[讨论][转帖]浅谈电动自行车的爬坡能力

YANGSH

[color=#483D8B]浅谈电动自行车的爬坡能力  
  
　　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。
　　
宁波北斗科技有限公司
电话：0574-63510488

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YANGSH

[这个贴子最后由YANGSH在 2005/06/28 05:25pm 第 1 次编辑]

技术方面的问题是有点复杂。
但强调一点的是：

[color=#1E90FF]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。

suzou

虽说电机和控制器、电池和充电器以及车体是一个系统工程，但是若电动车爬坡力太差，这车也实在无用,因为道路常常是崎岖曲折的......爬坡力应该作为选车的一个重要指标....
象水工自制的电动车，据说上20度坡不减速，我想若水工做整车厂，估计也不会制造出些爬坡无力的车吧....

YANGSH

下面引用由suzou在 2005/06/28 05:32pm 发表的内容：
虽说电机和控制器、电池和充电器以及车体是一个系统工程，但是若电动车爬坡力太差，这车也实在无用,因为道路常常是崎岖曲折的......爬坡力应该作为选车的一个重要指标....
象水工自制的电动车，据说上20度坡不减 ...

水工厉害，真厉害！

水穷云起

下面引用由suzou在 2005/06/28 05:32pm 发表的内容：
虽说电机和控制器、电池和充电器以及车体是一个系统工程，但是若电动车爬坡力太差，这车也实在无用,因为道路常常是崎岖曲折的......爬坡力应该作为选车的一个重要指标....
象水工自制的电动车，据说上20度坡不减速，我想若水工做整车厂，估计也不会制造出些爬坡无力的车吧....

不行啊，我的车是46AH电池，限流25A，如果是电动自行车，20AH以下电池，我也无能为力，象我这样用，电池早就报销了。

suzou

[这个贴子最后由suzou在 2005/06/28 06:56pm 第 2 次编辑]

下面引用由水穷云起在 2005/06/28 06:33pm 发表的内容：
不行啊，我的车是46AH电池，限流25A，如果是电动自行车，20AH以下电池，我也无能为力，象我这样用，电池早就报销了。

水工，如你所说，你的电池是46AH的，限流是25A，我的电摩也是20°度坡不减速，电池是22AH，是不是限流控制在12A左右才好？
但实际上我的电摩控制器限流是控制在26A,指望象水工你那样用五年电池而不坏是不可能的，但是我希望能用两年就行了.....

水穷云起

我最高时速25，一般都用20，您呢？如果您也只开20KM/H的速度，应该能用两年吧。

suzou

下面引用由水穷云起在 2005/06/28 08:25pm 发表的内容：
我最高时速25，一般都用20，您呢？如果您也只开20KM/H的速度，应该能用两年吧。

平均速度大约为25公里每小时，有时40-45码（很少），有时15-20码（常常），总是在城里走走，那么多人，想快也快不了，电池的目标是两年

YANGSH

城市25公里每小时足够了。