Como selecionar a potência do motor e o binário para o EV

A determinação da potência e do binário do motor a utilizar numVeículo elétrico(EV) é um dos passos mais importantes ao projetar um EV. Um motor de tamanho reduzido levará a uma aceleração fraca, superaquecimento e redução da confiabilidade, enquanto um motor de tamanho excessivo aumentará os custos,peso, e consumo de energia.

O objetivo deste artigo é ajudar os engenheiros e fabricantes de veículos elétricos a determinar com precisão a quantidade adequada de potência e binário a utilizar para o seu veículo elétrico,Além de abranger os vários factores envolvidos na determinação destes montantes.

Compreensão das diferenças funcionais entre potência e binário

VÉ muito importante: para escolher com precisão um motor para um VE, é importante compreender as diferenças funcionais entre POWER e TORQUE no que se refere aos motores.

(1) O TORQUE refere-se à quantidade de força de rotação que pode ser produzida por um motor.

Aceleração (velocidade a que um veículo pode atingir a sua velocidade máxima)

Capacidade de escalada ou "Gradeability"

Capacidade de carregar uma carga.

(2) PODER refere-se à rapidez (ao longo do tempo) com que esse TORQUE pode ser produzido.

Afecta principalmente:

Velocidade máxima

Desempenho de condução sustentado

Capacidade de operar em condições de condução em estrada de alta velocidade.

A aplicação mais comum do binário e da potência nos veículos elétricos é que o binário afeta principalmente o desempenho a velocidades mais baixas do veículo; enquanto que a potência afeta o desempenho a velocidades mais altas do veículo.

Fase 1: Determinação da aplicação do veículo e do ciclo de serviço

Quando se seleciona um motor para um veículo elétrico, o primeiro passo é definir claramente a aplicação prevista do veículo elétrico para o qual se pretende utilizar o motor.

Para tal, deve responder a várias perguntas fundamentais:

Será este veículo elétrico utilizado principalmente para deslocamento urbano ou para viagens de longa distância?

O veículo elétrico transportará cargas pesadas ou funcionará principalmente apenas quando descarregado?

Este veículo experimentará um grande número de operações de arranque e parada?

O veículo eléctrico tem de funcionar apenas em superfícies planas ou tem de subir encostas íngremes?

Todos os tipos de veículos elétricos (carros de passageiros, empilhadeiras elétricas, carrinhos de golfe, AGV, veículos utilitários, etc.) têm requisitos de binário e potência diferentes, apesar de serem operados a velocidades semelhantes.

Fase 2: Calcular o requisito de binário da roda

O binário do motor é determinado principalmente pelas forças de resistência que atuam sobre as rodas do veículo, que podem incluir:

Resistência ao rolamento

Resistência aerodinâmica

Resistência de grau (pista)

Força de aceleração

Em arranques de baixa velocidade, a demanda de binário das rodas é a mais elevada.se aplicável) para superar estas forças sob as piores condições.

A maioria dos veículos elétricos utilizados na indústria (como na fabricação ou na distribuição) precisa fornecer um par de arranque maior do que outros veículos elétricos,como carrinhos de golfe e AGV (veículos guiados automaticamente).

Fase 3: Calcular os objetivos necessários para a aceleração e a capacidade de escalada

O desempenho da aceleração e a capacidade de subida têm um impacto importante na seleção do binário ao utilizar o binário emitido pela Terra para determinar a capacidade de desempenho do binário num veículo elétrico.

Ao determinar a aceleração e as capacidades de escalada, deve considerar os seguintes critérios:

Tempo desejado para atingir a aceleração máxima (ou seja, 0 ′ 30 km/h)

Inclinação máxima que o VE deve escalar

Massa do veículo quando totalmente carregado.

Quando se utiliza uma magnitude de binário mais elevada, proporciona os seguintes benefícios:

Resposta de aceleração maior

Operação estável em rampas e encostas

Redução da tensão sobre o sistema de transmissão (componentes do sistema de transmissão) do veículo elétrico

Em geral, ao projetar veículos elétricos comerciais e industriais, a capacidade de torque contínuo é mais importante do que a capacidade de torque máximo de curta duração.

SAs exigências de potência aumentam com a velocidade do veículo porque:

• A resistência aerodinâmica aumenta com a velocidade

• Carga contínua do veículo à velocidade de cruzeiro

A maior demanda de potência coincide com altas velocidades, enquanto a maior demanda de binário coincide com baixas velocidades.

Fatores que determinam os fatores mais importantes

Ao calcular a potência e o binário do motor necessários, há vários fatores a considerar, incluindo:

• A velocidade máxima do veículo

• Duração do tempo em velocidade máxima

• Limites térmicos do motor

Para ser considerado de tamanho adequado, o motor deve funcionar de forma mais eficiente na velocidade de condução mais frequente do veículo e não apenas na sua potência máxima.

Proporção de engrenagens e configuração da linha de transmissão

A potência e o binário do motor só podem ser determinados se tiverem sido considerados todos os componentes da linha de transmissão.

• Utilização de uma caixa de velocidades de uma ou de várias velocidades

• Se a unidade deve ser de tração directa ou de redução

• A eficiência do diferencial e do eixo

Ao calcular a relação de engrenagem, um motor de tamanho adequado fornece binário suficiente para as rodas e pode ser melhor utilizado em qualquer faixa de operação.Os projetos de veículos elétricos podem reduzir o tamanho físico do motor, mantendo o desempenho.

Contínuo versus Pico de Classificação

A maioria dos tipos de motores de veículos elétricos pode ter um bom desempenho nos aspectos de pico (a curto prazo) e contínuo (limitado térmico).A análise das potências contínuas é essencial para determinar a fiabilidade e durabilidade de um motor em funcionamento normalA potência e o binário contínuos garantirão o desempenho a longo prazo;Os valores de potência máxima e de binário só são tipicamente aplicáveis durante eventos de aceleração ou mudanças rápidas de funcionamento..

Se um projetista de veículos elétricos utilizar apenas a potência máxima do motor ao selecionar, o projetista poderá calcular erroneamente as potências contínuas.Isto pode conduzir ao sobreaquecimento e, em alguns casos, a danos extensos ou a uma vida útil mais curta do que o normal.

Especificações do motor combinadas com a estratégia de controlo

Os controladores do motor e a estratégia de controlo afectam directamente a forma como o binário utilizável e a potência são derivados do motor.

• Capacidades de enfraquecimento de campo

• Precisão do controlo do binário

• Capacidade de travagem regenerativa

Os veículos elétricos (EVs) mais comumente usam projetos de motores de ampla faixa de velocidade e algoritmos avançados de controle para gerenciar torque, potência, eficiência e desempenho térmico.

Erros comuns de seleção motora

Os erros mais comuns cometidos pelos projetistas de veículos elétricos na seleção do motor elétrico incluem:

• Dimensionamento excessivo ou não adequado à potência do motor; isto conduzirá a não ter em conta os ciclos de trabalho.

• Ignorar os requisitos de binário contínuo.

• Utilizando os números de binário de pico em oposição ao binário utilizável no volante.

• Falha de determinar com precisão a que tipo de linha de transmissão está ligado o motor.

Ao evitar esse tipo de erro, os projetistas podem aumentar a eficiência do sistema elétrico e, por sua vez, diminuir o custo total do veículo.

Conclusão

A decisão sobre a potência e o binário de um motor elétrico é uma decisão de engenharia a nível do sistema e requer mais do que apenas a seleção de um único parâmetro.A selecção correta da potência do motor e do binário deve ter em conta::

• Como será utilizado o veículo e o seu ambiente de funcionamento

• Que nível de binário será necessário tanto para a operação a baixa velocidade como para a capacidade de carga?

• Quanta energia será necessária para manter velocidades de cruzeiro

• Função geral, incluindo todos os componentes da linha de transmissão, estratégia de controlo e limites térmicos.

Através do equilíbrio desses fatores, o designer de veículos elétricos pode utilizar melhor as variáveis para criar um veículo elétrico de desempenho ideal que tenha uma eficiência superior,características de fiabilidade e custo.