Efficiency in Electric Vehicle Gearboxes

I denna rapport har verkningsgraden och förluster för elbilars växellådor analyserats. Med hjälp av en programvara för beräkning och analys av växellådor (Romax) skapades en verkningsgradsmatris för en elbils växellåda. I analysen användes standardkörcykeln WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) som delades in i tre körcykler: stadskörning, blandad körning och motorvägskörning. Verkningsgradmatrisen beskriver växellådans verkningsgrad i förhållande till varvtal och moment. Därefter mappades varje sekunds varvtal och moment för respektive körcykel mot den framtagna matrisen för att erhålla en verkningsgrad för respektive tidpunkt. Slutligen summerades energiförbrukningen både för ideal körning, dvs inga förluster i växellådan, och simulerad körning med inräknade förluster i växellådan. Utgående från erhållen data togs en verkningsgrad för hela körcyklarna fram där summeringen av den ideala körningen divideras med summeringen för den simulerade körningen. Resultatet för stadskörning med ideal växellåda var att den krävde 0.307 kWh på en sträcka som var 3.09 km vilket resulterade i en snittförbrukning på 0.992 kWh/mil till skillnad från körningen med simulerad växellåda som krävde 0.318 kWh på samma sträcka, som i sin tur resulterade i snittförbrukningen 1.03 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.965 och förluster på 0.011 kWh/mil. För blandad körning blev energiförbrukningen för ideala fallet 1.39 kWh på en 11.9 km långsträcka, vilket resulterade i en snittförbrukning på 1.17 kWh/mil. För körningen med simulerad växellåda blev den beräknade energiförbrukningen på 1.45 kWh vilket blir en snittförbrukning på 1.22 kWh/mil därav en verkningsgrad på 0.957 och förluster på 0.0526 kWh/mil. För motorvägskörningen blev energiförbrukning 1.45 kWh på en 8.25 km lång sträcka, vilket resulterade i 1.76 kWh/mil i snittförbrukning för det ideala fallet. Med simulerad växellåda blev energiförbrukningen 1.50 kWh och snittförbrukningen 1.82 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.967. Med detta erhålls förluster på 0.0604 kWh/mil. Avslutningsvis visar resultatet från arbetet att verkningsgraden hos växellådan var som högst för körning på motorväg, följt av stadskörning och blandad körning. För alla körfall var verkningsgraden hög och låg mellan 95-97 %.The project goal was to analyse the efficiency and energy losses for electric car gearboxes. This was done through creating an efficiency matrix for a simulated gearbox in Romax. The efficiency matrix plots the efficiency against revolutions per minute and torque. For further analysis the standardised driving cycle WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) was divided into three separate driving cycles: city-, mixed- and highway driving. The time interval for these three driving cycles were one second and had their respective RPM and torque mapped onto the efficiency matrix obtaining that moment’s efficiency according to our analysis. Furthermore, the energy consumption for both ideal and simulated driving, meaning whether the gearbox has losses or not according to our efficiency matrix, were summed up. This enabled calculating the efficiency of the gearbox for any of the diving cycles, including the complete cycle, through dividing the ideal and simulated energy consumption. Firstly, the result for city driving was that the ideal driving required 0.307 kWh for a 3.09 kmstretch resulting in an average consumption of 0.992 kWh/10 km. The simulated driving required1.03 kWh for the same stretch resulting in an average energy consumption of 1.18 kWh/10 km,hence an efficiency of 0.965 and an energy loss of 0.0112 kWh/10 km. Secondly, the result from mixed driving was that ideal driving required 1.39 kWh for a 8.25 km stretch resulting in an average consumption of 1.17 kWh/10 km. For the simulated driving the required energy was 1.45 kWh resulting in an average energy consumption of 1.22 kWh/10 km, hence an efficiency of 0.957 and an energy loss of 0.0526 kWh/10 km. Lastly, the result from highway driving was that ideal driving requirement of 1.45 kWh for a 8.25 km stretch, resulting in an average energy consumption of 1.82 kWh/10 km. Meanwhile, the simulated energy requirement was 1.50 kWh resulting in an efficiency of 0.967 and energy loss of0.0604 kWh/10 km. A conclusion that could be drawn from the project was that the gearbox efficiency was highest for highway driving followed by city driving and mixed driving in that order. Furthermore, the efficiency for all types of driving were high with values between 95-97%