КАЛЬКУЛЯТОР ЕЛЕКТРОДВИГУНА, БАТАРЕЇ ТА ЗАПАСУ ХОДУ ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ

Розрахунок двигуна

Введіть геометрію, матеріали та обмотку двигуна з постійними магнітами (BLDC або PMSM), і інструмент розрахує досяжний крутний момент, потужність, протиЕРС та номінальну напругу/струм для цієї конструкції. Це перевіряє вже задуманий вами двигун, а не проєктує новий — виберіть D/L/повітряний зазор/кількість витків і подивіться, що вони можуть забезпечити. Підтримуються лише топології з постійними магнітами (BLDC/PMSM); асинхронні, вентильно-реактивні та аксіальні двигуни мають іншу фізику і тут не моделюються.

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

Тип:

топологія двигуна

Охолодження:

встановлює густину струму за замовчуванням нижче

Сталь осердя:

марка електротехнічної сталі (втрати в осерді + густина)

Магніт:

марка магніту ротора (залишкова індукція + температурна поведінка)

кількість пар полюсів

номінальна механічна швидкість, rpm

діаметр розточки статора, mm

довжина пакета осердя, mm

механічний повітряний зазор, mm

k_C:

Коефіцієнт Картера (поправка на пази), фіксоване типове значення

h_m:

товщина магніту, mm

кількість послідовних витків на фазу

k_w:

коефіцієнт обмотки

α_PM:

коефіцієнт покриття дугою магніту

A_wire:

площа перерізу проводу, mm²

густина струму, A/mm² (значення за замовчуванням залежить від класу охолодження)

T_op:

робоча температура магніту, °C

P_target:

цільова потужність, W — довідково, порівнюється з досягнутою потужністю P нижче

k_peak:

коефіцієнт короткочасного перевантаження відносно безперервної потужності

Результати розрахунку двигуна

τ_p:

полюсний крок, mm

B_gap:

густина магнітного потоку в повітряному зазорі, T

B_r:

залишкова індукція магніту з урахуванням температури, T

Φ_m:

піковий магнітний потік на полюс, mWb

ψ_f:

потокозчеплення на фазу, mWb

електрична частота, Hz

E_ph:

протиЕРС на фазу (діюче значення), V

V_line:

номінальна лінійна напруга, V — використовується для розрахунку батареї нижче

K_t:

стала крутного моменту, N·m/A

K_e:

стала протиЕРС, V·s/rad

I_rated:

номінальний діючий фазний струм, A

досягнутий крутний момент, N·m

досягнута безперервна потужність, W

P_peak:

досягнута пікова потужність, W

P_core:

оцінка втрат в осерді, W — лише довідково

m_motor:

оцінка маси активної частини + корпусу, kg

Запас:

% запасу потужності відносно потреби на крейсерській швидкості (див. розділ «Запас ходу») — від'ємне значення означає недостатню потужність

Розрахунок акумуляторної батареї

Виберіть хімію та характеристики елементів, а також цільовий розмір батареї. Кількість послідовних елементів визначається номінальною напругою двигуна, вказаною вище; кількість паралельних гілок розраховується за більшим із значень: цільової енергоємності, безперервного споживання струму двигуном або його пікового/імпульсного споживання — вам не потрібно повторно вводити напругу чи струм двигуна тут.

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

Хімія:

встановлює значення елемента за замовчуванням нижче

V_nom:

номінальна напруга елемента, V

V_max:

напруга повного заряду елемента, V

V_min:

напруга відсічки елемента, V

Ah:

номінальна ємність елемента, Ah

R_cell:

внутрішній опір елемента, mΩ

C_cont:

безперервна швидкість розряду (C-rate)

C_peak:

піковий/імпульсний коефіцієнт розряду (C-rate)

E_target:

цільова енергоємність батареї, kWh

DoD:

частка допустимої глибини розряду

k_pack:

ККД компонування батареї (накладні витрати на BMS/охолодження/конструкцію)

Wh/kg:

питома масова енергоємність елемента, Wh/kg

η_ctrl:

ККД контролера/інвертора двигуна — також використовується в розділі «Запас ходу» нижче

Результати розрахунку батареї

N_s:

кількість послідовних елементів

N_p:

кількість паралельних гілок

Елементи:

загальна кількість елементів

V_nom:

номінальна напруга батареї, V

V_max:

напруга повного заряду батареї, V

V_min:

напруга відсічки батареї, V

Ah:

ємність батареї, Ah

Wh:

номінальна енергоємність батареї, Wh

Wh_usable:

доступна енергія після врахування глибини розряду та втрат компонування, Wh — використовується в розділі «Запас ходу» нижче

R_pack:

внутрішній опір батареї, mΩ

I_cont,req:

безперервний струм, що споживає двигун, A

I_peak,req:

піковий струм, що споживає двигун, A

I_cont,max:

безперервна струмова здатність батареї, A

I_peak,max:

пікова струмова здатність батареї, A

V_sag:

просідання напруги при піковому струмі, V

V_term:

найгірша напруга на клемах при піковому струмі, V

m_pack:

оцінка маси батареї, kg

Оцінка запасу ходу

Маса транспортного засобу тут автоматично додається до розрахованих вище мас двигуна та батареї. Передбачається рух по рівній дорозі з постійною швидкістю; поправковий коефіцієнт за методикою EPA та компенсація рекуперації при міському русі перетворюють теоретичний запас ходу за фізичною моделлю на більш реалістичну оцінку.

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

m_chassis:

маса транспортного засобу без урахування двигуна та батареї, kg

C_d:

коефіцієнт аеродинамічного опору

лобова площа, m²

C_rr:

коефіцієнт опору коченню

крейсерська швидкість, km/h

η_batt:

ККД розряду батареї

η_motor:

ККД двигуна на крейсерському навантаженні

η_gear:

ККД коробки передач/головної передачі

Профіль:

для міського профілю застосовується компенсація рекуперації нижче

k_EPA:

поправка на реалістичність відносно теоретичного запасу ходу за фізичною моделлю

k_regen:

множник запасу ходу від рекуперативного гальмування, лише для міського профілю

Результати розрахунку запасу ходу

m_total:

загальна маса транспортного засобу (шасі + двигун + батарея), kg

F_roll:

сила опору коченню, N

F_aero:

сила аеродинамічного опору, N

F_total:

сумарна сила опору руху на крейсерській швидкості, N

P_wheels:

потреба в потужності на крейсерській швидкості, W

η_total:

сумарний ККД від батареї до коліс

Wh/km:

споживання енергії, Wh/km

Range_theo:

теоретичний запас ходу за фізичною моделлю, km

Запас ходу:

реалістичний запас ходу після поправки за методикою EPA + компенсація рекуперації, km