電動自行車:續航力 ( I )

電動自行車:續航力 ( I )

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本文討論電動自行車中的續航力。

早期筆者在遇到這問題時,大部份的詢問者都只想針對馬達做性能的調整;覺得只要馬達換成更高效率的馬達,續航力就能翻倍增長。實際上這顆永磁馬達的效率已經十分高了,由下圖中的特性曲線可知,其動力系統的整體效率可達到85%左右,這包括了馬達驅動器以及馬達的總合;一般而言,馬達驅動器上的電能轉換效能會落在95~98%之間,這代表馬達真實效率為86.7~89.5%之間。

永磁馬達特性曲線圖

永磁馬達特性曲線圖

若再次優化馬達效率,使其增加5%的效率,代表其效率值達到95%,再乘上馬達驅動器98%,則動力系統的整體效率為93.1%。將效率比對至續航力來計算,原動力系統效率85%,等同於續航力可長達到85公里;而優化後的馬達,整體續航力則可達到93.1公里,比對後其實只增加了8.1公里,改以比例來表示就只增加了9.5%。顯然改善馬達效率,達到續航力倍增,是不符合邏輯的,但為何會有這種想法? 其實是受了燃油引擎系統的影響,因為引擎的熱效率太低了,從過往的20%提升到40%的轉換效率,就會有續航力翻倍的感受;甚至從20%進步到30%時,油耗可以減少3成,這一切都是因為初始效率太低,導致的結果。

在提升馬達效率不彰的情況下,要使續航力爆增,就僅能從電能下手。最簡單的作法,就是電池容量翻倍,續航力就翻倍。這也是近幾年電動載具行駛距離持續拉長的原因,電池科技的持續進步,導致電池的容量越來越大。

我們來完整的梳理一下電動自行車的續航力計算;首先是法規的限制條件,電動自行車的時速上限為25公里,目前電動自行車常配的電池為14安時(Ah),代表用電流14A的情況下,可以使用一小時。若目標是續航力100公里,則可導出下列計算公式,其中I為滿足此續航力可使用的電流值(A),B為電池規格(Ah),E為續航公里距離(km),VL為每小時行使公里距離(km/hr)。

續航電流計算

續航電流計算

把算式口語的描述就是,當我想騎100公里,但時速只能25公里,代表我要騎4小時,而電池的14Ah要分4小時用完,因此就是14除以4,計算的結果可得到,滿足續航力100公里時的電流值為3.5A。代表電控系統只要將供給馬達的電流,限制在3.5A以下,則電動自行車的續航力就可以達到100公里的距離。因此無論騎乘者想要達到多遠的續航力要求,經過簡單的計算後,電動自行車僅需要限制電流的使用情況,就可以達到續航力的目標。

然而,在騎乘的感受上會有什麼變化呢? 若用最簡單的功率來比對,電壓乘上電流即為輸入功率,3.5A乘上36V,只得到126W的輸入功率,還要乘上動力系統的效率85%,才是真正的輸出功率,則會得到107W的輸出功率。然而在騎乘者購買電動自行車時,所標示的功率為250W,顯然與實際上所提供的,產生了落差。

重點整理:
續航力其實是容易達到的KPI,確認電池規格其實比較重要。

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