Электромобиль своими руками. Как спроектировать электрический транспорт. Расчёт мощности электродвигателя и батареи
Электромобиль своими руками
Электромобиль своими руками
- BLDC-мотор (безщёточный безредукторный мотор на постоянных магнитах, требуемой мощности)
- Контроллер такой же мощности. Контроллер - это сложное электронное устройство, которое:
- преобразует постоянный ток из батареи в 3-х фазный переменный для питания электродвигателя (мотор-колеса),
- является регулятором уровня мощности (скорости либо момента), подаваемой в мотор, в зависимости от положения ручки газа. - Про типы BLDC-контроллеров можете прочитать по этой ссылке.
- Батарея (аккумуляторная батарея, собранная из ячеек и соединённых с БМС (платой защиты ячеек от презаряда\переразряда). Чаще всего используют тяговые литий-железо-фосфатные ячейки, которые выглядят так.
- Управление: педаль газа либо ручка газа, тормозные рычаги (электронный тормоз), кнопка круиз-контроля (постоянная зафиксированная скорость), кнопка реверса (обратный ход). Педаль/ручка газа является обязательной, остальные - вспомогательные.
- Какая средняя скорость планируется?
- Какая максимальная скорость во время разгона?
- Вес электромобиля (с батареей, водителем и пассажирами)?
- Угол наклона дороги? Горная местность резко повышает требование в мощности мотора!
- Площадь поперечного сечения автомобиля и его обтекаемость.
- Диаметр колеса (от края покрышки до края) для правильного расчета коэффициента редукции (для тихоходных средств с редуктором).
- Ускорение: Если Вам в гонках важен старт с места (к примеру, 100 км/ч за 4 сеунды). Для этих расчетов нужны другие формулы, будет в следующей статье.
- Стиль вождения: спокойный\спортивный, городской\межгород.
- Дальность пробега.
Сx=0,342 (коэффициент аэродинамического сопротивления);
S=2м2 (площадь поперечного сечения автомобиля);
g = 9.81 м/с2 (ускорение свободного падения);
m=1000 кг (масса автомобиля);
Fтр= 0,018 (коэффициент силы трения для асфальта);
V3-(куб скорости автомобиля в м/с); 60 км/ч =16,67 м/с (переводим скорость из "км/ч" в "м/с" делением на 3,6);
α= 0° (угол наклона дороги);
ρв=1,225 кг/м3(плотность воздуха).
W= g * Fтр * m * V *cosα + 0,5*Сx * S * ρв*V3 + g * m * sinα*V
W = 9,8 * 0,018 * 1000 * 16,67*1 + 0,5*0,342 * 2* 1,225*(16,67)3 + 9,8 * 1000 * 0 = 2940+1940+0= 4 880 Вт.
Это сколько чистой энергии надо затратить на передвижение. Часть энергии теряется по пути из батареи. По этому, поделим полученный результат на общий КПД (трансмиссии (~0,76), электродвигателя (~0,90), контроллера (~0,95)) приблизительно равный 0,76*0,90*0,95=0,65.
Фактически из батареи надо выдать больше энергии, пока передадим эту энергию на движение, часть потеряется в узлах (на трение, теплоотдачу).
Итак, 4880 / 0,65=7509 Вт - такую мощность должна выдавать батарея.
Итого для движения по ровной дороге со скоростью 60 км/ч требуется 7509 Вт мощности системы.
Для того чтобы понять, как мощность зависит от скорости и угла наклона дороги, произведём вычисления в Excel-е и создадим графики (*):