ECEN5017 Lecture 5CU‐Boulder Announcements

• HW1 due 9am MDT, Monday, Sep. 9– Submit a single, easily readable pdf file via D2L– Late work will receive no credit– Collaboration is encouraged; use blog

• Short tutorial on MATLAB/Simulink posted on the CAETE site with other recorded lectures

• HW2 will include Simulink model simulations

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Please disregard USU‐specific announcements in lectures recorded by Prof. Zane at USU

Today• Consider impact of vehicle component efficiency• Develop component & system simulation models

2

EV drivetrain components

3

ElectricMotor Transmission

wheels(radius rw)

ne

TenvTv

Fv v

3-phaseInverter

DC-DCConverter

BatteryPack

BatteryCharger

Electric Drive

Pbatt PDCIaIbIc

Tv: Torque at the wheelnv: wheel rotational speed [rpm]rw = rv: Wheel radius

Parameter Review

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v: vehicle velocity (speed)Fv: Vehicle tractive forceTv: Torque at the wheelnv: wheel rotational speed [rpm]ωv: wheel angular speed [rad/sec]Pv: Vehicle tractive power

Mv: vehicle massrw = rv: Wheel radiusCr: Rolling resistance coefficientCd: Aerodynamic drag coefficientAv: Vehicle front areaair density

Vehicle / wheel level parameters

gratio: gear ratione: motor rotational speed [rpm]ωe: motor angular speed [rad/sec]Te: motor/engine torque [Nm]Ke: Torque constantPe_max: Maximum motor powerTe_max: Maximum motor torquevb: Base speed, torque/power limit boundaryx: motor speed factor, ratio vmax / vbta: time spec to accelerate to speed vfm: motor efficiency

Motor / engine parameters

Component Efficiency

5

ElectricMotor Transmission

wheels(radius rw)

ne

TenvTv

Fv v

3-phaseInverter

DC-DCConverter

BatteryPack

BatteryCharger

Electric Drive

Pbatt PDCIaIbIc

Electric Motor Efficiency

6

Electric Motor Efficiency

7

Evaluation of 2004 Toyota Prius Hybrid Electric Drive System(2005 report by Oak Ridge National Lab)

8

Drive Cycle Force and Speed Requirements

DC‐DC Converter Efficiency

9

Evaluation of 2004 Toyota Prius Hybrid Electric Drive System(2005 report by Oak Ridge National Lab)

EV Simulation Models

10

Driver Dynamics

11

Simulink Plant Implementation

12

Resistive Force Model

13

Drive Train Model

14

ElectricMotor Transmission

wheels(radius rw)

ne

TenvTv

Fv v

3-phaseInverter

DC-DCConverter

BatteryPack

BatteryCharger

Electric Drive

Pbatt PDCIaIbIc

Battery Model

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DC‐DC Converter Model

16

DC‐DC Functional Model

17

Motor Drive Inverter

18

Inverter Functional Model

19

Motor Model

20

Engine Torque/Power Limits

21

Gear Ratio and Tire

22

23

Initialization File

Drive Train Model

24

ElectricMotor Transmission

wheels(radius rw)

ne

TenvTv

Fv v

3-phaseInverter

DC-DCConverter

BatteryPack

BatteryCharger

Electric Drive

Pbatt PDCIaIbIc