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Veicolo elettrico completo

Il pacco batteria che hai dimensionato diventa l’auto che guidi — un veicolo elettrico completo sul ciclo WLTP: ciclo di guida, motore di trazione, rigenerazione, la batteria durante il ciclo, termica, e i numeri che vendono un’auto — autonomia, consumo e 0-100.

DjiniousLabModellazione e simulazione

Una mappa di efficienza di un motore di trazione PMSM — coppia in funzione della velocità colorata per efficienza, con un’isola ad alta efficienza che raggiunge un picco vicino al 97% entro l’inviluppo coppia-velocità

autonomia WLTP (60 kWh): 374 kmautonomia WLTP (60 kWh)
consumo in kWh/100 km: 15.2consumo in kWh/100 km
0-100 km/h: 6,67 s0-100 km/h
energia da rigenerazione: 10.7%energia da rigenerazione
aumento di temperatura del pacco sul WLTP: 7,0 Kaumento di temperatura del pacco sul WLTP
notebook di progettazione: 10notebook di progettazione

Dal pacco batteria all’auto che guidi.

Il programma della batteria EV ha dimensionato il pacco. Questo lo guida. Un veicolo elettrico completo — motore di trazione, trasmissione a rapporto singolo, frenata rigenerativa, dinamica del veicolo, e il pacco dal programma della batteria — eseguito sul ciclo di guida WLTP, su un unico modello elettro-meccanico-termico accoppiato. Ne escono i numeri a cui sia un acquirente sia un ingegnere tengono: autonomia, consumo, accelerazione, e quanto si scalda il pacco nel farlo.

Un’unica catena accoppiata, il ciclo come ingresso.

La traccia di velocità WLTP è l’ingresso, e il modello procede a ritroso attraverso la trasmissione: velocità e accelerazione stabiliscono la forza di trazione (aerodinamica, di rotolamento, inerziale), le ruote richiedono potenza attraverso la mappa di efficienza del motore, la trasmissione e la rigenerazione la ripartiscono, e questa arriva alla batteria come un carico a potenza costante. Il pacco — la stessa cella a circuito equivalente del programma batteria — cede in tensione in accelerazione, si riprende in rigenerazione, riduce il proprio stato di carica e si riscalda, tutto da un unico insieme di equazioni accoppiate. La batteria che hai dimensionato a livello di cella ora risponde a domande a livello di veicolo.

Una mappa di efficienza PMSM: coppia in funzione della velocità, colorata per efficienza, con una regione a coppia costante, un inviluppo di deflussaggio, e un’isola di efficienza ~97% — Il motore di trazione come mappa di efficienza: una regione a coppia costante fino alla velocità base, un inviluppo di deflussaggio al di sopra, e l’isola ad alta efficienza (~97%) entro cui il controllore cerca di mantenere il punto di funzionamento. Questa mappa — non un modello dettagliato a controllo orientato al campo — è ciò di cui l’integrazione del consumo su un ciclo di guida ha davvero bisogno.

Tensione di pacco e stato di carica sul ciclo WLTP — la tensione che cede in accelerazione e sale in rigenerazione mentre il SoC tende a scendere — La batteria sul ciclo WLTP: lo stato di carica tende a scendere mentre la tensione di pacco cede a ogni accelerazione e sale a ogni evento di rigenerazione. Il modello di carico a potenza costante — la radice fisica di P = V·I contro l’OCV(SoC) della cella — è ciò che fa venire giusto quel calo.

L’autonomia è un problema di contabilità.

Il consumo è semplicemente l’energia in ingresso meno l’energia recuperata, diviso la distanza. Il modello scompone l’energia WLTP in dove va effettivamente — resistenza aerodinamica, resistenza al rotolamento, perdite della trasmissione, accessori — e quanto ne recupera la rigenerazione (10,7% sul ciclo, 52% dell’energia cinetica di frenata). Questo bilancio dà 15,2 kWh/100 km e un’autonomia di 374 km, e mostra esattamente quale termine attaccare: a una crociera di 130 km/h, la resistenza aerodinamica domina e il consumo sale a 21,4 kWh/100 km — la curva dell’ansia da autonomia, quantificata.

Un grafico a ciambella dell’energia netta WLTP: aerodinamica 41%, rotolamento 32%, perdite della trasmissione 11%, ausiliari 8%, cinetica al netto della rigenerazione 8% — Dove va l’energia consumata sul WLTP: la resistenza aerodinamica e quella al rotolamento dominano, le perdite della trasmissione e gli accessori prendono la loro quota, e il termine cinetico è piccolo perché la rigenerazione ne recupera la maggior parte. Questo è il grafico che ti dice se inseguire una carrozzeria più filante, pneumatici a minor resistenza al rotolamento, o un motore più efficiente.

Il grafico dell’ansia da autonomia: il consumo in crociera costante che sale con la velocità, e l’autonomia che scende come suo inverso, annotato alle velocità autostradali — Il grafico dell’ansia da autonomia: mantieni una crociera costante e il consumo sale con il quadrato della velocità mentre l’autonomia scende come suo inverso. Lo stesso modello accoppiato che dà il numero WLTP dà il numero autostradale onesto — e mostra cosa gli fanno +5 kW di climatizzazione.

Una partenza a tutto gas: la velocità del veicolo che sale a 100 km/h in 6,67 secondi, limitata prima dalla trazione poi dalla potenza — Prestazioni dallo stesso modello: una partenza a tutto gas raggiunge 100 km/h in 6,67 s — limitata dalla trazione allo spunto, poi limitata dalla potenza quando il motore esce dal proprio inviluppo. Autonomia e accelerazione si scambiano contro lo stesso pacco e motore, e qui sono entrambe semplicemente output.

Ogni specifica è un numero che puoi rieseguire.

Il notebook di approvazione finale rideriva ogni requisito da principi primi sullo stesso ciclo che il programma esegue.

Risultato

Autonomia WLTP: 374 km
Consumo WLTP: 15,2 kWh/100 km
0-100 km/h: 6,67 s
Aumento di temperatura del pacco: 7,0 K
Requisiti verificati: 6 / 6

Requisito

Autonomia WLTP: ≥ 350 km
Consumo WLTP: entro l’obiettivo
0-100 km/h: entro l’obiettivo
Aumento di temperatura del pacco: entro il limite
Requisiti verificati: PASS

A ritroso, di livello progettuale.

Il modello è a ritroso e quasi-statico — il ciclo è l’ingresso, non l’uscita di un guidatore che lo insegue — che è il modo standard del settore per ottenere autonomia e consumo, ed evita un controllore e una rigidità numerica senza guadagno di fedeltà. Il motore è una mappa di efficienza anziché una PDE a controllo orientato al campo, la batteria è il surrogato a circuito equivalente del programma pacco, il modello termico è concentrato, e il profilo WLTP è un’approssimazione fedele (la traccia ufficiale secondo per secondo è proprietaria). È esattamente la fedeltà di cui il concept e il dimensionamento del veicolo hanno bisogno per primi — dimensionamento di batteria e motore, autonomia e consumo, budget di rigenerazione e termico — sui tuoi numeri, prima di una co-simulazione dinamica completa. E poiché il pacco è condiviso, il lavoro a livello di cella e quello a livello di veicolo non si allontanano mai l’uno dall’altro.