Developing a framework for electric vehicle energy consumption analysis

Abstract

Thesis focuses on developing a framework of energy consumption analysis for an electric vehicle’s powertrain. Affecting components and quantities used in this thesis are based on literature. Components used to model the electric vehicle’s powertrain include the battery, electric machine, converter, gearbox/differential, and lastly wheels which act as a link between the powertrain and road. Affecting quantities are considered for each component of the powertrain. Based on these the tool is developed in a way that the power flows through the main components in correct way considering the affecting quantities of the components. Each of the components are provided with suitable efficiency tables to dynamically analyse the losses of them.

Alongside the component properties the framework tool includes possibility to analyse how different ambient conditions affect to the efficiency, losses, and consumption of the simulated electric vehicle. Main ambient conditions implemented in the model include ambient temperature, road surface/condition, and driving environment/speed profiles. Electric vehicles properties are also possible to modify to suit a specific vehicle.

Results include analysis of what kind of effects different vehicle configurations have to the efficiency, losses, and estimated consumption of the vehicle. Total losses are also distributed for each specific component to suit further analysis of the root causes for increased/decreased losses of the vehicle. Results of implementing different components and ambient conditions are clearly illustrated and explained in the thesis.

Diplomityö keskittyy sähköajoneuvon energiankulutuksen analysointityökalun viitekehyksen kehittämiseen. Voimansiirtojärjestelmän energiankulutukseen vaikuttavat komponentit ja niiden parametrit, joita tässä työssä käytetään perustuvat kirjallisuuteen. Komponentit, jotka on sisällytetty mallinnettuun viitekehykseen ovat sähköajoneuvon akku, sähkömoottori, konvertteri, vaihteisto/tasauspyörästö ja renkaat, jotka toimivat linkkinä voimansiirron ja tien välillä. Jokaiselle komponentille on harkittu hyötysuhteeseen vaikuttavat suureet. Näihin perustuen analysointityökalu on kehitetty siten, että komponenttien energiankulutukseen vaikuttavat suureet on otettu huomioon mallin signaaleissa. Jokainen mallin komponentti sisältää relevantin hyötysuhdekartan, joka mahdollistaa häviöiden ja energiankulutuksen analysoinnin dynaamisesti.

Komponenttien lisäksi analysointityökalu sisältää mahdollisuuden analysoida ympäristöolosuhteiden vaikutusta sähköajoneuvon hyötysuhteeseen, häviöihin ja kulutukseen. Varsinaiset ympäristöolosuhteet, jotka on sisällytetty analysointityökaluun sisältävät ympäristön lämpötilan, tien pintamateriaalin sekä kunnon ja ajoympäristön, jota voidaan kuvata myös ajoneuvon nopeusprofiilina. Sähköajoneuvon parametrit ovat myös muokattavissa vastaamaan tiettyä ajoneuvoa.

Tulokset sisältävät analyysin millainen vaikutus erilaisilla ajoneuvokonfiguraatioilla on ajoneuvon hyötysuhteeseen, häviöihin ja arvioutuun energiankulutukseen. Kokonaishäviöt on myös jaoteltu jokaiselle ajoneuvon komponentille tukemaan jatkoanalyysiä juurisyistä kohonneille/vähentyneille häviöille. Tulokset eri komponenttien käyttämisestä ja ympäristöolosuhteiden muokkaamisesta on selkeästi visualisoitu ja analysoitu diplomityössä.