L'energia necessaria per viaggiare da un luogo all'altro decide come progettare un veicolo elettrico . Il vincolo della batteria immagazzinare energia limita l'autonomia del veicolo elettrico. Le informazioni sul consumo di energia aiutano a decidere la strategia di controllo ea progettare i componenti di un veicolo elettrico ibrido . La selezione dei motori, la progettazione meccanica di un veicolo, la valutazione della batteria, ecc. sarebbero influenzati dal calcolo energetico del veicolo elettrico.
L'energia per spostare un'auto elettrica da un luogo all'altro include principalmente i seguenti componenti.
Se il veicolo decelera o frena ci sono possibilità di recuperare energia che verrebbe utilizzato per ricaricare la batteria.
Fondamentalmente, un veicolo è un'entità meccanica che consuma energia e si sposta da un luogo all'altro. L'equazione di Newton è applicabile a un veicolo per calcolare le forze ad esso associate.
La figura seguente mostra le principali forze che agiscono su un veicolo in movimento.
La forza totale agente su un veicolo fino alle ruote può essere ottenuta utilizzando la seguente equazione
dove
– accelerazione di gravità in
– massa del veicolo in
– resistenza al rotolamento
– coefficiente di resistenza aerodinamica
– velocità in
– angolo di pendenza della strada
L'equazione sopra è composta da quattro termini e sono spiegati di seguito.
L'attrito dovuto alla resistenza al rotolamento agisce sul pneumatico di un veicolo quando si muove. È definito come coefficiente di attrito moltiplicato per la forza normale che agisce sulla superficie su cui rotola la ruota. L'entità della forza dipende dal coefficiente di attrito volvente, massa e accelerazione dovuta alla gravità.
La resistenza aerodinamica è la forza che subisce un veicolo per vincere l'attrito dell'aria quando viaggia, spingendo l'aria che lo blocca davanti. La forma del veicolo, l'area frontale, il coefficiente di resistenza aerodinamica e la velocità del veicolo influiscono sulla forza.
La forza che accelera il veicolo è proporzionale alla massa e all'accelerazione del veicolo. Verrebbe al quadro se il veicolo accelera. Se un veicolo decelera, questa forza sarà negativa e l'energia associata verrebbe dissipata nell'impianto frenante per fermare il veicolo. Questa energia può essere immagazzinata nella batteria con frenata rigenerativa .
Se si assume che il grado della strada sia pianeggiante (θ =0) rimuove l'ultimo termine dall'equazione e modifica anche il primo termine. Quindi l'equazione semplificata per calcolare la forza richiesta alle ruote di un veicolo sarebbe
L'equazione di cui sopra si adatta meglio ai cicli di guida con una strada pianeggiante.
Il prodotto di forza e velocità si traduce in un fabbisogno di potenza istantaneo del veicolo. La conoscenza della velocità del veicolo in ogni istante è necessaria per calcolare la forza, la potenza e l'energia per muovere il veicolo. Il ciclo di guida, che è il grafico della velocità rispetto al tempo di un veicolo, gioca il suo ruolo qui. Dati come la pendenza della strada incorporati anche nel ciclo di guida.
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Con l'ausilio di un ciclo di guida viene calcolata la potenza richiesta alle ruote di un veicolo. E l'integrale del tempo darebbe il consumo di energia per muovere il veicolo in quel dato ciclo di guida.
Utilizzando il calcolo rivolto all'indietro, verrà calcolato il consumo di energia di ogni fase del veicolo a partire dalle ruote fino alla batteria. In primo luogo verrà calcolato il consumo di energia fino alle ruote per un determinato ciclo di guida come spiegato sopra. La batteria è responsabile di fornire il fabbisogno energetico alle ruote di un veicolo elettrico. In un veicolo convenzionale, il motore a combustione interna fa il suo dovere.
Insieme ai requisiti per le ruote, la batteria soddisferebbe le perdite di ingranaggi, motore, inverter e batteria.
Maggiori informazioni su Motore per veicoli elettrici
I modelli matematici degli elementi sopra menzionati possono essere utilizzati per il calcolo delle perdite. Il software di simulazione fornisce un modello per la simulazione del veicolo oppure possiamo sviluppare il modello di inverter, motore e batteria per veicoli elettrici.
Poiché l'efficienza dell'inverter non mostra molte variazioni con il carico, è possibile fare ipotesi nei calcoli per ridurre la complessità matematica. L'ipotesi di valori ragionevoli per l'efficienza di motore, inverter, batteria e ruote potrebbe fornire risultati accettabili con una precisione ridotta.
La selezione della capacità della batteria, le valutazioni dei componenti elettronici di potenza, l'ottimizzazione del design meccanico per ridurre al minimo la resistenza aerodinamica, ecc. sono alcuni vantaggi del calcolo dell'energia di un veicolo elettrico.
