of course talk about the challenges you had to face during the project.

What I tell everyone is to pick a vehicle that you will enjoy driving for the next ten years or more.  There are benefits such as the lighter the vehicle the better the range but if you don’t like it upon completion, it won’t give you the satisfaction you were looking for. You will put in a good deal of time and skimping on things now will lead to a disappointing end result.  Been there and done that too many times.  The Samurai, for me, was a perfect choice as it gave me the freedom of an open top, doors or no doors, 4-wheel drive, light weight, small turning radius and an all-around great vehicle to drive back and forth from home to work.  Simply plug in at night and ready for the 30 mile commute the next day.

 First is to locate the right vehicle. My partner converted a 1980 S-10 to 144 Volts DC and used lead acid for the battery storage.  Three years later we removed the lead acid batteries and replaced them with lithium cells.  We dropped 700 pounds and with a similar amperage pack, we went from barely 40 mile range to a good 45 mile range so weight does make a difference. We will use the Samurai from this point on and the obstacles to watch out for will be explained and will be consistent with any vehicle conversion project.  We look for factors like distance from front of transmission to front of vehicle to determine motor/controller type. Next is to examine the chassis for any rust or structural weaknesses.  We always clean underneath and undercoat the belly.  It is much easier to clean and undercoat when everything is stripped out. With our DOT light board, we remove all wiring from this vehicle and string new wires to make sure everything works properly and it eliminates a lot of confusion later on. Last will be to locate and remove the gas tank.  Take plenty of measurements and on paper or CAD, layout the possible areas where batteries can be located.

For the Samurai, we choose to use the 115V AC drive system due to limited space issues for motor/controller, additional batteries, and home designed circuit boards. Plus, spinning wheels wasn’t a big issue for us as efficiency and local transportation. The Samurai’s, at least in the 80’s, did not have computer controls for ABS brakes, etc. so we did not have to maintain a vehicle computer.  This AC drive system runs 6800 rpm’s max and in keeping the manual transmission we only needed 2^nd and 3^rd gears.  Reverse is nice but we could use the motor controller’s reversing function if we wanted.  We just keep the manual reverse so it would limit the backing up speed.  Using the motor controller reverse would allow the operator to back up in any gear and potentially go way too fast.  If you choose a vehicle with an automatic, you will need to add a small pump to keep the torque convert running at 700 rpm’s – like that of a gas vehicle.  Some controllers will allow for this function but it isn’t a practical way to operate an EV.  Also, I enjoy the manual shifting and the freedom to pull things around or go rock crawling.  Rock crawling with this setup is great because of the high rpm’s, low end torque, and standard high low 4-wheel and 5 speed transmission are a great setup.

Once the motor/controller drive system is committed to, you will need to make a template of the bell housing (or locate an off the shelf adapter) and drill holes, determine the distance from the splined shaft to the motor face.  This takes time and can save you about $400 to $800 but will still cost about $400 to build.  Purchase a lovejoy connector with 1-1/8” diameter keyed shaft.  Bore one end to press fit the center piece of the clutch plate to keep the matching splines and tig weld this piece into the bored end of the lovejoy connector.  The keyed shaft will slide over the motor shaft (make sure to order the motor this way).  You may have to make a spacer plate that mounts to the bell housing and the motor face plate.  I used 4” thick aluminum plate and my buddy waterjet cut the patterns.  I did have to tweak one hole and perfect fit.  The lovejoy connector (or figuring out how to adapt the clutch plate) is necessary as the instantaneous torque will wear out the splines from the clutch plate if the rubber spider is not present (or direct connect, been there done that too).  Using motors that do not have regenerative breaking allows you to remove the clutch altogether.  If you have regenerative breaking then a clutch plate setup should be used in order to shift gears. Use the rubber mounting pads from the ICE and build a bracket to mount to the motor face (opposite end of the output shaft).  Mount the motor controller close to the motor so the maximum current draw is not lost in resistance of long cable connections.

Battery selection is critical

Selecting the battery type, whether using lead acid or lithium is an expensive decision.  Lead acid isn’t that much cheaper than lithium and the life span is considerably less. Advantages of lead acid batteries are you can get a battery from about anywhere, if you run empty – you can sit for about an hour and start back up again for a limp home situation, and they do not require battery management systems to keep them balanced.  Cold weather can reduce range by as much as 40%, the lead acid choice requires 3X more space, and weight is about 3X heavier per kilowatt hour. Lithium cells can be acquired from salvaged wrecks or from conversion companies that stock lithium cells.  You must read the specifications and understand what type of cell you can/should use.  For EV use, you need a minimum 3C discharge capacity. This means that for 100 Amp hour capacity you can draw 300 amps constantly until the battery is discharged without damaging the cell.  Most cells have a 10C for 10-15 seconds.  If you have a motor controller that can deliver 600 amps to the motor then you would need a 200 Amp hour cell to prevent cell damage at wide open.  While this is wide open, this rule of thumb works very well to allow your cells to breathe and reduce the chance for damage.  When using lithium you MUST have a battery management system (BMS) that turns things on/off based on individual cell voltage.  If one cell goes out of whack then the whole battery bank has the potential of following quickly.  Don’t mean to scare anyone off but the BMS is what gives you the peace of mind all is good. Our experience is when using very good cells that you will not have much to worry about for the next 10 years.  Once the battery type is chosen, check your measurements to see where you can install the cells.  Watch for ground clearance and chassis depth.  The Samurai is limited to battery locations.  I removed the gas tank and cut out an area above the gas tank to insert a galvanized box that was about 12” wide x 13” deep x about 35” long. I was able to put 20 lithium cells in here at 100 Amp hour capacity.  I cut out an area 12” x 12” x 13” deep between the transmission and left rear tire and transfer case.  This housed another seven cells. We built a platform that went over the top of the motor/controller and housed all of our electronics and an additional nine cells.  Totaling 36 cells at 100 Amp hours and connected in series (positive to negative throughout).  Taking 36 cells X the nominal voltage of the LiFePO4 cells at 3.2 Volts X 100 Amp hours X 0.8 usable energy divided by 1000 will give you 9.2 kilowatts.  For this vehicle we are looking at 3 miles per kWh or about 28 miles range.  This worked for farm use but doesn’t have the range for driving back and forth to work.  We stayed with this battery storage to make sure the whole system is working properly.  We have since located a different cell that is smaller in size but we are also increasing our Amp hour capacity to 31 kWh or about 93 mile range.  Adding more smaller and more powerful cells meant we had to build an additional battery box that is 15” wide X 35” long X 8” deep and it will fit perfectly behind the seats while still giving us some cargo capacity.  The loss of room (for me anyway) and the gain of range was a win.

Next is the sizing of the DC/DC converter.  The converter is similar to that of a generator/alternator with an ICE.  The DC/DC converter takes full pack voltage and converts it to 12.8 Volts or that of an auxiliary battery.  This is to operate the lights and any other 12 Volt requirements.  You have to add up all the possible 12 Volt draws such as lights, radio, contactors, etc. and then add about 20% for safety.  The Samurai brakes are working about as well as the original system; however, if they were a bit stronger it would be nice.  Because I know this I do take a little extra care and allow for a little less reaction time (not much less).  The first Samurai I converted did require a vacuum pump and not sure what the differences were as they were both the same model year. The vacuum pump does require more amperage draw and will constantly turn on and off.  It will suck down a lot of resources over the course of time. You may need to look at adding a vacuum booster to your braking system if it relied on the ICE to assist the brakes.

Heating and AC require major battery resources.  Choosing the Samurai helped me with eliminating the need for air conditioning since we can remove the top and doors. If AC is a requirement you can order motors with double ended shafts and the controller choice has to be able to maintain 700 rpm’s to operate the AC while the vehicle is stopped at a stop sign or light and still provide cool air.  Heating, on the other hand, is necessary to meet the highway safety standards. The heating system is primarily needed to defrost the windshield.  Any additional heat for the Sammy would be wasted and hard to heat the whole cabin. Basically, dress in layers to keep warm.  We plan to put a 4000 Watt inline water heater element into a reservoir and circulate through the existing Samurai’s ductwork.  Some have put ceramic heaters in where the finned core was but 1500 Watts is not much to keep the occupants warm.

If it sounds intimidating it is on the first conversion. When we built our first there were several conversionist and they all put together packages. What they do is put together some basics such as motor, controller, converters, but leave out the little things that add up such as contactors, relays, wire, connectors, tools.  By the time you get into the project and realize you are missing some things it can get very frustrating.  Especially, when you find you are missing something order it and wait – then after installing that part you find out you are missing something else. It is the time element and unexpected costs that make your project start to feel like a money pit. At least until you take that first spin around the block and that electric smile makes it all worthwhile.  I have attended several Cars and Coffees with different conversions and have always been well received. It is amazing how more power whether electric or ICE has that competitive edge and that competitive edge leads to a greater understanding of how we can progress together. Like back in the 60’s and 70’s ICE mechanics learned how to make Detroit build better vehicles – we now have a new breed of shade tree mechanics doing the same thing today and at a much faster pace. The one thing I do miss having grown up in the 70’s is the sound of power.  When we raced our 33 Ford roadster at the dragstrip you could hear a pin drop in the stands. Everybody could hear the tires spinning and the smoke from the burnout but it was missing the noise factor.

3: Tell us where you are in the project and what you still have to do. You can include specs and data of the vehicle. What is your next project that you have in mind.

We are currently replacing the battery pack to make the Sammy more local friendly.  Once this is accomplished we will license it again for the road.  We have found that local driving requires about 80+ miles range. This allows for heating, AC, and having a little fun when applicable. Zero to 60 will be in the 8-9 second range which is better than the original ICE.  Our roadster was one of the first to do 0-60 in 7.2 seconds and that was very impressive back then. We know how to beat that in less than 10 years through a combination of higher voltage and more AC drives instead of DC.  AC drive systems can achieve 10,000 to 14,000 rpm’s and with the right gearing can achieve 0-60 times in less than 3 seconds. The development of our ignition system, our DOT lighting board, our gauges, and our battery management system have helped us make conversions simpler and the conversion process much quicker.

We already have another truck project where we have remove a Nissan Leaf drive system and plan to implement it in a Korean built pickup similar to the Ford Explorer truck version.  Using the inverter and AC drive system we will have heat and AC from an air to air heat pump system.  We will be putting 100 LiFePO4 cells with graphene into this system. This will give us about 300 miles range and about 10,000 cycle life from deep discharge to full charge.  We expect this system to perform at least 10 years or longer.

Thank to Ken Clayton of Green Cycle Design Group http://www.greencycledesigngroup.com/index.html

Dave Daneault 4x4setupMagazine

Nous aimons beaucoup suivre les projets hors normes au magazine. Et c’est toujours impressionnant de voir le savoir-faire de certains innovateur dans le domaine de l’automobile. Aujourd’hui on vous présente un samouraï entièrement électrique.

1. Expliquez-nous d’où est venue l’idée, pourquoi vous faites ce projet et parlez-nous un peu de vous.

Modifier un Suzuki Samurai

C’est le deuxième véhicule à moteur à combustion interne que nous convertissons en véhicule 100 % électrique. Le Samurai a encore une transmission intégrale, et la performance s’est améliorée, même à 115 V avec un moteur d’entraînement à courant alternatif.

À la ferme familiale, en Iowa, à la fin des années 1970, nous avons installé un moteur Chevrolet 283 dans un Jeep Willys 1941. Nous l’utilisions pour tirer les balles de foin ou pour courir après les vaches sur plus de 640 acres. C’était un véhicule de ferme polyvalent que nous pouvions conduire au village ou sur les chemins de terre.

Depuis que j’ai déménagé en Caroline du Nord, en 2000, je suis en contact avec des membres d’un groupe de véhicules électriques de la région de Raleigh. C’est à partir de ce moment-là que je suis devenu accro aux systèmes de conduite électrique, au couple instantané et à la conduite silencieuse, mais surtout au fait de ne plus consommer d’essence. En 2010, Mike Rollins et moi sommes entrés en contact après avoir fait des projets de conversion électrique chacun de notre côté. En comparant nos notes, nous avons remarqué que nous avions beaucoup d’éléments communs. Certaines de nos expériences étaient bonnes, d’autres l’étaient moins. Mike s’est joint au Green Cycle Design Group.

Notre première conversion a été un Factory Five 33 Ford Roadster, en collaboration avec Whitby Motorcars à Greensboro, en Caroline du Nord. En trois mois et demi, nous avons monté un châssis et une carrosserie pour un véhicule tout électrique. Ce fut d’ailleur le premier vehicule électrique à courir sur la prestigieuse piste de course de Charlotte Motor Speedway Charlotte. Elle à fait 0-60MPH en 7,1sec. À cette époque c’étais pas commun de voir des voiture électrique et la première fois sur cette piste d’acellaration, la foule étais silencieuse lorsque qu’elle a vue ce bolide silencieux bruler des robers.

À cette époque, Tesla n’en était qu’à ses débuts et n’était pas encore un acteur majeur. Les entreprises de conversion commençaient à s’installer. Nous avons survécu au mouvement Tesla parce que nous avons créé quatre composants de base pour simplifier les conversions de véhicules électriques. Nous avons inventé un ignition board, un tableau de bord avec cinq indicateurs, un lighting DOT board dont les lumières sont sur des circuits individuels, ainsi que notre propre système de gestion de batterie. Les employés de Whitby nous ont donné tellement de misère que ça s’approchait de l’insubordination. Par contre, au bout de deux semaines de conduite, ils se chicanaient pour pouvoir sortir le véhicule du garage le matin et le rentrer le soir. Ce roadster a été le tout premier véhicule électrique à rouler sur la piste de course de Charlotte. À une vitesse de plus de 225 km/h, il pouvait suivre les bad boys. À partir de ce moment-là, nous avons commencé à chercher des véhicules pour démarrer notre entreprise de conversion. Le Samurai ressemblait beaucoup au Willys 41 que j’avais eu à l’époque de l’école secondaire. Pour la suite, c’est ce que l’animateur de radio américain Paul Harvey appelerait « le reste de l’histoire ».

Expliquez-nous les étapes du montage du véhicule, avec des photos en ordre chronologique. Vous pouvez parler des défis que vous avez rencontrés au cours de votre projet.

Ce que je dis à tout le monde, c’est de choisir un véhicule que vous aurez du plaisir à conduire au cours des dix prochaines années, ou même plus. Il y a des avantages – par exemple, plus le véhicule est léger, meilleure est l’autonomie – mais si vous n’aimez pas le véhicule une fois le projet complété, il ne vous apportera pas la satisfaction que vous recherchiez. Vous allez y consacrer beaucoup de temps. Si vous lésinez sur des choses maintenant, vous obtiendrez un résultat décevant. Je parle par expérience; je l’ai trop souvent vécu. Pour moi, le Samurai était le choix idéal avec son toit et ses portes qui s’enlèvent, sa transmission intégrale, son poids léger, son rayon de braquage court, et le fait qu’il soit un excellent véhicule polyvalent pour faire les aller-retours entre la maison et le travail. Il ne suffit que de le brancher le soir et il est prêt pour le trajet de 48 km le lendemain.  

La première étape, c’est de trouver le bon véhicule. Mon partenaire a converti un S-10 1980en 144 V c.c. en installant des batteries au plomb acide. Trois ans plus tard, nous les avons remplacées par des piles au lithium. Le véhicule s’est allégé de 700 lb, et avec une intensité de courant similaire, l’autonomie est passée de presque 64 km à 72 km. Donc, le poids fait une différence.

Nous avons utilisé le Samurai à partir de ce moment-là, et les points à surveiller sont les mêmes que pour tout autre véhicule. Nous prenons en considération des facteurs tels que la distance entre l’avant de la transmission et l’avant du véhicule pour déterminer le type de moteur/contrôleur. Ensuite, il faut examiner le châssis pour voir s’il y a de la rouille ou des faiblesses structurelles. Nous nettoyons toujours le dessous et mettons une couche antirouille sur le belly. Il est beaucoup plus facile de nettoyer et de mettre l’antirouille lorsque tout est enlevé. Avec notre DOT light board, nous enlevons tout le câblage du véhicule et en faisons un nouveau pour nous assurer que tout fonctionne correctement, et ça élimine beaucoup de confusion par la suite. Enfin, il faut localiser et enlever le réservoir d’essence. Il faut prendre de nombreuses mesures et, sur papier ou par dessin assisté par ordinateur, il faut tracer les endroits possibles où installer les batteries. 

Pour le Samurai, nous avons opté pour le système d’entraînement de 115 V c.a. en raison de l’espace limité pour le moteur/contrôleur, les batteries supplémentaires et nos cartes de circuit imprimé. De plus, les roues qui tournent n’étaient pas un gros problème en termes d’efficacité et de transport local. Les Samurai, du moins dans les années 1980, n’avaient pas de commandes informatiques pour les freins ABS, par exemple, ainsi nous n’avions pas besoin d’entretenir un ordinateur de bord. Ce système d’entraînement tourne à un maximum de 6800 tr/min, et en conservant la transmission manuelle, nous n’avions besoin que des 2^e et 3^e vitesses. La marche arrière est bien, mais nous pouvions utiliser la fonction de marche arrière du contrôleur si nous le voulions. Nous avons gardé la marche arrière manuelle pour limiter la vitesse de recul. L’utilisation de la marche arrière du contrôleur permettrait au conducteur de reculer dans n’importe quel gear et d’aller potentiellement trop vite. Si vous choisissez un véhicule avec une boîte automatique, vous devrez ajouter une petite pompe pour maintenir le couple à 700 tr/min – comme un véhicule à essence. Certains contrôleurs permettent cette fonction, mais ce n’est pas un moyen pratique de faire fonctionner un VE. Personnellement, j’aime le changement de vitesse manuel, tirer et grimper sur des roches. D’ailleurs, grimper sur les roches avec ce setup est formidable en raison du régime élevé, du couple à bas régime, du standard high low 4-wheel et de la transmission à 5 vitesses. 

Une fois que le système d’entraînement du moteur/contrôleur est choisi, vous devrez faire un gabarit du bell housing (ou encore trouver un adaptateur standard) et percer les trous. Il faut déterminer la distance entre le splined shaft et le motor face. Ça prend du temps et ça vous coûtera environ 400 $ à le faire, mais ça vous permettra d’économiser entre 400 $ et 800 $ environ. Procurez-vous un connecteur lovejoy avec un keyed shaft de 1-1/8″ de diamètre. Percez une extrémité pour emmancher à force la pièce centrale de la clutch plate en conservant les cannelures correspondantes, et soudez cette pièce dans l’extrémité percée du connecteur lovejoy. Le keyed shaft glissera sur le motor shaft (assurez-vous de commander le moteur de cette façon). Vous devrez peut-être fabriquer un spacer plate qui se monte sur le bell housing et le motor face plate. J’ai utilisé une plaque d’aluminium de 4 pouces d’épaisseur, découpée au jet d’eau. J’ai dû ajuster un trou pour que ça fit parfaitement. Le connecteur lovejoy (ou trouver comment adapter la clutch plate) est nécessaire, car le couple instantané usera les cannelures de la clutch plate si le rubber spider n’est pas présent (ou direct connect – ça aussi, je l’ai vécu). Utiliser un moteur qui n’a pas de freinage par récupération vous permet d’enlever la clutch. Si vous avez un freinage par récupération, une clutch plate setup doit être utilisée pour changer de vitesses. Utilisez les rubber mounting pads du moteur à combustion interne et installez une bracket sur le motor face (à l’extrémité opposée du output shaft). Installez le contrôleur de moteur près du moteur pour que l’appel de courant maximal ne se perde pas dans la résistance des connexions de longs câbles.

Choisir la batterie est une étape cruciale

Choisir une batterie, qu’elle soit au plomb-acide ou au lithium, va coûter cher. Le plomb n’est pas beaucoup moins cher que le lithium et la durée de vie est considérablement inférieure. Parmi les avantages des batteries au plomb, vous pouvez vous en procurez une à peu près n’importe où. Puis si vous êtes à vide, vous pouvez attendre environ une heure et redémarrer pour rentrer chez vous tranquillement. Elles ne requièrent pas de système de gestion de batterie pour les maintenir équilibrées. Cependant, le temps froid peut réduire l’autonomie jusqu’à 40 %. Une batterie au plomb demande 3 fois plus d’espace. Le poids est environ 3 fois plus lourd par kWh. Les piles au lithium peuvent être récupérées ou obtenues auprès d’entreprises de conversion qui en stockent. Vous devez lire les spécifications et savoir quel type de pile vous pouvez ou devriez utiliser. Pour une utilisation VE, vous aurez besoin d’une capacité de décharge minimale de 3C. Cela signifie que pour une capacité de 100 Ah, vous pouvez consommer 300 A en permanence jusqu’à ce que la batterie soit déchargée sans endommager la pile. La plupart des piles ont un 10C pendant 10-15 secondes. Si vous avez un contrôleur de moteur qui peut fournir 600 A au moteur, vous aurez besoin d’une pile de 200 Ah pour éviter de l’endommager à pleine ouverture. Bien qu’il s’agisse d’une grande ouverture, cette règle fonctionne très bien pour permettre aux piles de respirer et de réduire les risques de dommages. En utilisant du lithium, vous devez absolument avoir un système de gestion de batterie (SGB) qui allume et éteint les affaires en fonction de la tension de chaque pile. Si une pile est détraquée, l’ensemble du groupe de batteries a de bonnes chances de suivre rapidement. Nous ne voulons pas vous effrayer, mais le SGB est ce qui vous donnera la tranquillité d’esprit. Notre expérience démontre que vous n’aurez pas à vous en faire pendant les 10 prochaines années en utilisant de très bonnes piles. Une fois le type de batterie choisi, vérifiez les mesures pour voir où vous pouvez installer les piles. Portez une attention particulière au dégagement au sol et à la profondeur du châssis. Le Samourai est limité quant aux emplacements de batterie. J’ai retiré le réservoir d’essence et découpé une zone au-dessus pour insérer une boîte galvanisée d’environ 12″ de large x 13″ de profondeur x 35″ de long. J’ai pu y mettre 20 piles au lithium d’une capacité de 100 Ah. J’ai découpé une zone de 12″ x 12″ x 13″ de profondeur entre la transmission, le pneu arrière gauche et le transfer case, pour en mettre 7 autres. Nous avons fait une plate-forme au-dessus du moteur/contrôleur pour contenir toute notre électronique et 9 piles supplémentaires. C’est un total de 36 piles à 100 Ah connectées en série (positif à négatif partout). En prenant les 36 piles X la tension nominale des piles LiFePO4 à 3,2 V X 100 Ah X 0,8 énergie utilisable, divisé par 1000, ça donne 9,2 kW. Pour ce véhicule, nous obtenons 4,8 km par kWh, ou environ 45 km d’autonomie. C’est correct pour l’utiliser sur la ferme, mais il n’a pas la portée nécessaire pour voyager au travail. Nous avons gardé cette batterie rechargeable pour nous assurer que le système fonctionnait correctement. Depuis, nous avons trouvé une pile de plus petite taille qui nous a permis d’augmenter la capacité en ampère-heure à 31 kWh, ou une autonomie d’environ 150 km. L’ajout de piles plus petites et plus puissantes a demandé la construction d’un boîtier de batterie supplémentaire de 15″ de large X 35″ de long X 8″ de profondeur. Il rentre parfaitement derrière les sièges et laisse une certaine capacité de chargement. La perte d’espace (pour moi, en tout cas) qui est compensée par un gain d’autonomie est une victoire.

Vient ensuite le convertisseur CC-CC. Il est similaire à celui d’un générateur/alternateur avec un moteur à combustion interne. Le convertisseur CC-CC prend la pleine tension du pack et la convertit en 12,8 V ou celle d’une batterie auxiliaire. Il fait fonctionner les lumières et toute autre chose branchée au 12 V. Vous devez additionner tous les tirages possibles de 12 V, tels que les lumières, la radio, les contacteurs, etc., puis ajouter environ 20 % pour la sécurité. Les freins du Samurai fonctionnent presque aussi bien que les originaux, mais s’ils étaient un peu plus forts, ce serait bien. Je prends un peu plus de précautions et je laisse un peu moins de temps de réaction (pas beaucoup moins). Le premier Samourai que j’ai converti avait besoin d’une pompe à vide, et je ne suis pas sûr pourquoi, car les deux sont de la même année de modèle. La pompe à vide requière plus courant et s’allume et s’éteint constamment, alors elle va absorber beaucoup de courant au fil du temps. Vous devrez peut-être envisager d’ajouter un vaccuum booster à votre système de freinage s’il dépendait du moteur à combustion interne.

Le chauffage et l’air climatisé utilisent beaucoup la batterie. En optant pour le Samurai, j’ai pu éliminer le besoin de climatisation, puisque le toit et les portes s’enlèvent. Si l’air climatisé est une de vos exigences, vous pouvez commander un moteur avec des double ended shafts. Le contrôleur doit pouvoir maintenir 700 tr/min pour continuer de faire fonctionner l’air climatisé pendant que le véhicule est immobilisé aux arrêts et aux feux de circulation. Le chauffage, quant à lui, est nécessaire pour respecter les normes de sécurité routière. Il sert surtout à dégivrer le pare-brise. Toute chaleur supplémentaire dans le Samurai est gaspillée; c’est difficile de chauffer toute la cabine. En gros, habillez-vous avec plusieurs épaisseurs pour rester au chaud. Nous voulons installer un élément de chauffe-eau en ligne de 4000 W dans un réservoir et le faire circuler par les conduits existants. Certaines personnes ont installé des radiateurs en céramique où se trouvait le finned core, mais 1500 W ce n’est pas beaucoup pour garder les passagers au chaud.

Tout ça peut sembler intimidant pour la première conversion. Lorsque nous avons monté notre premier véhicule, il y avait plusieurs conversionnistes qui faisaient des packages. Ils rassemblent quelques morceaux de base, tels que le moteur, le contrôleur, les convertisseurs, mais délaissent les petits comme les contacteurs, les relais, les fils, les connecteurs, les outils. Une fois que vous vous êtes lancés et que vous réalisez qu’il vous manque des morceaux, c’est frustrant. C’est surtout frustrant quand vous constatez qu’il vous manque encore quelque chose après avoir commandé, attendu et installé un morceau. Le temps et les coûts imprévus font que votre projet commence à ressembler à un gouffre financier. Du moins jusqu’à ce que vous fassiez votre premier tour du pâté de maisons. Votre sourire vous fera dire que ça en valait la peine. J’ai assisté à plusieurs Cars & Coffee avec différentes conversions et j’ai toujours été bien reçu. C’est incroyable comment plus de puissance (électrique ou à combustion interne) a cet avantage concurrentiel qui engendre une meilleure compréhension de la façon dont nous pouvons progresser ensemble. Par exemple, dans les années 1960 et 1970, les mécaniciens de moteurs à combustion interne ont fait en sorte que Détroit construise de meilleurs véhicules. Nous avons maintenant une nouvelle génération de jobineux qui font la même chose aujourd’hui mais à un rythme beaucoup plus rapide. Ce qui m’a manqué dans les années 1970, c’est le son de la puissance. Lorsque nous coursions sur la piste avec notre 33 Ford roadster, on aurait entendu voler une mouche. Tout le monde pouvait entendre les pneus tourner et voir la fumée, mais ça manquait de bruit de moteur.

Dites-nous où vous en êtes dans le projet et ce qu’il vous reste à faire. Vous pouvez inclure des spécifications et des données du véhicule. Quel est le prochain projet que vous avez en tête?

Nous sommes en train de remplacer la batterie pour rendre le Samurai plus convivial. Une fois que ce sera fait, nous le replaquerons pour la route. Nous avons constaté que la conduite locale demande une autonomie d’environ 129 km pour pouvoir utiliser le chauffage, l’air climatisé et s’amuser un peu, le cas échéant. L’accélération de 0 à 100 km/h se fera en environ 8 ou 9 secondes, ce qui est mieux que le moteur à combustion interne d’origine. Notre roadster a été l’un des premiers à le faire en 7,2 secondes, et c’était très impressionnant à l’époque. Nous pourrons le dépasser en moins de 10 ans grâce à une combinaison de tension plus élevée et plus de courant alternatif au lieu de courant continu. Les systèmes d’entraînement à courant alternatif peuvent atteindre de 10 000 à 14 000 tr/min, et avec le bon gearing, ils peuvent atteindre 0-100 en moins de 3 secondes. Le développement de notre ignition system, de notre DOT lighting board, de nos indicateurs et de notre système de gestion de batterie nous ont aidés à simplifier les conversions et à accélérer le processus.

Nous avons déjà un autre projet de camion dans lequel nous avons enlevé le système d’entraînement d’un Nissan Leaf que nous prévoyons installer dans une camionnette coréenne similaire au Ford Explorer. En utilisant l’inverter et le système d’entraînement à courant alternatif, nous aurons du chauffage et de l’air climatisé à partir d’une pompe à chaleur air-air. Nous allons y mettre 100 LiFePO4 au graphène, ce qui donnera une autonomie d’environ 483 km et une durée de vie d’environ 10 000 cycles de la décharge profonde à la charge complète. Nous nous attendons à ce que ce système fonctionne pendant 10 ans ou même plus.

Merci à Ken Clayton chez Green Cycle Design Group

Dave Daneault chroniqueur 4x4setupMagazine

We love to present you unusual projects at the magazine. This week we have a very special one indeed… a jeep/Tesla… We came across this vehicle completely by chance on the web, and whether we like it or not the direction that technology is taking us more and more towards the electrification of our passion. Not all off-road enthusiasts are interested in this new technology, but for some it’s something else.
This is the case for Bill Bayer, the owner and designer of the Jeep/Tesla. We asked him to tell us a little about his project.

I grew up in Missouri dividing all of my kid-time between riding my bike and making stuff with Lego’s.  I even submitted an idea for a model once.  I received a very nice rejection letter and a fantastic poster of a Lego Space Shuttle.  In high school I took automotive mechanic vocational classes my junior and senior year.  After graduation I went to Rankin Technical College for Automotive Technology.  I never did get a professional job as a car mechanic though. 

A few years after graduating college I joined the Air Force.  I served the first four years in England as a Tactical Fighter Maintainer on the F-15E.  For reason that escape me now, I voluntarily cross-trained into Weather Forecasting.  I did not like it at all but finished out my service retiring after 20 years.  While in the Air Force, I was deployed to Afghanistan.  There I began to question military politics and motivations.  Why do we fight?  It didn’t take long to determine that most of the time the reason is Oil.  This made me very angry but what could I do?  One day after giving a weather briefing to the deployed commander, I discovered a website called Electric Vehicle Television (EVTV.me).  The brains of the business was a now deceased man named Jack Rickard.  He converted a 1969 Porsche Speedster replica using Lithium Phosphate battery cells.  His philosophy was that if a fat man wearing yellow shoes falling down drunk can build a car that uses no gasoline and can travel 100mi on a charge why can’t car manufacturers? 

Chris Paine proposed this very question in his wonderful documentary « Who Killed the Electric Car. »  Jack Rickard also suggested that all a person has to do is go out to his garage, sweep out a spot roughly the size of a car and go change the world!  I took this challenger very seriously.  I can’t change politics, I can’t stop wars over oil and energy security but I can reduce or eliminate my dependence on them.

I returned from Afghanistan a changed man.  A few years later I was stationed in New Jersey where my EV building began.  My first conversion to kind of get my feet wet was a 1969 Rokon that I picked up when I was in Alaska.  It originally had an awful 125cc two-stroke engine.  It was hard to start, not very powerful, smelled terrible and was noisy. I replaced it with a 5hp DC motor and a 48 volt Lithium Iron Phosphate battery.  (first picture).  It was a huge success.  My next project was a 1994 Ford Ranger truck.  I converted it using an AC induction motor from HPEVS and 144 volt lithium iron phosphate battery pack.  (second picture)  It, too, was a huge success.  I took it to every car show I could find for the next 5 years.  I discovered that not only could I stop buying oil but I could also spread the word about EV’s and how much better they are than gasoline/diesel burning vehicles. 

It’s not only that they don’t use petroleum products and are arguably better for the environment.  EV’s are just BETTER!  They’re simple, elegant, efficient, quiet, smooth, fast and fun to drive.  More than that, if you go into your garage and make one, it’s absolutely the most satisfying thing you can do with your time and money.  It is not a way to save money.  A conversion will cost at minimum $15,000 (a little less than I put into the Ranger), in excess of $50,000 (what I have in the Jeep) and beyond.  The payback period is 10-20 years.  But what’s the payback period on your couch or big screen TV?  It’s not about money.

Moving on.  I retired from the Air Force and moved to Cape Girardeau, Missouri where I got a job at, of all places, EVTV!!  I worked with Jack for just over a year.  While there I finished a couple of conversions that they had started and did a complete conversion of a 1992 VW DoppelKabine « The Doka » using a Tesla Drive Unit.  At the time, it was one of the first conversions using a Tesla motor. (third picture of me and Jack)  There is a great short video of the Doka.  Search for Smoka Doka in youtube.

A gallon of gas has roughly 34kWh or energy.  That’s 13x MORE energy used to do the same amount of work.  13x more energy WASTED.  For the same amount of energy as a gallon of gas, I could mow my entire yard for an entire summer!  It’s obscene.  Every one has a mower.  Everyone wastes that much energy.  That’s exactly what I mean when I say it’s not about money.  Automobiles aren’t that bad.  They only waste about 4x as much energy as an EV.

Now the Jeep. 

I’ve built this as a no compromise EV conversion.  I’ve always loved Jeeps.  It started out as a stock 1997 Jeep TJ with a 2.5L engine and 5 speed trans.  I have modified everything on it.  The only thing I haven’t really touched is the body tub.  That’s not exactly true.  I converted the rear swing-out tailgate to a drop tailgate.  The suspension is a long arm kit from IronRockOffRoad.  You cut off almost all of the factory suspension mounts from the frame and axles and bolt in a center structure where the new suspension arms mount. 

A truss is welded to the rear axle for the upper arms.  I also installed an over-the-knuckle steering kit.  I did this as much for it’s toughness as the factory steering arms looked ridiculous with the new beefy suspension.  I re-geared the differentials to 3.07:1, installed chromoly axles, installed a « lunchbox locker » in the rear diff, installed a rear disc brake kit and a disc upgrade on front. Ironically, the improved braking is largely unnecessary as EV’s have regenerative braking so the normal brakes rarely get used! From there I started making the mounts for the Tesla motor.  I’m using a rear Drive Unit from a wrecked Model S Performance.  The DU replaces the engine, transmission and transfer case. 

It has up to 500hp and 425lbft of torque at the motor.  I replaced the factory 9.38:1 gears in the drive unit with 4.5:1 gears.  Those, combined with the 3.07:1 diff gears gives me a final drive of 13.8:1.  That’s basically like being in 1st gear all the time.  You can get away with this because the Tesla motor spins up to 16,000rpm!  I should have a top speed of around 100mph and a 0-60 time around 5 seconds.  The DU weighs 300lb.  The 4cyl, 5 speed and transfer case weighed 660lb.  Electric propulsion is dramatically more power dense than internal combustion.  I’m using a full 90kWh battery pack from a Tesla Model S or Model X.  It consists of 16 24 volt modules that each weigh just over 50lb.  Combined with the battery racks, the battery adds over 1000lb to the Jeep.  90kWh is equivalent to 2.6 gallons of gas.  2.6 gallons of gas would weigh about 20lb.  What weight I lost in the motor I gained back and more in the battery. 

Gasoline is about 50x more energy dense than lithium batteries.  I ordered custom length drive shafts from Tom Woods Driveline.  They have upgraded 1350 Ujoints.  I’m using a 6.6kW battery charger that has a 1.8kW DCDC charger built it.  A DCDC charger changes the 400V pack voltage to 12V for normal car things.  1.8kW is about the same as a 140amp alternator except MUCH more efficient. 

Did you know alternators are at best only about 50% efficient?  So, a 140amp alternator is actually a 280amp alternator except 140amps is wasted as heat!  Crazy.  Charging is done through a standard J1772 plug.  The same as you might see at a charging station outside a hotel or something. The Jeep will not be compatible with Tesla’s Supercharge network. 

People always ask how long it takes to charge.  Well, that depends.  Did I run the pack down to the point where I needed a tow truck to get home?  Well, in that case it’ll take about 13 hours.  The real answer is I don’t know and don’t really care!  Why?  Let’s say I drive to work and then the store and then come home.  That’s about 50 miles.  That will use roughly 20kWh or my pack.  It would take 3hr to charge.  The reason I don’t care is because I just plug it in when I get home and forget about it.  I go inside, watch TV eat dinner and go to sleep.  It’s full in the morning.  Did it stop charging at 11PM?  Or 1AM or somewhere in between?  I don’t know.  I’d say this is the most difficult thing for non-EV owners to grasp.  You don’t EVER run the battery out…EVER!!   People will ask what if you drive to « X » location and run out of battery?  That is like saying what if you ran your gasoline car out of gas and the nearest fuel station is 100 miles away and there is no cell phone reception?  COULD that happen?  Sure.  Is it ever going to happen?  No way.  If you were about to drive your car on a stretch or of road that is 200 miles long and you know there are not any gas stations, will you start that trip without looking at your fuel gauge?  Will you do it without fueling up before you leave?  Of course not!  Same with EV’s.  Every single morning the Jeep will be full.  Every single morning, I’ll have 200 miles of range.  I can either drive 100mi in one direction and come back or I can go on 5 20-mile trips or I can drive 10 miles and plug it in for the rest of the day.  The next morning it will be full.

Future plans is to swap out the factory axles with one-ton axles from a full-size truck.  Until I do that I will not be able to realize the full power of the Tesla motor.  The differentials in the factory axles are not made for that much torque.

As of today, I’m still trying to get all of the motor parameters correct so it behaves the way I want it to.  Think of it like programming a fuel injection system.  Get a curve a little wrong and you’ll have very poor performance and could damage the engine.  Same with an electric motor.  Once that is sorted out, I have a 900 watt stereo system to install complete with a 10″ subwoofer.  I figure if you’re going to have a quiet vehicle, you might as well have a loud stereo!  🙂 

Dave Daneault 4x4setupMagazine

Pour en savoir plus voila la chaine YouTube du projet: https://www.youtube.com/channel/UCRlUpaTM-jNI8yRR_oafVUA