电动自行车发展到现在,人们还从未像今天这样关注电动自车行的爬坡能力。更有甚者把爬坡能力的大小作为衡量电动自行车性能的最重要指标,整车厂把爬坡能力强作为卖点,消费者把它作为选购电动自行车的依据。究竟如何看待电动车的爬坡能力,本文以实例计算分析,爬坡能力强所需付出的代价以及带来的严重后果。
1.爬坡能力在国标中未有规定: 爬坡能力在燃油助动车的国标中是有规定的,而国标GB17761-1999《电动自行车通用技术条件》中未规定,其原因:
1)电自行车问世的初衷是“助力”,而不是具有“强劲动力”。
2)电动自行车携带的能源有限,而爬坡需消耗较多的能量。
3)国标GB17761规定了电机的额定连续输出功率应不大于240瓦,远低于可爬4.5度坡、输出功率为数千瓦的燃油车。
4)爬坡能力强的电动自行车,其加速也快。因为它在非机动车道上行驶,所以从安全性出出发,标准未作规定。
2.爬坡阻力和转矩的计算:
电动自行车在爬坡过程中,受三种阻力,即轮胎和地面间的滚动摩擦力Fg、迎风阻力Ff和爬坡阻力Fα。为简化起见,在此忽略前两种阻力,仅计及爬坡阻力Fα,其大小等于
Fα=G·sinα(N)
式中G-车重+载重(N)
α-坡度角(°)
爬坡转矩Mα
Mα=Fα·RL=G·sinα·RL(Nm)
式中RL-轮胎半径(m)
近期不断出现可爬12度坡的报导,也有报导可爬15度甚至16度坡,下面就以12度坡为例计算所需转矩。
依标准,G=车重+载重=(40+75)Kg
=1128(N)
18″车,轮胎半径RL=0.228(m)
将数据代入上式,则所需爬坡转矩
Mα=1128×sinα12×0.228=53.5(Nm)
考虑到滚动阻力和迎风阻力,电机所提供的转矩
M>Mα=53.5Nm
3.电机的反电势系数Ke和转矩常数Km
电机的反电势系数Ke由多个电机参数,如绕组系数Kw,每相串联匝数W(对于有刷电机为 每支路串联匝数),电枢直径Da,有效铁芯长度lδ,气隙磁密Bδ等所决定。对于一台已经制作完成的电机,Ke基本上为一定值。
对于额定电压、转速相同的电机,即使类型不同、设计不同的电机,反电势系数Ke没有明显的差别,当然效率高的电机Ke稍大。
在一定的电磁单位制下,转矩常数Km和反电势系数Ke在数值上是相等的,例如,对于18″36V车速V=25Km/h的电动自行车所用电机,两参数如下:
Km≈1Nm/A
Ke≈1VS/rad
4.爬坡所需电流(峰值)计算
由转矩平衡方程:
Me=Mo+ML
=Mo+Mg+Mf+ Mα
式中 Me=KmImax —电磁转矩(Nm)
Imax—最大电流(A)
Mo—电机空载转矩(Nm)
Mg—轮胎和地面间的阻力矩(Nm)
Mf—迎风阻力矩(Nm)
为计算简单起见,忽略Mo、Mg和Mf,则有
Me≥Mα
KmImax≥Mα
Imax≥Mα/Km=53.5/1=53.5(A)
也就是说,对于配备36V电源,车速为25 Km/h的18″车,要爬12度坡其峰值电流,要大于53.5A才可行,对于车速更高、轮胎直径小的电动自行车,其转矩常数Km更小,则需要更大的电流。
5.大电流的危害
为爬角度较大的坡,需要大电流产生大转矩,这将会引起以下严重后果:
1)大电流将对蓄电池产生冲击,影响其循环寿命,严重者电池使用1-2个月后性能已大大下降,达不到使用要求。这表面看来似乎是电池的问题,但其根源在电机和控制器。目前这一现象已在业界出现,务必引起注意。
2)大电流对控制器的要求提高,若不增加功率管的电流裕量,则控制器易被烧坏,造成故障,降低了可靠性,若增加电流裕量,控制器成本增加。
3)减小了充电一次续驶里程。
4)电机内损耗增加,易引起永磁体的热退磁和电流冲击退磁。
5)如前所述,爬坡能力强的电动车其加速快,在非机动车道上行驶,易造成安全事故。
在这里特别指出,上述计算的是电机内瞬时峰值电流,而非测功机测量的平均电流,对于电枢电阻小的电机,二则有较大的差别。
6)系统匹配问题。
再次强调,对于电动自行车而言,电机和控制器、电池和充电器以及车体是一个系统工程,绝对不可突出某一零件的功能和作用而对其他部件造成损害。尤其是对整车厂而言,应全面分析、判断各部件的匹配问题,使其各自发挥出应有的作用。而对于部件配套厂,为突出自身,为找卖点,不惜危害其他部件的作法是极其有害的。
对于目前业界出现的这一现象,务必引起大家的高度重视,否则有可能破坏目前电动自行车的大好形势
(编辑:中国电动车网)