电动自行车国标修订之“新六条”亟待完善(二)

来源:中国电动车网  宋子奎  2016-1-14  浏览12784次  

 

【中国电动车网 特约评论员、特邀撰稿人 宋子奎】当然,前提是:我们只有本着“科学严谨和有利于促进产业(行业)技术进步”为宗旨,乃有助于提升车辆本身“综合技术指标(包括安全性能指标)”为基本原则,并充分兼顾(侧重于)更有效改进产品“实用性能”、以期满足广泛消费者即更多普通百姓实际需求(合理诉求)为最终目的,方可“消除分歧、达成共识”,进而使“新国标(新六条)”更趋于完善。故而,或不应将上述推荐(优化)方案,简单的理解或解释为是一种变通做法(变通方案)。为能够充分阐明如上所述观点,并就该“补充(细化)”方案之技术运用的“科学(合理)性与先进性”,包括:该方案所涉及产品本身的“安全耐用性能”,以及它所具有的“经济实用性特点”及其显著的节能效果。我们不妨作如下更为具体的分析与探讨(以供参考):

 

1.关于适当提高“设计车速(预设指标)”主要依据及其安全性与合理性之研讨【见前文】

 

【接前文】

 

2.关于“补充(细化)”方案及其技术应用的科学(合理)性与先进性之研讨

 

2.1就适当提高“设计车速(预设指标)”如何能够提升车辆爬坡能力之原理简述

 

据“新六条”之相关规定:最高设计车速(即:限速指标)为“不大于25km/h”,同时规定电机额定功率指标(标称功率)为“不大于400W”。很明显,当“较大坡度”爬坡时,标称功率为400W之电机、所产生的驱动扭矩或是明显不够的,则车辆的动力性能(爬坡能力)将受到一定限制,继而难以适应不同地域(如:丘陵路况)即更广泛用户的实际需求。那么,如何才能有效弥补(完善)“新六条”之不足呢?我们不妨换一种思路来探讨问题的更有效解决,比如:在能够保障车辆本身安全性能、乃符合“新六条”相关技术指标要求(即:限速25km/h、电机功率400W)之前提下,我们可通过适当提高“设计车速(可将其视为:预设指标)”、便能够相应提升车辆的爬坡能力。为此,我们已在前述(前文)讨论内容中,针对于“新六条”之不足、提出了相应的“补充(细化)”方案,具体为:

 

在设有超速断电功能、且技术措施能够保障车速“不超标”之前提下,乃可以将“限速指标(25km/h)”、与设计车速(或称之为:预设额定车速)严格区分;同时规定“设计车速”可适当大于“限速指标”,如:可将“设计车速”适当提高为“限速指标”的1.4倍,并以“设计车速(预设指标)”来确定电机标称功率为“不大于400W”。而这样,即可在满足“新六条”之相关规定(电机功率400W、车速25km/h)”前提下,便能够将电机的输出转矩相应提高1.4倍,继而使车辆的爬坡能力(驱动扭矩)相应提高1.4倍。诚然,就如上所述解决方案,通常都会提出一些疑问(或质疑),例如:该补充(细化)方案将“设计车速”提高为“限速指标”的1。4倍,则“设计车速”即为25*1.4=35(km/h);再者,若以“设计车速(预设指标)35km/h”来确定电机标称功率为400W,就相当于提高了1.4倍的动力性能,而当车速由35km/h(即:设计车速或称之为“预设车速”)、降至25km/h(限速指标)行驶时,若将其折算成电机功率,就相当于电机功率可提高1.4倍,即为400*1.4=560(W)。或因此而认为它是一种变通做法(变通方案),乃变相增加了车辆1.4倍的动力性能,或对于车辆的“制动性能(制动距离)”及其安全性将产生不利影响。

 

其实不然,为此,我们已在前文中、结合车辆“平路、爬坡”等适时工况,作了较详尽阐明、并给出了参考结论:当设有“超速断电(包括制动断电)功能”之前提条件下,是由“设计车速(预设指标)”的35km/h、或是由“限速指标”的25km/h,来确定电机额定功率指标(标称功率)为400W,它对于车辆的制动性能(制动距离)及其安全性,二者间并未有明显差异(主要依据及其相关分析、笔者已在前文中具体给出,谨供参考)。然而,即便是我们排除了上述“或涉及(影响)产品安全性”的质疑,但就该方案的“实际应用效果”,通常也都会提出这样的问题(疑问),比如:通常认为,电动车的爬坡能力或仅与电机额定功率指标(标称功率)之大小有关,而就其“爬坡能力”或与所谓“设计车速(预设指标)”有关,则不太好理解。

 

而针对于上述“相关问题(疑问)”,则有必要着重强调与明确的是:对于电动车之电机“额定功率指标(标称功率)”的确定,它是以电机“设计转速”、即与之相对应的“设计车速”为基准的(对此应准确理解)。故而,更确切的讲:当“设计车速”相同时,其爬坡能力乃取决于电机额定功率指标(标称功率)之大小。据此,我们再来具体描述前述“补充(细化)”方案之“预期应用效果”,那就是:当设有超速断电功能、且技术措施能够保障车速“不超标”前提下,我们即可通过限制“实际车速(最高时速25km/h)”、乃低于“设计车速(预设车速35km/h)”行驶,则实为“降速使用”。由于车速下降为原先(预设车速35km/h)的“25/35=1/1.4(倍)”,而此时电机“输出功率(电功率消耗)”同样为400W时,则电机“输出转矩(驱动扭矩)”乃可相应提高1.4倍,继而使车辆的爬坡能力亦相应提高1.4倍。若进一步探究其“作用机理”、则可以理解为:我们乃通过“牺牲”电机转速(设计转速)、即与之相对应的“设计车速(预设指标)”,来“换取”电机输出转矩(驱动扭矩)的相应增加,便能够“较大幅度”提升车辆的爬坡能力。而对此,我们由电机转矩公式:T=P/n,就能够给予相应的解释。为便于理解、且有助于更为直观地探讨问题,我们不妨结合前述(前文)“讨论方案”、作如下更具体阐述(以供参考):

 

首先,由电机转矩公式T=P/n可知,当电机“额定功率P与额定转速n”等相关参数一定时,则“额定输出转矩T”乃既定的;再者,由前述(前文)“讨论方案”可知,当我们将设计车速(或将其视为:预设额定车速)提高为35km/h,但实际使用中、限制车速(实际车速)只允许它跑25km/h。那么,与“实际车速”相对应的电机转速n’即为设计转速n的“25/35=0.71(倍)”,而我们将电机实际转速n’=0.71n代入转矩公式T=P/n,则结果为:T’=P/n’=P/0.71n=1.4T。很明显,我们将设计车速(35km/h)与电机“设计转速”相对应,并以电机“设计转速(或将其视为:预设额定转速)”来确定电机标称功率为400W;那么,当电机实际转速n’为设计转速(即:预设额定转速)n的0.71倍,则电机输出转矩T’将提高为:T’=1.4T,即相当(等效)于400*1.4=560(W)电机所产生的电磁转矩。或者换言之,当电机“输出转矩(电磁转矩)”相同时,所需“能量(电功率)消耗”将减少为原先的0.71倍,则所需驱动功率(电功率消耗)仅为400*0。71=284(W)。综合如上分析乃表明:我们将“设计车速”提高至35km/h(为限速指标25km/h的1.4倍),但实际使用中、限制车速(实际车速)只允许它跑25km/h,那么,它与“新六条”之规定(设计车速与限速指标皆为25km/h)相比,则电机功效(能效比)乃相应提高了1.4倍(即T’=1.4T)。

 

不止如此,由于电机功效(能效比)提升了1.4倍,不仅仅是车辆的爬坡能力可相应提高1.4倍;并且由此所带来的积极(有益)效果还在于:电机做功、尤其是电机过载(爬坡)工况运行时,所需要的“能量(电功率)消耗”、以及电机做功所产生的“能量(电功率)损耗”都将大幅减少;进而可大幅降低(节省)能源(蓄电池)消耗,继而可在“续航里程”相同时,便能相应减少“动力电池”容量配置、以减轻整车重量。这不仅有助于(更趋于)满足“新六条”、关于整车重量(含电池)“不大于55kg”限重指标要求,而且更有利于实现产品“轻量化”设计。而这对于进一步优化产品综合技术性能(提升能效指标)乃具有显著效果,不但能够有效弥补(完善)“新六条”之不足,并且更能体现出“新国标”本身所具有的先进性(提升标准本身之技术含量);尤其是:它对于推动和促进电动自行车产业(行业)技术进步,以期适应更广泛消费者即众多普通百姓实际需求(合理诉求),乃至拉动整个产业(行业)及其“产销市场”可持续发展,则更具有积极(有益)效果和现实意义。

 

2.2就“补充(细化)方案”能够大幅节省能源消耗(提升能效比)之原理简述

 

回顾前述(前文)之“补充(细化)”方案可知,当设有超速断电(包括制动断电)功能、且技术措施能够保障车速“不超标”之前提条件下,是由“设计车速指标的35km/h”、或是由“限速指标的25km/h”来确定电机额定功率指标(标称功率)为400W,它对于车辆的制动性能(制动距离)及其安全性,二者间并未有明显差异(主要依据及其相关分析,笔者已在前文中具体给出,谨供参考)。但二者相比不同之处在于:我们将“设计车速(预设指标)”提高为35km/h,而实际使用中、限制车速(实际车速)只允许它跑25km/h;那么,它不仅仅是可将车辆的爬坡能力相应提高了1.4倍,而且更为重要的是:它对于大幅降低(节省)“能源(蓄电池)消耗”乃具有显著效果。比如,更具体讲,公知的,电动车之电机输出功率的大小,乃随着“负载转矩”之变化而变化;也就是说,电机“适时输出功率”是与负载转矩相对应的。据此,若车辆以35km/h的设计时速(或将其视为“预设指标”)行驶、且所需驱动功率为400W的话,而当以25km/h的实际车速(最高限速)行驶,则所需“驱动能量”将同比减少为25/35=0.71(倍),若我们将其折算成电机“实际输出功率(轴功率)”,则所需“驱动功率(电功率消耗)”亦同比下降为400*0.71=284(W)。

 

再者,经测量(测算),载荷75kg(车重约55kg),车速为25km/h“平路(微风)匀速”行驶、或“较小坡度”爬坡时,所需驱动功率(电机轴功率输出)一般≦284W。很明显,据前述“讨论方案”可知,电机功率由“车速为35km/h的400W”、降至为“车速为25km/h的284W”来使用;那么,当车辆处于“平路匀速行驶”工况、且电机输出功率约为284W,则电机做功时、乃处于(更趋于)“最高效率点(284W/400W=0.71)”附近区域,继而能够进一步降低电机工作(做功)时的“功率损耗”。并且,我们将电机由额定功率(标称功率)为400W(车速35km/h)、降至为284W(车速25km/h)来使用,则实为“降档(降速)”使用;那么,就目前电动自行车产品、广泛使用的“无刷电机(永磁电机)”而言,我们选择电机“降档(降速)”使用方案,则能够显著提升电机功效即“能效比”。而对此,这里更需要解释的是,针对于车辆处于“平路匀速(时速25km/h)”之额定工况行驶时,而我们之所以引入电机功效即“能效比”之参数概念,用于阐述“降档(降速)使用”永磁电机的节能效果、而不是以“电机效率”来探讨问题,则是因为:由“电机效率”来解释(阐述)“降档(降速)使用”永磁电机的节能效果,则存在一定“局限性”。现就此,探讨如下:

 

长期以来,甚至可以说,自“永磁电机(无刷电机)”诞生以来、乃至广泛应用至今,而我们对于“永磁电机”的节能技术研究,仍然套用“励磁电机(或感应电机)的研究理论,即通常认为:电机的输出功率(轴功率)P2是不能够>输入功率(电功率)P1的,若P2>P1(或P1<P2),则认为“电机效率将>1”、乃有悖于“能量守恒定律”。对此,笔者以为:对于励磁电机(或感应电机)来讲,欲使P2>P1(或P1<P2)乃无法做到的;但就“永磁电机(无刷电机)”、尤其对于“降档(降速)使用”之永磁电机而言,则不尽其然。为便于相关问题的更深入讨论,我们首先要明确如下相关概念(核心要点):公知的,“永磁电机(无刷电机)”与一般“励磁电机”相比,最根本区别就在于,它是由“永磁体”替换了励磁绕组,而“励磁功率”所占电机额定功率(标称值)之比例大致相同(相当),即“通常皆为5﹪左右”。据此,我们若将永磁电机之“永磁体”预先充磁所获得的“能量储备”、折算成“励磁功率(电功率)”,它所占电机额定功率(标称值)之比例亦为5﹪左右。明确了如上所述相关概念(核心要点),我们再来探讨如下相关问题,或更便于理解,比如:

 

永磁电机(无刷电机)是由“励磁电机”演变而来,但它与“励磁电机”相比,不同之处在于:永磁电机“励磁系统”之励磁功率,是我们利用永磁材料具有“剩磁(矫顽力)”之特性(特征)、预先“充磁”而获得的(乃预先储备的),而当电机工作(做功)时、并不需要从电源(蓄电池)汲取这部分能量(电功率),只要“永磁体”未退磁、则长期有效(以逸待劳、或可谓“无偿的”)。故而,当电机“输出功率(轴功率)”相同时,而“永磁电机(无刷电机)”同比与励磁电机、则可以相应减少(节省)5﹪的“能量(电功率)消耗”。而沿此思路,试想,我们通过相应增加永磁体之“能量储备”,若将其折算成“励磁功率”、并使它所占电机额定功率(标称值)之比例且大于5﹪;同时,再将电机做功时所产生的“功率损耗(主要为电枢绕组的铜损及铁芯部分的铁损)”相应降低、且相当于“额定功率(标称值)”的5﹪及以下。那么,由“永磁体”所节省出的“励磁功率(电功率消耗)”,将足以“抵偿”电机(电枢绕组等)所产生的“电功率损耗”、且尚有剩余,则电机输出功率(轴功率)P2将>电机输入功率P1。注:P1仅限于自“电源(蓄电池)”实际汲取的电功率。

 

基于如上讨论,我们不妨再依据“能量守恒定律”、来探讨“电机功效(或效率)与节能效果”二者间关系。比如:据前述“讨论方案”可知,我们将标称功率为400W之永磁电机、降档为284W来使用,而电机本身我们未做任何改动,则电机励磁系统的功率储备(励磁功率)、它所占电机标称功率(400W)之比例仍为5﹪,即为400*5﹪=20(W);但若将它与“标称功率同样为284W(常规设计、使用)”之电机相比,则励磁系统之励磁功率、它所占电机标称功率之比例将>5﹪,即为:20W/284W≧7﹪。进一步讲,我们将电机功率由“车速为35km/h的400W”、降至“车速为25km/h的284W”来使用,则电机工作(做功)时、更趋于“最高效率点(284W/400W=0.71)”附近区域,继而使电机做功时的“能量(电功率)损耗”将进一步降低。据此可见,当电机输出功率(轴功率)为284W、且电机做功所产生的“功率损耗”又相应降低,若功率损耗>14.2W、而<20W,即“功率损耗”所占电机“输出功率284W”之比例>5﹪、而<7﹪;那么,由“永磁体”所节省出的“励磁功率(电功率消耗)”,将足以“抵偿”电机(电枢绕组等)所产生的“电功率损耗”、且尚有剩余,则电机输出功率(轴功率)P2将>电机输入功率P1。注:P1仅限于自“电源(蓄电池)”实际汲取的电功率。

 

综上所述,我们或可以给出这样的参考结论:对于“降档(降速)使用”之永磁电机,而当电机处于“最高效率点”做功时,则电机“输出功率(轴功率)P2”或将>输入的“电功率P1”,但这并不违背“能量守恒定律”。例如,据能量守恒定律内容可知:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为其它形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。据此或不难理解:遵循“能量总量保持不变”之能量守恒基本原则,而我们选择前述“降档(降速)使用”方案,它相比于“常规设计(使用)”之电机,由于“永磁体”之能量(励磁功率)储备相应增加(如:所占输出功率284W之比例相应增加至≧7﹪);而且这部分能量并不需要从电源(蓄电池)汲取,但它也不会凭空消失、并实实在在的参与了“电机做功时的能量转换”,且转换为“输出功率(轴功率)P2”的一部分,进而相应提高了“电机出力”。至此明显可见,我们若将“永磁体”预先储备的能量(励磁功率)、也视为电机“实际输入功率之其中一部分”,然后再由“能量守恒定律”来解释它,方才是“全面与完整的”。

 

因此,就前述永磁电机之“降档(降速)”使用方案而言,即便是我们能够做的P2>P1(注:P1仅限于“自电源即蓄电池”实际汲取的电功率),但它并不违背“能量守恒定律”。当然,针对于前述“降档(降速)”使用方案,我们不能仅局限于“平路匀速行驶(时速25km/h、电机输出功率284W)”的额定工况、来探讨问题;而当车辆处于“爬坡工况(即:电机过载运行工况)”时,我们采用如前所述“降档(降速)”使用方案,其节能效果又如何呢?这乃我们更需要着重探讨之问题。而为了便于之后相关问题的更深入讨论,我们还需明确一些关键性概念,例如,就永磁电机(无刷电机)应用于电动自行车产品之“节能(优化)设计”,或应包括两个方面的研究内容:其一,当电机输出转矩(驱动扭矩)相同时,如何来提升电机功效即“能效比”、以期更有效节省“能量(电功率)消耗”;其二,当车辆处于“爬坡工况(即:电机过载运行工况)”时,如何来提高电机效率(电机做功之“能量转换效率”)、以期更有效降低(减少)电机做功时所产生的“能量(电功率)损耗”。而这其中:

 

所谓提升“能效比”是指:我们将电功率P1转换为机械输出功率(轴功率)P2时,如何来有效降低(节省)电机做功所需要的“能量(电功率)消耗”、而不是“能量(电功率)损耗”。那么,如何来有效降低(节省)电机做功时的“能量(电功率)消耗”呢?对此,我们已在前述“讨论方案”中作了较充分阐明,若概括地讲,就是:我们可将“设计车速(预设指标)”提高为35km/h,而在实际使用中、限制车速(实际车速)只允许它跑25km/h,则实为“电机降档(降速)使用”,进而使电机功效(能效比)可将相应提高1.4倍(即T’=1.4T);并且,当电机处于(趋于)“最高效率点(时速25km/h、电机输出功率284W)”运行时,电机输出功率(轴功率)P2或将>输入功率(电功率)P1。因此,它与“新六条”之规定(设计车速及限速指标皆为25km/h)相比,其节能效果乃尤为显著的。基于如上所述“电机功效(能效比)”提升1。4倍为前提,我们再来探讨车辆“爬坡工况(即:电机过载运行工况)”时,它如何能够有效降低电机做功时所产生的“功率损耗”、而不是“功率消耗”,或更便于理解。具体讲,当车辆爬坡时,随着爬坡角度的适时增大、“负载转矩”亦相应增加;而为了平衡“负载转矩”增加,则电机输出功率(轴功率)亦将随之增加,例如:

 

就前述“讨论方案”而言,当电机输出功率由284W增加至400W时,则电机做功所产生的“功率损耗”亦相应增加,电机“做功效率”亦将相应降低。但这里需要提示与明确的是:当电机输出功率由284W增大至400W时,它与电机输出功率为284W(即:最高效率点运行工况)相比,虽然电机效率会有所降低,但此时电机输出功率仍为额定值(400W)、并未过载,其做功效率(即:将电功率转换轴功率之能量转换效率)仍然是相对较高的,其“功率损耗”仍然是相对较低的。再者,据前述(前文)之“补充(细化)”方案可知,我们将设计车速(预设指标)提高为35km/h、且仍然保持“电机额定功率指标(标称功率)为400W”不变,而在实际使用中、限制车速(实际车速)只允许它25km/h,则能够提高1.4倍的“输出转矩”,即相当(等效)于400*1.4=560(W)电机所产生的“输出转矩”。据此,我们若将它与“新六条”之相关规定(指标)相比较,从中或不难发现二者之间区别,例如:若依据“新六条”之规定,设计车速与限速指标皆为25km/h,当电机标称功率同样为400W时,欲获得相同的“输出转矩”,则电机输出功率需增大至560W,方能获得“相同的输出转矩”;那么,此时电机将处于“过载工况运行(过载1.4倍)”,则电机“做功效率”将有所下降,其“功率损耗”亦相应增加。

 

不止如此,当“较大爬坡”爬坡时,若依据“新六条”之相关规定,即便是电机“输出功率”增大至560W,它所产生的驱动扭矩还是明显不够的。而相比之下,若依据本文所提出(推荐)的“补充(细化)”方案,当电机“输出功率”由400W增大560W时,虽然电机同样过载1。4倍、但尚未进入电机磁路“过度饱和区域”,而且,我们若将该方案“可提高功效(能效比)1.4倍(即:T’=1.4T)”、折算为电机功率,乃相当(等效)于560*1.4=784(W)电机所产生的电磁转矩。以此类推,若依据“新六条”之相关规定,欲获得与本方案“相同的输出转矩(电磁转矩)”,则电机输出功率又将增加至560*1.4=784(W)、方能产生相同的电磁转矩(驱动扭矩),但此时电机将过载1.96倍(784W/400W=1.96),或已进入(趋于)电机磁路“过度饱和区域”,则电机“做功效率”将会降低很多,即:将电功率(输入功率)P1转换为轴功率(机械输出功率)P2时、所产生的“能量(电功率)损耗”将会增加很多。至此或可以说明:与“新六条”所规定的“相关指标”比较,本文所提出(推荐)的“补充(细化)”方案,不仅可提高电机功效(能效比)1.4倍、乃相应提高车辆1.4倍的爬坡能力,而且当车辆较大坡度爬坡(即电机处于“过载运行工况”)时,则能够较大幅度降低(减少)电机做功时所产生的“能量(电功率)损耗”,其综合节能效果乃尤为显著的。

 

鉴于本文篇幅所限,关于永磁电机“降档(降速)”使用方案、用于现有电动自行车产品的“节能(优化)”设计,笔者已另文给出,推荐参考《探究电动自行车“新国标”难以出台的主要障碍与突破途径》一文(详见该文续篇1。2。3)。该文中,通过列举“应用实例”、并遵循“能量总量保持不变”之能量守恒定律基本原则作为依据,较充分阐明了永磁电机“降档(降速)”使用方案、如何能够提升电机功效(能效比)之相关原理(作用机理);并且,经“样机验证”及其相关参数(实测数据)之对比,乃充分说明(验证):“降档(降速)使用”之永磁电机、它相比于“常规设计(使用)”之电机,其节能效果乃尤为显著的。或对于理解本文所提出(推荐)的“补充(细化)”方案及其“技术应用的先进(合理)性”,能起到些参考作用。

 

2.3就适当提高“设计车速(预设指标)”可相应降低蓄电池标称电压之原理简述

 

据前述“讨论方案”可知,我们采用“电机降档(降速)使用方案”,电机功效(能效比)相应提高1。4倍(即T’=1.4T),则能够有效降低(节省)所需“能量(电功率)消耗”,而这将有助于满足“新六条”、关于“蓄电池标称电压不大于48V”之规定。例如:据“新国标报批稿(13稿)”所拟定的蓄电池标称电压指标为“不大于64V”,那么,如何在保持电机输出转矩(T’=1.4T)不变、且能够做到“蓄电池电压由64V降至为48V”呢?笔者以为,最为便捷和有效的解决途径或在于:我们不妨将64V作为(视为)“预设电压(预设值)”,并相应提高电机“设计转速”、且将其也视为“预设转速(预设值)”。至此,我们只要将“预设电压”与电机“预设转速”相对应、并将所述电机“预设转速(预设值)”再与“预设车速(35km/h)”相对应便可。为方便理解,现举例说明如下:比如,当电机功率为400W(额定值)、且电源电压为48V(额定值),而我们若将电压由48V(额定值)提高至64V(预设值),则电机“输出功率、转速(与之对应的车速)”,都将会超出“额定值(设定值)”。反之(换言之),欲将电压由64V(预设值)降至为48V(额定值)、并且保持电机转矩(T’=1.4T)不变,则通过相应降低电机“反电势Es”之方法,便能够获得“预期应用效果”。而对此,我们由电机“电压-电势”平衡方程式U=Es+IsRs就能够给予相应的解释。具体探讨如下:

 

上述平衡方程式U=Es+IsRs,它反映了电机电路及其相关参数之间的关系,这其中:由于电枢电阻Rs较小,电枢绕组“电阻(直流电阻部分)压降IsRs”不大,电机(电枢)“外加电压U”主要与电枢“反电势Es”相平衡。据此,为能够保持电机“输出转矩T”不变,则只需保持“电机(电枢)电流Is”亦不变即可,这是因为:电机转矩T正比于电枢电流Is(即T∝Is)。那么,很明显,我们在降低电机(电枢)“外加电压U”的同时,通过相应(同比例)降低电机“反电势Es”,就能够保持“电枢电流Is即电机转矩T”也不变。当然,这样笼统地讲,或不易准确理解,因此,还需明确如下关键(核心)要点:比如,我们若将电压U由48V(额定值)提高至64V(预设值)、且保持“电枢电流Is即电机转矩T”不变,那么,电机转速n将会相应升高,这是因为:电机(电枢)外加电压U与电机转速n相对应的(即U∝n)。反之亦然,我们欲保持“电枢电流Is即电机转矩T”不变,而将电压由64V(预设值)降至为48V(额定值),那么,不只是电机转速会相应降低,而且电机“反电势Es”亦将随之降低,这是因为:电机反电势Es与电机转速n相对应的(即n∝Es)。基于如上相关原理分析及其讨论结果,我们便可以采用(选择)如下“优化设计”方案:

 

具体为,我们可将电机电源电压64V视为“预设电压(预设值)”,同时相应提高电机“预设转速(预设值)”,即:当我们在对电机设计时、将二者(预设电压、预设转速)相对应便可。这样,当我们将电压由64V(预设值)降至48V(额定值)时,而由于电机“电源电压U”降低(下降)为原先(预设值)的75﹪(48/64=0.75),则电机转速将由“预设转速(预设值)”下降至“额定转速(设定值)”,即同比乃相应下降为75﹪;那么,与电机转速相对应的“电机反电势Es”亦将同比降低为75﹪。由此可见,我们将电源电压即电机“外加电压U”与电机(电枢)“反电势Es”、皆同时(同比例)相应降低(下降)为原先(预设值)的75﹪,则电枢“电阻(直流电阻部分)压降IsRs”仍保持不变,继而使“电枢电流Is即电机转矩T”也不变。

 

基于上述电机“电压-电势”平衡方程式U=Es+IsRs及其相关分析讨论与最终结果,我们便可以给出这样的结论:我们采用(选择)提高电机“预设电压(预设值)”、并相应提高电机“预设转速(预设值)”之方法(设计方案),那么,当电机“外加电压U”与电机“反电势Es”同比例降低,便能够保持“电枢电流Is即电机转矩T”不变。据此乃表明,我们采用(选择)如上所述“设计(优化)方案”,不仅可方便做到:将电机(电枢)外加电压(即:蓄电池标称电压)由64V(预设值)降至48V(额定值)、且能够保持“电机输出转矩(T’=1.4T)”不变。但这里需要再次提示与明确的是:为保持T’=1.4T不变,应将“额定电压48V(设定值)”与电机“预设转速(预设值)”相对应、并将所述电机“预设转速”再与“设计车速(即:预设额定车速指标)”的35km/h相对应,即可保持T’=1.4T不变。综上所述或可以说明:我们采用(选择)适当提高“设计车速(预设指标)”之补充(细化)方案,不仅使电机功效(能效比)可相应提高了1.4倍(即:T’=1.4T);而且亦能够满足“新六条”、关于“蓄电池标称电压不大于48V”指标要求。为能够进一步阐明上述方案的实用性(可实施性)、以及它是否会影响车辆本身的安全性,乃有必要补充说明如下两点:

 

其一,该设计方案中、所谓电机“预设转速(预设值)”等相关参数(指标),乃为了便于阐明“电机设计(优化)原理”而引入的“参照参数”;而在实际使用中、由于受到“限速指标”限制(即:设有超速断电功能),则与“实际车速”相对应的“电机转速”、并不会达到“预设转速(预设值)”。因此,它对于车辆本身“安全性”并无影响。其二,方案中所述“保持电机转矩不变”,是指:保持“电机转矩同比相应提高了1.4倍(即T’=1.4T)”不变。而对此,更需要解释的是:依照“新六条”之规定、设计车速与最高限速皆为25km/h,而我们即便是将“设计车速(即:预设额定车速)”提高为35km/h、但实际使用中只允许它跑25km/h,那么,它对于车辆本身“安全性”也并无影响;但二者相比区别在于,我们采用提高“设计车速”、也包括提高电机“预设转速(预设值)”等改进(优化)措施,则可将电机功效(能效比)提高1.4倍(即T’=1.4T)。该结论很重要,其重要性就在于:它不仅能够充分说明前述方案之技术运用的“先进性与合理性”,而且更能体现出该方案所具有的“经济性、实用性”特点;特别是,它对于有效降低“整车综合实施成本”、以及“减轻整车(含电池)重量”,将会产生尤为显著的实际应用效果。现就此,我们不妨继续如下讨论。

 

2.4就“补充(细化)方案”如何能够降低整车重量及综合实施成本之原理简述

 

针对于前述“补充、细化”方案(也包括:电机本身优化设计方案),它是如何能够做到“整车重量及综合实施成本”的更有效降低呢?其主要依据就在于:它乃基于电机功效(能效比)提高1.4倍(即T’=1.4T)、且作为必要前提,方能够实现的。而具体实施途径主要包括如下方面:首先,基于电机功效(能效比)相应提高1.4倍为前提,则能够有效降低(节省)能源(蓄电池)消耗,继而可在“续航里程”相同时,可相应减少“动力电池”容量配置,便能够减轻整车重量、且能够相应降低电池成本。同样,基于电机功效(能效比)提高1.4倍为前提,则能够有效减小“驱动电机”体积(相关原理之后具体给出),继而可相应减少“电磁材料用量”,便能够降低电机本身造价、且能够进一步减轻整车重量。当然,就如上所述,或只是概括性描述了该“优化方案”的主要依据及其实施途径,但就其“实际应用效果”尚未能更具体充分说明。为此,我们不妨通过如下“具体数据对比”、来进一步更直观地阐明其实际效果(显著效果),具体如下(供参考):

 

首先,针对于前述“电机设计(优化)方案”,它如何能够降低(节省)电池成本或是很好理解的,比如:基于T’=1.4T前提下、且保持“续航里程”相同时,那么,我们通过相应降低电机(电枢)外加电压(即:蓄电池电压),便能够相应降低(节省)电池成本。例如,在前述方案中,我们采用相应提高“设计车速(预设指标)”、以及相应提高电机“预设转速(预设值)”等系列改进措施,不仅使电机功效(能效比)相应提高了1.4倍(即:T’=1.4T),而且可将“电机外加电压(电压电源)”由64V降至为48V(降低了25﹪)。据此,乃明显可见,由于“电机电源电压(即:蓄电池电压)”降低了25﹪,则可相应减少25﹪的电池容量配置,即可以相应减少(节省)25﹪的电池成本。不仅如此,由于电池容量配置减少25﹪,电池重量亦降低25﹪(减轻1/4重量),而这对于目前普遍采用“铅酸电池”、作为“动力电池”的车型产品,将更有助于(更趋于)满足“新六条”、关于“整车重量(含电池)不大于55kg”限重指标要求。

 

再者,就目前普及率还相对较低的“锂电池”车型产品而言,由于可相应降低(节省)25﹪(减少1/4)的电池成本,这对于进一步提升“锂电车”普及率、乃至加快推进整个行业及其产品“锂电化”转型升级,亦将产生尤为显著的实际效果。同样,基于电机功效(能效比)提升1.4倍(即T’=1.4T)为前提,那么,对于如何能够降低(节省)“驱动电机”成本(造价)或也就不难理解。具体讲,据“电机设计原理”可知:当电机“电磁负荷/单位体积”一定、且电磁材料(材质)相同时,电机额定功率指标(标称值)越大、则电机体积越大;但同时,我们不能忽略“电机转速与电机体积”二者间的对应关系,即:额定转速愈高、则体积愈小。也就是说,额定功率(标称值)相同的电机,额定转速(设计转速)较高之电机,它相比于额定转速(设计转速)较低之电机体积要小。据此或不难理解:我们通过相应提高电机“设计转速(即:预设额定转速)”,不仅可将电机功效(能效比)提升1.4倍(即T’=1.4T),而且电机体积亦相应减小、可相应减少“电磁材料用量”,进而可相应降低电机本身造价、且能够进一步减轻整车重量,继而使产品的“综合性价比”将得以更有效提高。鉴于本文篇幅所限,关于“电机转速(设计转速)与电机体积”二者间的对应关系,请参阅“电机设计原理”(具体细节就不再傲述了)。

 

综合前述讨论及其相关原理(作用机理)分析或已表明:我们采用(选择)适当提高“设计车速(预设指标)”之优化(补充、细化)方案,它对于有效提升产品综合技术性能,将产生一系列“积极、有益”的显著变化,乃有助于促进行业技术进步。不但能够有效弥补“新六条”、乃通过“打折扣方式”来确定“相关数字指标”之不足(参见前文相关讨论内容);而且更能体现出标准本身具有先进性(提升标准本身之技术含量)。除此之外,更为重要的是,该方案乃基于“新六条”框架内而提出的解决方案,它对于“新六条”所规定的相关“具体数字指标”,包括:最高限速、整车重量(含电池)、电机功率(标称值)及电池电压(标称值),原则上无须作任何改动。这乃有助于“电动车行业与相关管理部门”达成共识,以期促成“新国标”尽快出台,继而适应更广泛用户即众多普通百姓实际需求(合理诉求)。然而,更为客观地讲,基于“技术运用的先进性与合理性”而言,即便是本文所提出(推荐)的解决方案或能够被认同(采纳),但并不意味着“新国标”就能够较快出台。这是因为:

 

“新六条”之所以难以达成共识,更在于新六条规定“具有脚踏骑行功能”之条款、必须纳入“强制性条款(否决项)”,未能被电动车行业(也包括消费者)广泛认同。而这一“关键性条款”无法达成共识,则将成为“新国标”难以出台的最大阻力与障碍。鉴于此,我们不妨换一种思路来探讨问题的更有效解决,诸如,无论是现行国标(1999年标准),还是“新六条”之相关规定,皆未能明确电动自行车产品确切属性;它到底是“非机动车”还是“机动车”并未能给出明确(确切)定义。或正如现行国标(1999年标准)所描述的那样:电动自行车是一种“特种自行车”。那么,为何称它为“特种自行车”呢?则是因为:其一,由于增加了“电驱动功能”,乃并非“严格意义上”的非机动车;其二,虽然增加了电驱动功能(具有“机动车”特征),但对于涉及车辆本身安全性能的实质性技术指标(如:最高限速、制动性能、车架强度等)若符合相关标准要求,乃可划归“非机动车”管理,仅此而已。显然,明确该“核心概念”、并达成共识,则“新国标”修订(出台)就不再难了。为此,我们不妨继续如下相关讨论,以寻求更为科学合理的解决方案。【待续未完、接续篇(三)】

 

【下期:续篇(三)内容提要】

 

3关于“新国标修订(出台)如何不再难”之思考与探讨

 

3.1“具有脚踏骑行功能”之条款或不应成为拖延出台“新国标”障碍(理由)

 

3.2关于电动自行车“产品属性(定义)与功能特征(定位)”之我见

 

3.3由涉及车辆本身安全性能的实质性技术指标“划归管理范畴”更趋合理性

 

3.4拖延出台“新国标”危害性(导致路面交通“不安全因素”加剧)之我见

 

3.5拖延出台“新国标”或有悖于当前“供给侧改革”之基本国情(民情)

 

4.就如何促进电动自行车产业(行业)“健康可持续发展”的一点思考与探讨

 

作者简介:宋子奎先生(1955-),高级技术职称(机电类高级技师),专业从事“电力拖动与自动控制”方面工作逾40年,近年来专注于“电动自行车节能技术与安全技术”研究,主要成果:《一种高能效电动自行车、电动摩托车之驱动及传动装置》等专利项目发明人及专利权人,主要文章:《探究电动自行车“新国标”难以出台的主要障碍与突破途径——兼论电动自行车行业“和谐发展之路”及其产品技术路线的再思考》等。

 

中国电动车网版权声明:
中国电动车网转载作品均注明出处,本网未注明出处和转载的,是出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载作品侵犯作者署名权,或有其他诸如版权、肖像权、知识产权等方面的伤害,并非本网故意为之,在接到相关权利人通知后将立即加以更正。

采购QQ: 点击这里给我发消息 广告QQ: 广告点这里

全部评论 PINGLUN

发表评论 PINGLUN

微信: ddcnetcn qq企业群:群1:83099183 群2:2964039 群3:203836222 电动汽车qq群:209722336
客服QQ:1445396839 中国电动车网业务咨询:400-855-7708 服务热线:0571-88938917 请与我们联系:Service@ddc.net.cn
中国电动车网版权所有 本站网络实名:中国电动车网 中国电动汽车网 手机站 m.ddc.net.cn
备案号:浙B2-20100360