電気自動車モーター・バッテリー・航続距離計算ツール

モーター設計

永久磁石モーター(BLDCまたはPMSM)の形状、材料、巻線を入力すると、そのデザインで達成可能なトルク、出力、逆起電力、定格電圧/電流を計算します。これはモーターを設計するツールではなく、すでに構想しているモーターを検証するものです — D(直径)/L(積厚)/エアギャップ/巻数を選び、それらがどれだけの性能を発揮するかを確認できます。対応トポロジーは永久磁石型(BLDC/PMSM)のみです。誘導モーター、スイッチトリラクタンスモーター、アキシャルギャップモーターは異なる物理特性を持つため、本ツールではモデル化していません。

Motor radial cross-section diagram showing bore diameter D, air gap g, magnet thickness h_m, pole pairs p, and stack length L

種類:

モータートポロジー

冷却方式:

下記の電流密度初期値を設定します

コア鋼材:

積層鋼板グレード(鉄損+密度)

磁石:

ロータ磁石グレード(残留磁束密度+温度特性)

極対数

定格機械速度, rpm

ステータボア内径, mm

積厚, mm

機械的エアギャップ, mm

k_C:

カーター係数(スロット補正)、標準固定値

h_m:

磁石厚さ, mm

相当たり直列巻数

k_w:

巻線係数

α_PM:

磁石円弧被覆率

A_wire:

導線断面積, mm²

電流密度, A/mm²(初期値は冷却クラスに従う)

T_op:

磁石動作温度, °C

P_target:

目標出力, W — 参考情報、下記の達成出力と比較

k_peak:

連続出力に対する短時間過負荷比率

モーター計算結果

τ_p:

極ピッチ, mm

B_gap:

エアギャップ磁束密度, T

B_r:

磁石残留磁束密度(温度補正後), T

Φ_m:

極当たり最大磁束, mWb

ψ_f:

相当たり磁束鎖交数, mWb

電気周波数, Hz

E_ph:

相当たり逆起電力(実効値), V

V_line:

定格線間電圧, V — 下記バッテリーパック設計に反映

K_t:

トルク定数, N·m/A

K_e:

逆起電力定数, V·s/rad

I_rated:

定格相電流(実効値), A

達成トルク, N·m

達成連続出力, W

P_peak:

達成最大出力, W

P_core:

鉄損推定値, W — 参考情報のみ

m_motor:

アクティブ部+ハウジング質量推定値, kg

マージン:

巡航所要出力に対する出力余裕%(「航続距離」セクション参照) — 負の値は出力不足を意味する

バッテリーパック設計

セル化学種と仕様、および目標パックサイズを選択してください。直列セル数は上記モーターの定格電圧から導出されます。並列ストリング数は、目標エネルギー、モーターの連続電流、またはピーク/バースト電流のうち最大となるものに合わせてサイズ決定されます — ここでモーターの電圧や電流を再入力する必要はありません。

Battery pack diagram showing N_s cells in series (voltage adds) by N_p strings in parallel (capacity adds)

化学組成:

下記のセル初期値を設定します

V_nom:

セル公称電圧, V

V_max:

セル満充電電圧, V

V_min:

セルカットオフ電圧, V

Ah:

セル定格容量, Ah

R_cell:

セル内部抵抗, mΩ

C_cont:

連続放電Cレート

C_peak:

最大/バースト放電Cレート

E_target:

目標パックエネルギー, kWh

DoD:

使用可能放電深度率

k_pack:

セル-パック間パッケージング効率(BMS/冷却/構造による目減り)

Wh/kg:

セルレベル重量エネルギー密度, Wh/kg

η_ctrl:

モーターコントローラー/インバーター効率 — 下記「航続距離」でも使用

バッテリー計算結果

N_s:

直列セル数

N_p:

並列ストリング数

セル:

総セル数

V_nom:

パック公称電圧, V

V_max:

パック満充電電圧, V

V_min:

パックカットオフ電圧, V

Ah:

パック容量, Ah

Wh:

パック定格エネルギー, Wh

Wh_usable:

DoDおよびパッケージング損失考慮後の使用可能エネルギー, Wh — 下記「航続距離」に反映

R_pack:

パック内部抵抗, mΩ

I_cont,req:

モーターが要求する連続電流, A

I_peak,req:

モーターが要求する最大電流, A

I_cont,max:

パックの連続電流能力, A

I_peak,max:

パックの最大電流能力, A

V_sag:

最大電流時の電圧降下, V

V_term:

最大電流時の最悪端子電圧, V

m_pack:

パック質量推定値, kg

航続距離推定

ここでの車両質量は、上記で計算されたモーターおよびバッテリーの質量に自動的に加算されます。平坦路での定速巡航を前提としており、EPA方式補正係数と市街地走行時の回生クレジットにより、理論物理モデルによる航続距離をより現実的な推定値に変換します。

Vehicle range diagram showing chassis mass, aerodynamic drag (drag coefficient and frontal area), rolling resistance at the wheels, and cruise speed

m_chassis:

モーターおよびバッテリーパックを除く車両質量, kg

C_d:

空気抵抗係数

前面投影面積, m²

C_rr:

転がり抵抗係数

巡航速度, km/h

η_batt:

バッテリー放電効率

η_motor:

巡航負荷時のモーター効率

η_gear:

ギアボックス/最終減速機効率

プロファイル:

市街地プロファイルでは下記の回生クレジットが適用されます

k_EPA:

理論物理モデル航続距離に対する現実補正

k_regen:

回生ブレーキによる航続距離倍率(市街地プロファイルのみ)

航続距離計算結果

m_total:

車両総質量(シャシー+モーター+パック), kg

F_roll:

転がり抵抗力, N

F_aero:

空気抵抗力, N

F_total:

巡航時の総走行抵抗力, N

P_wheels:

巡航時所要出力, W

η_total:

バッテリー-車輪間総合効率

Wh/km:

電費, Wh/km

Range_theo:

理論物理モデル航続距離, km

航続距離:

EPA方式補正+回生クレジット適用後の実用航続距離, km

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