بررسي تأثير الگوي رانندگي در عملكرد گرمائي موتور برقي خودروي نيسان LEAF

Investigation the effect of driving pattern on thermal performance of Nissan Leaf’s electric motor

در حالي كه كاهش آلاينده‌هاي كربني و مصرف انرژي سوخت‌هاي سنگواره اي به يكي از اصلي‌ترين دغدغه‌هاي محيط‌ زيستي و اقتصادي موجود در جهان تبديل شده، استفاده از خودروهاي برقي جدي‌تر از هميشه در دستور كار توليد‌ كنندگان و طراحان بزرگ صنعت خودرو قرار گرفته ‌است. پژوهش‌هاي بسياري نيز در زمينه موضوع خنك‌كاري موتور برقي در حال انجام‌ است. افت‌هاي مختلف الكترومغناطيسي و مكانيكي موجود در موتور مانند چشمه گرمايي عمل كرده و در صورتي كه به نحو مناسبي توسط سامانه خنك‌كاري دفع نشوند، زمينه‌ساز افت عملكرد و در نهايت فرسودگي زودتر از موعد موتور خواهند شد. به همين منظور در پژوهش پيش‌رو، طرح موتور برقي بدون جاروبك آهنرباي دائم خودروي نيسان LEAF، در نرم‌افزار Motor-CAD تشكيل شده و پس از شبيه سازي افت‌هاي مختلف موجود در آن با اجراي شبيه‌ سازي‌هاي مختلف دو بعدي و سه‌ بعدي با روش اجزاء محدود، با استفاده از چهار چرخه رانندگي مشهور استاندارد و متمايز از ديدگاه عملكرد سامانه خنك‌كاري و نقاط بحراني دمايي مورد موشكافي قرار گرفته ‌است. پس از اجراي اين شبيه‌ سازي‌ها مشخص شد تفاوت در الگوي رانندگي مي‌تواند زمينه‌ساز ايجاد تغيير در رفتار گرمائي موتوربرقي شود. اين تغيير رفتاري ممكن است حتي منجر به جابجايي نقطه بحراني يا داغ‌ ترين نقطه موتور شود. به جز بحث مقدار عددي دماي بيشينه ثبت شده، از ديدگاه مدت زمان بحراني بودن نقاط مختلف نيز رفتار متفاوتي متناسب با چرخه رانندگي مدنظر در نتايج شبيه‌سازي‌ها به چشم مي‌خورد. بنابراين نوآوري اصلي اين پژوهش ضرورت توجه به الگوهاي رانندگي در طراحي يك سامانه خنك‌ كاري مناسب و بهينه براي موتور برقي با كاربرد محركه خودرو است.

Whereas reducing carbon pollutant and fossil fuel energy consumption have become the most important environmental and economic concerns in the world, electric vehicles and their cooling system are in automotive industry manufacturers and designers agendum more than ever. Various motor electromagnetic and mechanical losses act as heat sources and could lead to performance falloff and premature exhaustion indisputably, if they don’t dissipate by an appropriate cooling system. Thus, in present work, a model has been prepared in Motor-CAD software for Nissan LEAF’s BPM electric motor and after modelling various losses in it by means of 2D and 3D simulations with finite element method, it has been attentively investigated in terms of cooling system performance and hotspot temperatures and locations in four popular distinct standard driving cycles. It has been revealed in results that diversities in driving patterns can lead to different thermal reactions in vehicle’s electric motor. These changes can even rearrange thermal critical points and move hotspots to different parts of motor. Beside quantitative point of maximum temperatures, various transient responses have been monitored in simulations results and hotspot location moved differently in each cycle. Main novelty of the present research is clarifying the point that in order to design an efficient and suitable cooling system for electric motors in vehicles, driving pattern characteristics must be taken into account.