Kiihdytyksen voimakkuuden vaikutus sähköauton energiankulutukseen ja häviöihin

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan kiihdytyksen voimakkuuden vaikutusta täyssähköauton (BEV) energiankulutukseen, häviöihin ja sähköjärjestelmän kuormitukseen. Työn tavoitteena on arvioida, millainen kiihdytystapa on energiankulutuksen kannalta taloudellisin käytännön ajotilanteita kuvaavissa tarkasteluissa.

Työssä muodostettiin MATLAB-simulaatioita varten fysikaalinen häviömalli, joka huomioi ajoneuvon pitkittäisdynamiikan, ajovastukset sekä sähkömoottorin, voimansiirron ja sähköjärjestelmän häviöt. Mallilla tarkasteltiin erikseen pelkkää kiihdytysvaihetta sekä työn pääasiallisena käytännön tarkasteluna 1000 m vakiomatkaa, jossa eri kiihdytystavat kulkivat saman kokonaismatkan. Lisäksi tuloksia arvioitiin kahdella pidemmällä ajoprofiilisimulaatiolla sekä oikeilla autoilla tehdyillä CAN-/OBD-mittauksilla.

Tulosten perusteella pelkkä kiihdytysvaihe ja samaan kokonaismatkaan perustuva tarkastelu voivat johtaa eri tulkintaan. Vakiomatkatarkastelussa hitaasti kiihdyttäminen oli pienikulutuksisin kaikissa tapauksissa, kun taas voimakas kiihdytys kasvatti energiankulutusta noin 6,4–9,2 %. Ajoprofiilisimulaatioissa voimakkaat kiihdytykset kasvattivat kulutusta noin 3,8–4,0 %, ajoajan lyhentyessä vain noin 1,5–1,7 %. Lisäksi voimakas kiihdytys kasvatti sähköjärjestelmän huippuvirran noin 2,8–3,4-kertaiseksi hitaaseen kiihdytykseen verrattuna.

Oikeilla autoilla tehdyt mittaukset tukivat simulaatioiden yleistä trendiä. Tulosten perusteella sähköauton taloudelliseksi kiihdytystavaksi voidaan suositella tasaista ja rauhallista kiihdytystä, jossa vältetään tarpeettoman voimakkaita kiihdytyksiä.

This bachelor’s thesis examines the effect of acceleration intensity on the energy consumption, losses and electrical system load of a battery electric vehicle (BEV). The objective is to evaluate which acceleration strategy is the most energy-efficient in practical driving situations.

A physical loss model was developed for MATLAB simulations. The model accounts for vehicle longitudinal dynamics, driving resistances, and losses in the electric motor, drivetrain and electrical system. The model was used to analyze the acceleration phase separately and, as the main practical analysis, a fixed distance of 1000 m, where each acceleration strategy covered the same total distance. The results were also evaluated using two longer driving profile simulations and CAN/OBD measurements conducted with real vehicles.

The results show that analyzing only the acceleration phase and analyzing a fixed distance can lead to different conclusions. In the fixed-distance analysis, slow acceleration resulted in the lowest energy consumption in all cases, while strong acceleration increased consumption by approximately 6.4–9.2 %. In the driving profile simulations, strong acceleration increased energy consumption by approximately 3.8–4.0 %, while reducing driving time by only 1.5–1.7 %. In addition, strong acceleration increased the peak current of the electrical system by approximately 2.8–3.4 times compared with slow acceleration.

The measurements conducted with real vehicles supported the general trends observed in the simulations. Based on the results, an energy-efficient acceleration strategy for a BEV is smooth and calm acceleration, avoiding unnecessarily strong accelerations.