Jak wybrać moc silnika i moment obrotowy dla pojazdów elektrycznych

Określenie mocy silnika i momentu obrotowego, które mają być wykorzystane wpojazd elektryczny(EV) jest jednym z najważniejszych kroków w projektowaniu pojazdu elektrycznego. Niewielki silnik prowadzi do słabego przyspieszenia, przegrzania i zmniejszenia niezawodności, podczas gdy nadmiarowy silnik zwiększy koszty,masę, i zużycie energii.

Celem niniejszego artykułu jest pomoc inżynierom i producentom pojazdów elektrycznych w dokładnym określeniu odpowiedniej ilości mocy i momentu obrotowego do wykorzystania w ich pojazdach elektrycznych,oraz uwzględnić różne czynniki związane z określeniem tych kwot.

Zrozumienie różnic funkcjonalnych między mocą a momentem obrotowym

VBardzo ważne: Aby dokładnie wybrać silnik dla pojazdu elektrycznego, ważne jest zrozumienie różnic funkcjonalnych między POWER a TORQUE w odniesieniu do silników.

(1) TORKE odnosi się do ilości siły obrotowej, którą może wytworzyć silnik.

Przyspieszenie (szybkość, z jaką pojazd może osiągnąć maksymalną prędkość)

Umiejętność wspinania się na wzgórze lub "Szkolenie"

Umiejętność przenoszenia ładunku.

(2) POWER odnosi się do szybkości (z czasem) wytwarzania tego TORKU.

Dotyczy głównie:

Maksymalna prędkość

Zrównoważone osiągi jazdy

Zdolność do jazdy w warunkach jazdy na dużych prędkościach.

Najczęstsze zastosowanie momentu obrotowego i mocy w pojazdach elektrycznych polega na tym, że moment obrotowy wpływa przede wszystkim na osiągi przy niższych prędkościach pojazdu; natomiast moc wpływa na osiągi przy wyższych prędkościach pojazdu.

Faza 1: Określenie zastosowania pojazdu i cyklu pracy

Przy wyborze silnika do pojazdu elektrycznego pierwszym krokiem jest wyraźne określenie zamierzonego zastosowania pojazdu elektrycznego, do którego masz zamiar użyć silnika.

Aby to zrobić, powinieneś odpowiedzieć na kilka kluczowych pytań:

Czy ten pojazd elektryczny będzie wykorzystywany głównie do dojazdów do pracy w miastach czy do podróży dalekiego zasięgu?

Czy pojazd elektryczny będzie nosił ciężkie ładunki, czy będzie działał głównie tylko po rozładowaniu?

Czy ten pojazd elektryczny będzie miał dużą liczbę operacji startowych i zatrzymujących?

Czy pojazd elektryczny musi działać wyłącznie na płaskich powierzchniach, czy musi wspinać się po stromo pochyłych zboczach?

Wszystkie typy pojazdów elektrycznych (samochodów osobowych, wózków widłowych elektrycznych, wózków golfowych, AGV, pojazdów użytkowych itp.) mają różne wymagania dotyczące momentu obrotowego i mocy, mimo że są obsługiwane przy podobnych prędkościach.

Faza 2: Obliczenie wymaganego momentu obrotowego koła

Moment obrotowy silnika określa przede wszystkim siły oporu, które będą działać na koła pojazdu, które mogą obejmować:

Opór obrotowy

Odporność aerodynamiczna

Odporność klasyfikacyjna (pochylenie)

Siła przyspieszenia

Przy niskich prędkościach uruchomienia wymóg na moment obrotowy koła jest najwyższy.w stosownych przypadkach) w celu pokonania tych sił w najgorszych warunkach.

Większość pojazdów elektrycznych działających w przemyśle (np. w produkcji lub dystrybucji) musi zapewniać większy moment uruchomienia niż inne pojazdy elektryczne,takie jak wózki golfowe i AGV (pojazdy z automatycznym kierownictwem).

Faza 3: Obliczenie wymaganych celów dla zdolności przyspieszenia i wspinaczki

Zarówno osiągi przyspieszenia, jak i zdolność wspinania mają duży wpływ na wybór momentu obrotowego przy użyciu momentu obrotowego emitowanego z Ziemi w celu określenia zdolności osiągów momentu obrotowego w EV.

W celu określenia zdolności przyspieszenia i wspinaczki na wzgórze należy wziąć pod uwagę następujące kryteria:

Wymagany czas do osiągnięcia maksymalnego przyspieszenia (tj. 0 ‰ 30 km/h)

Maksymalny nachylenie, które musi pokonać EV

Masa pojazdu przy pełnym ładowaniu.

W przypadku zastosowania większej wielkości momentu obrotowego zapewnia następujące korzyści:

Większa reakcja przyspieszenia

Stabilna eksploatacja na rampy i zboczach

Zmniejszenie obciążenia układu napędowego (składników układu napędowego) pojazdu elektrycznego

W przypadku pojazdów elektrycznych przeznaczonych do użytku komercyjnego i przemysłowego zdolność ciągłego momentu obrotowego jest zasadniczo ważniejsza niż zdolność krótkotrwałego momentu obrotowego.

SWymagania w zakresie mocy wzrastają wraz z prędkością pojazdu, ponieważ:

• Zwiększa się opór aerodynamiczny wraz z prędkością

• Ciągłe obciążenie pojazdu przy prędkości statku

Największe zapotrzebowanie na moc pokrywa się z dużą prędkością, podczas gdy największe zapotrzebowanie na moment obrotowy pokrywa się z niskimi prędkościami.

Czynniki decydujące o najważniejszych

Przy obliczaniu wymaganej mocy silnika i momentu obrotowego należy uwzględnić wiele czynników, w tym:

• Maksymalna prędkość pojazdu

• Czas trwania przy maksymalnej prędkości

• Granice cieplne silnika

Aby być uważany za odpowiednio rozmieszczony, silnik powinien działać najbardziej efektywnie przy najczęstszej prędkości jazdy pojazdu, a nie tylko przy maksymalnej mocy.

Wskaźnik biegów i układ linii napędowej

Moc i moment obrotowy silnika nie mogą być określone, dopóki nie zostaną uwzględnione wszystkie elementy linii napędowej.

• Czy należy użyć skrzyni biegów jednobrotowej, czy wieloobrotowej

• Czy ma być napęd bezpośredni czy redukcyjny

• Wydajność różnicy i osi

Przy obliczaniu współczynnika biegów silnik odpowiedniej wielkości zapewnia wystarczający moment obrotowy koła i może być lepiej wykorzystany w każdym zakresie pracy.Projekty pojazdów elektrycznych mogą zmniejszyć fizyczny rozmiar silnika przy jednoczesnym zachowaniu wydajności.

Kontynuacja w porównaniu z najwyższą oceną

Większość typów silników elektrycznych może dobrze działać zarówno w aspekcie szczytowym (krótkoterminowym), jak i ciągłym (ograniczonym termicznie).Analiza mocy ciągłych jest niezbędna do określenia niezawodności i trwałości silnika w normalnej pracy. Nieprzerwana moc i moment obrotowy zapewnią długoterminową wydajność;wartości maksymalnej mocy i momentu obrotowego są zazwyczaj stosowane tylko w przypadku przyspieszenia lub szybkich zmian w pracy.

Jeżeli projektant pojazdu elektrycznego przy wyborze używa jedynie maksymalnej mocy silnika, może błędnie obliczyć maksymalną moc ciągłą.Może to prowadzić do przegrzania, a w niektórych przypadkach do poważnych uszkodzeń lub krótszego niż normalnie okresu życia.

Specyfikacje silnika dopasowane do strategii sterowania

Kontroler silnika i strategia sterowania będą miały bezpośredni wpływ na sposób uzyskiwania użytecznego momentu obrotowego i mocy z silnika.

• Możliwości osłabiania pola

• Precyzja regulacji momentu obrotowego

• Możliwość regeneracji hamowania

Pojazdy elektryczne (EV) najczęściej wykorzystują szeroki zakres prędkości silników i zaawansowane algorytmy sterowania w celu zarządzania momentem obrotowym, mocą, wydajnością i wydajnością termiczną.

Powszechne błędy w wyborze ruchu

Do najczęstszych błędów popełnianych przez projektantów pojazdów elektrycznych przy wyborze silnika elektrycznego należą:

• Zbyt duże lub niewymierzone do mocy silnika, co prowadzi do braku uwzględnienia cykli pracy.

• Ignorowanie wymogów ciągłego momentu obrotowego.

• Używanie liczb momentu obrotowego szczytowego w przeciwieństwie do użytecznego momentu obrotowego na kółku.

• Brak dokładnego określenia, do jakiego rodzaju napędu jest mocowany silnik.

Unikając takich błędów projektanci mogą zwiększyć wydajność układu elektrycznego i z kolei obniżyć całkowite koszty pojazdu.

Wniosek

Decyzja o mocy i momentu obrotowym silnika elektrycznego jest decyzją inżynieryjną na poziomie systemu i wymaga więcej niż wyboru pojedynczego parametru.Właściwy wybór mocy silnika i momentu obrotowego musi uwzględniać:

• Sposoby użytkowania pojazdu i jego środowisko eksploatacyjne

• Jaki poziom momentu obrotowego będzie potrzebny zarówno w przypadku pracy z niską prędkością, jak i pojemności

• Ile energii będzie potrzebne do utrzymania prędkości pokładowej

• Całkowita eksploatacja obejmująca wszystkie elementy linii napędowej, strategię sterowania i limity termiczne.

Dzięki równoważeniu tych czynników projektant pojazdów elektrycznych może najlepiej wykorzystać zmienne, aby stworzyć optymalnie działający pojazd elektryczny o wyższej wydajności,charakterystyka niezawodności i kosztów.