Hoe de motorvermogen en koppel voor een EV te selecteren

De bepaling van het motorvermogen en het koppel dat gebruikt moet worden in een elektrisch voertuig (EV) is een van de belangrijkste stappen bij het ontwerpen van een EV. Een ondermaatse motor zal leiden tot slechte acceleratie, oververhitting en verminderde betrouwbaarheid, terwijl een overmaatse motor de kosten, het gewicht en het energieverbruik zal verhogen.

Het doel van dit artikel is om ingenieurs en fabrikanten van EV's te helpen bij het nauwkeurig bepalen van de juiste hoeveelheid vermogen en koppel voor hun EV, en om de verschillende factoren die bij de bepaling van deze hoeveelheden betrokken zijn te behandelen.

Begrip van de Functionele Verschillen tussen Vermogen en Koppel

Veel Belangrijk: Om een motor voor een EV nauwkeurig te selecteren, is het belangrijk om de functionele verschillen tussen VERMOGEN en KOPPEL te begrijpen zoals deze betrekking hebben op motoren. In de meest eenvoudige zin:

(1) KOPPEL verwijst naar de hoeveelheid rotatiekracht die door een motor kan worden geproduceerd. Het beïnvloedt direct het volgende:

Acceleratie (de snelheid waarmee een voertuig zijn maximumsnelheid kan bereiken)

Klimvermogen of "Gradeability"

Vermogen om een lading te dragen.

(2) VERMOGEN verwijst naar hoe snel (over tijd) dat KOPPEL kan worden geproduceerd.

Het beïnvloedt voornamelijk:

Topsnelheid

Aanhoudende rijprestaties

Vermogen om te opereren onder omstandigheden van rijden op snelwegen met hoge snelheid.

De meest voorkomende toepassing voor koppel en vermogen in EV's is dat koppel voornamelijk de prestaties bij lagere voertuigsnelheden beïnvloedt; terwijl vermogen de prestaties bij hogere voertuigsnelheden beïnvloedt.

Fase 1: Bepaal Voertuigtoepassing en Belastingscyclus

Bij het selecteren van een motor voor een EV is de eerste stap het duidelijk definiëren van de beoogde toepassing van de EV waarvoor u de motor wilt gebruiken.

Om dit te doen, moet u enkele belangrijke vragen beantwoorden:

Zal deze EV voornamelijk worden gebruikt voor stedelijk woon-werkverkeer of voor langeafstandsreizen?

Zal de EV zware lasten dragen of zal deze EV voornamelijk worden gebruikt wanneer deze onbeladen is?

Zal de EV een groot aantal start- en stopoperaties ervaren?

Moet de EV alleen op vlakke oppervlakken opereren, of moet deze steile hellingen beklimmen?

Alle EV-types (personenauto's, elektrische vorkheftrucks, golfkarretjes, AGV's, bedrijfsvoertuigen, enz.) hebben verschillende koppel- en vermogensvereisten, ondanks dat ze bij vergelijkbare snelheden worden gebruikt.

Fase 2: Bereken de Vereiste voor Wielkoppel

Motor koppel wordt voornamelijk bepaald door de weerstandskrachten die op de wielen van het voertuig werken, waaronder:

Rijweerstand

Aerodynamische weerstand

Hellingsweerstand (Helling)

Acceleratiekracht

Bij starts met lage snelheid is de vraag naar wielkoppel het hoogst. De motor moet de vereiste hoeveelheid koppel leveren (na eventuele vereiste reductie door middel van een versnellingsbak, indien van toepassing) om deze krachten onder worst-case omstandigheden te overwinnen.

De meerderheid van de EV's die in de industrie worden gebruikt (zoals in productie- of distributietoepassingen) moeten een grotere hoeveelheid startkoppel leveren dan andere EV's, zoals golfkarretjes en AGV's (automatische geleide voertuigen).

Fase 3: Bereken Vereiste Doelen voor Acceleratie en Klimvermogen

Zowel acceleratieprestaties als klimvermogen hebben een grote impact op de koppelkeuze bij het gebruik van aard-uitgestraald koppel om de koppelprestatiecapaciteit in een EV te bepalen.

Bij het bepalen van acceleratie- en klimvermogen moet u rekening houden met de volgende criteria:

Gewenste tijd om maximale acceleratie te bereiken (bijv. 0-30 km/u)

De maximale helling die door de EV moet worden beklommen

Massa van het voertuig bij volledige belading.

Het gebruik van een hogere magnitude van koppel biedt de volgende voordelen:

Grotere acceleratierespons

Stabiele werking op hellingen en opritten

Verminderde belasting van de aandrijflijn (aandrijflijncomponenten) van de EV

Over het algemeen is bij het ontwerpen van commerciële en industriële EV's het continue koppelvermogen belangrijker dan het kortstondige piekkoppelvermogen.

Snelheid en continue operationele omstandigheden van het voertuig. Vermogensvereisten nemen toe met de snelheid van het voertuig omdat:

• Aerodynamische weerstand neemt toe met de snelheid

• De aanhoudende belasting van het voertuig bij kruissnelheid

De hoogste vermogensvraag valt samen met hoge snelheid, terwijl de hoogste koppelvraag samenvalt met lage snelheden.

Factoren die de belangrijkste factoren bepalen

Bij het berekenen van het vereiste motorvermogen en koppel zijn er meerdere factoren om te overwegen, waaronder:

• De maximumsnelheid van het voertuig

• Duur van de tijd op maximumsnelheid

• Thermische limieten van de motor

Om correct gedimensioneerd te worden geacht, moet de motor het meest efficiënt werken bij de meest frequente rijsnelheid van het voertuig en niet alleen bij zijn piekvermogen.

Overbrengingsverhouding en Aandrijflijnindeling

Het vermogen en koppel van de motor kunnen niet worden bepaald totdat alle aandrijflijncomponenten zijn overwogen. Het ontwerp van de aandrijflijnindeling moet rekening houden met het volgende:

• Of een enkele of meerdere versnellingsbakken worden gebruikt

• Of er sprake is van directe aandrijving of reductie

• De efficiëntie van het differentieel en de as

Bij het berekenen van de overbrengingsverhouding levert een correct gedimensioneerde motor voldoende wielkoppel en kan deze in elk werkingsbereik beter worden benut. Door de overbrengingsverhoudingen te optimaliseren, kunnen EV-ontwerpen de fysieke grootte van de motor verminderen met behoud van prestaties.

Continue versus Piek Ratings

De meeste EV-motortypes kunnen zowel op piek (kortstondig) als continu (thermisch beperkt) goed presteren. Een analyse van continue ratings is essentieel voor het bepalen van de betrouwbaarheid en duurzaamheid van een motor bij normaal bedrijf. De continue vermogens- en koppelrating biedt zekerheid van prestaties op lange termijn; piekvermogens- en koppelwaarden zijn doorgaans alleen van toepassing tijdens acceleratiegebeurtenissen of snelle veranderingen in bedrijf.

Als een ontwerper van elektrische voertuigen alleen de piekrating van de motor gebruikt bij de selectie, kan de ontwerper de continue ratings verkeerd berekenen. Dit kan leiden tot oververhitting en in sommige gevallen tot uitgebreide schade of een kortere levensduur dan normaal.

Motor specificaties afgestemd op Controle Strategie

Motorcontrollers en controle strategie zullen direct van invloed zijn op hoe bruikbaar koppel en vermogen uit de motor worden gehaald. Te overwegen zaken zijn:

• Veldverzwakkingsmogelijkheden

• Precisie van de koppelregeling

• Mogelijkheid tot regeneratief remmen

Elektrische Voertuigen (EV's) gebruiken meestal motoren met een breed snelheidsbereik en geavanceerde besturingsalgoritmen om koppel, vermogen, efficiëntie en thermische prestaties te beheren.

Veelvoorkomende Fouten bij Motorselectie

Veelvoorkomende fouten die EV-ontwerpers maken bij het selecteren van de elektromotor zijn:

• Te grote of niet gedimensioneerde motor voor het vermogen; dit leidt tot het niet rekening houden met belastingscycli.

• Het negeren van de continue koppelvereisten.

• Het gebruiken van piekkoppelcijfers in plaats van het bruikbare koppel aan het wiel.

• Het niet nauwkeurig bepalen van het type aandrijflijn waaraan de motor wordt gekoppeld.

Door dit soort fouten te vermijden, kunnen ontwerpers de efficiëntie van het elektrische systeem verbeteren en daarmee de totale kosten van het voertuig verlagen.

Conclusie

Het bepalen van het vermogen en koppel van een elektromotor is een technische beslissing op systeemniveau en vereist meer dan alleen de selectie van een enkele parameter. De juiste motorvermogens- en koppelkeuzes moeten rekening houden met:

• Hoe het voertuig zal worden gebruikt en de operationele omgeving

• Welk niveau van koppel nodig zal zijn voor zowel lage-snelheid operatie als laadcapaciteit

• Welke hoeveelheid vermogen nodig zal zijn om kruissnelheden te handhaven

• Algemene werking inclusief alle aandrijflijncomponenten, controle strategie en thermische limieten.

Door deze factoren in evenwicht te brengen, kan de ontwerper van elektrische voertuigen de variabelen optimaal benutten om een optimaal presterend elektrisch voertuig te creëren met superieure efficiëntie, betrouwbaarheid en kosteneigenschappen.