電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

本探討動力系統的效率對電動自行車續航力的影響。

由於永磁馬達的技術發展,現今的馬達效率都比傳統馬達來得高,因此電動自行車的馬達效率, 都可輕鬆的達到80%以上。由馬達特性數據表中,我們可以量到電動自行車的動力系統效率,確實可以符合80%以上的描述;本次量測的最高效率甚至達到84.32%。

電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

馬達特性數據表

將量測的數據,以圖表的型式表現,則下圖中的綠色線段為馬達效率對比於轉矩的表現。此時可以明顯的發現,原來馬達的轉換效率在對應不同轉矩值時,是不一樣的。84.32%其實是在低轉矩負載時,才有的優異表現。

電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

馬達特性曲線圖

上圖是採用馬達常見的表示方式,我們改採電動自行車比較容易理解的單位,以時速與效率的關係來看,轉換的結果如下圖所示。圖中可以發現,當電動自行車的速度越快時,動力系統的效率越高;但若速度超過最高效率點時,則效率又快速下降。另外筆者在圖中分別標示了紅色的左半面及藍色的右半面,是要告知在低轉速高轉矩時的紅色左半面,往往是大電流的供電狀態,對馬達而言,會有大量的銅損產生,降低能量轉換的效率;大電流也代表電動自行車的續航力下降。而對於高轉速低轉矩的使用狀態下,與速度有關的機械損、風損及鐵損會出現,造成效率的下降。

電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

效率與時速比對

由上圖的效率與時速的比對後,我們會得到一個結果,高速騎乘時,只要不超過臨界值,則可以維持高效率的能量轉換狀態,使續航力提升;因此當法規限制電動自行車的最高時速為25公里時,將最高效率點設計在此時速條件下,才會獲得最佳的續航力表現。然而自行車還有輪徑的選擇,不同輪徑對應於25公里的時速下,其輪子的轉速並不相同,因此若僅用單一規格的馬達來通用,就會造成實際工作點的效率表現不佳的情況。如下圖所示,此顆馬達最高效率約為84%,若以標示效率80%以上,能適用的輪徑範圍,就會有限,僅適合24寸至29寸之間的輪徑。這也代表,若您挑了一顆高效率的馬達,但實際的工作轉速不正確,那產品的效率表現,仍然是不如預期的,就會造成電動自行車的續航力表現較差。

電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

輪徑、轉速與效率差異

若光看速度與效率的表現,還會有一種低速就耗電的感覺。難到騎電動自行車,不能慢慢騎嗎? 這點就是犯了剛剛為了輕鬆理解,將Y軸座標由轉矩轉換為時速的誤會。時速顯示慢,是因為負載很重,導致速度降下來;主要是反應了轉矩與轉速的對比關係,並非指騎乘者自行降速的使用情況。這也是馬達業內會將Y軸以轉矩呈現的原因,只是會讓一般人不容易理解及感受。因轉矩跟時速,是對比的關係,造成"效率與轉矩比對圖"跟"效率與時速比圖"看起來就是直接對稱顛倒的樣子。

電動自行車:續航力與馬達效率 ( I )

效率與轉矩比對

而真正耗電的情況,是在載重或是爬坡那類的騎乘條件,此時會有低速、大電流這兩個條件都存在,其能量轉換的效率才會真的變差。

重點整理:
想省電,要先確認使用條件;選錯規格,高效率還是耗電。


馬達技術傳承計畫
想要馬達的技術嗎?想要的話可以全部給你,去找吧!
我把所有的知識都放在那裡了。
一年多前買的大陸鋰電池包已經掛掉了.
5年前台灣買的鋰電池包還頭好壯壯..
我拆開大陸鋰電池包 發現裡面的18650真的很爛.
有幾顆已經完全死掉. 電池外面都沒標示,應該是回收電池..

台灣買的鋰電池包 裡面就有標示.
應該是全新的. 所以它能撐5年以上.

這裡奉勸大家不要貪便宜買 大陸鋰電池包,
便宜了20%卻只有不到1半的使用時間..
蘋果日報跟奇摩新聞都已經變成紅色媒體.
樓主您好: 首先感謝您願意分享有關無刷馬達的動態測試資料,我只有馬達使用上的一些經驗,但沒做過如此詳盡的測試,我有些問題想請樓主釋疑:

1. 同一顆 350w 無刷馬達,當我裝在 16 吋輪框,20 吋輪框,24吋輪框,26吋輪框,在同一測試路段,不同的輪框會有不同的動力表現與電池耐力表現,同時掛上車速表後的行車速度差距也蠻大的,我想請問一下以您的測試經驗而言,哪一種輪框會比較適合36v350w的無刷馬達?尤其在電池持續力上面。

2。我們都知道無刷馬達的齒輪比越高,扭力越大,但轉速越慢,有可能在馬達掛個類似汽車的ECVT ,可變齒比變速機構,這樣在低速時有扭力,高速時有馬力,而不是像現在這樣都是固定式?
p205jack
如果以這種前輪驅動模式而言,應該沒有什麼區別?畢竟馬達轉速被電樞極數限制,最大轉速就是這樣,就算賣力的踩,在平路大約就是 21,22 km/h,這個是我 24吋車胎的最大速度。
lion01 wrote:
ECVT


我不是樓主..不過我提出幾個看法你可以參考看看...

首先每個馬達即使表面上"規格"一樣..內齒比.扭力.轉速也都不同..很難去判斷到底哪個會比較合適....
花鼓式最大的問題出在..難有"全能"的表現...
因為扭力.轉速原因...爬坡700c在爬坡上效率會會比較差 .而平路16吋效率會比較差..
但是以"平均"整趟下來...功耗損失.還在可控範圍內


而公路車並非大功率輸出 裝ECVT 就省電來說...很明顯就不是一個好方法
首先 ECVT...本身就會有傳動損耗...而這個損耗在低功耗的單車上使用..至少會多出5%以上的能量損耗...
整趟下來會比原本的功耗損失還大....

這也是很多電動車不用 ECVT 的最大原因..除了保養上.成本上.在功耗上也佔不到什麼便宜.還不如把馬力增大到能夠爬坡..用馬力來解決扭矩問題....
簡單的就是你26吋輪框350w的馬達扭力不夠爬不上去....那就用700w的馬達就好..

原料成本.保養上.功耗上都會比ECVT來的優秀

我能想到可以運用ECVT在電動車上的大概就是捷運或超跑. 電動大卡車..這類.需要相對"精確" 移動.或快慢幅度很大.載重也高的裝置上需要用到....
尤其超跑這種要快又要精準,能耗不是問題.你要想特斯拉都沒用了.還腳踏車....


而公路車的ECVT也並不是沒有...大盤式驅動...本身大盤.飛輪.變速系統本身就算是...而功耗效率.就沒有花鼓式來的優秀....大盤式驅動的最大目的也不在於效率...而是"自然的"輔助踩踏運動

就一般論來說..大盤式的馬達 可以250w.350w 反正有變速....
而26吋..花鼓式我建議350w起跳才能應付爬山...建議500w-700w...

小水管才會用什麼46/30 配11/34....
你練到金剛腿後,爬山還用管什麼齒比不齒比的? 一樣的道理
lion01 wrote:
樓主您好: 首先感謝...(恕刪)

會這樣問,可能你不知輪轂馬達都有對應的輪徑吧? 編對了輪徑效率最佳也最好騎

二十幾年前我在滑板車風行全球的鼻祖廠工作,幫改該廠的一隻電動滑板車成為2段自動變速,使用行星齒輪,離合器拿50cc機車CVT蹄片削薄來用,確實能自動變速, 起步一檔,車速到達設定值時離合器結合行星齒輪組為一体,就是二檔了,遇上坡路段車速變慢又跳回一檔爬坡

那只是簡單的原型車,每個轉動件還要再增加滾珠/針軸承,整体效果才能顯見

變速箱造價比使用較大馬達來提高扭矩成本更高,所以無人使用

PS; 30年前我在機車廠引擎課幫新車匹配過CVT,(彼時台灣機車幾乎仍是日本原始設定) 小馬力車款(<3hp)使用二段自動變速足夠了!尤其是電動車更不需使用耗能的CVT

2段自動變速的設計圖還在,我改在引擎車上
彎道小三/小四 /小五/ 6輪水陸仔 設計開發 造物者
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