电动自行车综合效率研究

1、电动自行车综合效率研究摘要：长期以来，电动车的效率和功率成为“说不清”的问题，无 论是有关标准的叙述，还是商品的样本、铭牌标注；无论是专业人员还是 销售、采购人员，电动自行车电机的效率和功率始终没有一个公认和明确 的定义。所以讨论电动自行车电机的效率和功率问题是十分必要的。虽然 没有资料可查，但是根据经验和实验来大略测定市场上售卖的电动车的效 率还是可行的。此次试验分四个方曲，外部机械摩擦损耗、内部机械摩擦 损耗、电动机热损耗、电路热损耗。abstract： for a long time, the efficiency and power of electric bicycles has b

2、een a problem of "inexactness. there is no recognized and unambiguous definition of the power and efficiency of electric bicycle. so it is necessary to discuss the efficiency and power of the electric bicycle motor. alt hough there is no information to be invcstigatcd, it is still feasible to r

3、oughly determinc the efficiency of electric bicycle on the market based on experienee and experiment the test is divided into four aspects： external mechanical friction loss, internal mechanical friction loss, motor heat loss, circuit heat loss关键词：电动车；蓄电池；热损耗key words： electrie vehicle； battery； hea

4、t loss中图分类号：tm912文献标识码：a文章编号：1006-4311 （2017） 01-0147-021项目选题思路及目的随着经济社会的迅速发展，能源危机与环境污染已经成为人类所面临 的严峻问题，为了解决化石能源的不足，降低环境污染，电动车己经走进 千家万户，尽管电动车技术非常成熟，但是其行程短、速度低等问题也非 常明显，而造成行程短的原因除了电池技术的停滞不前，热损耗和机械损 耗也是一大问题。本次实验就是利用电动车来测试电动车蓄电池的能量损 耗问题，找出能够优化的部分并提出建议，使之能耗更小、效率更高、经 济性和实用性更高。2实验的实施方案、步骤及计算2. 1总的测试方案 测试电动

5、机及电路的能量损耗； 测试外部机械摩擦损失； 测试内部机械摩擦损失； 计算电机热损耗； 计算电路热损耗； 总的损耗及比较以上四种损耗所占比例。2.2电动车各项参数 蓄电池64v/20ah/500w （额定放电电流为7. 8125a）； 电动机64v/500w,电阻为0.25q； 净重（空重）54. 3kgo2.3电动机输出能量及电路消耗能量计算 对实验对象称重，称得该电动车重54. 3kg,骑行者体重71.2kg,总重 125. 5kg； 在水泥平地上以最大速度匀速前进时为36km/h (实测速度，非电动车口带码表速度，自带码表速度为50km/h),换算为10m/s,在水泥路面的滚动摩擦系数取

6、0. 035；行驶至电量用完，总行驶里程79km,时间2h50min(2.83h, 10200s),计算放电电流为7. 07a；载重时电动机输岀能量为w出=uit=4. 62x 106j；装电池输出能量w二pt二5.1x106j；电动机及电路损失的能量为w损二w-w出m.8x105j； 能量损耗为h损二w损/wx 100%=9. 4%0 2.4外部机械摩擦损失测定及计算 测得载重时(125. 5kg)轮胎宽度为5cm,与地面接触面积20cm2, 在水泥路面的滚动阻力系数u 1取0. 02； 电动车行驶时滚动摩擦力fl二ulmg/r, g取9.81, r为车轮半径 (cm),得 fl=l. 61

7、n； 测得电动车最大行驶距离79km(7. 9x 104m),时间为2. 5h(9000s), 外部摩擦损耗wl=fll=l. 27x 105j； 外部摩擦损失为n 1=w1/wx 100%=2. 5%0 2.5内部机械摩擦损失测定及计算 内部机械摩擦损失主要是车轮与轴的机械摩擦损失； 量得电动车轮胎直径d1为30. 5cm,轴直径d2为2. 5cm,dl：d2=12. 2； 查资料得车轮与轴（钢与钢在有润滑的情况下）的摩擦系数为卩2 为 0. 05； 此次试验电动车行驶距离l为79km,车轮与轴的摩擦距离为1, l：1 二di： d2,算得为 6. 47km； 内部热损耗 w2= h 2mg

8、l =3. 98x105j； 内部机械摩擦损耗率为h 2=w2/wx 100%=7. 8%o2.6计算电动机损耗功率电动机输入功率为500w,额定电压为64v,计算额定电流为7. 8125a, 而前面计算电动机电流为7. 07a,这是行驶时的平均放电电流，所以应按 照此电流计算；电动机电阻为0. 25 q ,热功率p3=i2r=12. 5w； 电动机热损失w3为p3t=l. 28x 105j； 热功率损耗为q 3二w3/wx 100%二2. 5%o2.7计算电路热损耗 电动机及电路消耗能量为4. 8*105j,电动机热损耗为1. 28x 105j, 故而电路损耗的能量为w4=w损-w3=3.

9、52x 105j； 电路热损耗为h 4=w4/w x 100%=6. 9%o2. 8总的损耗及各项损耗的比较电动车总的损耗为n = n 1+n 2+113+114=19. 7%，总损耗能量为ix 106jo这其中以外部机械摩擦损耗和电路损耗为主，各占7. 8%和6. 9%, 而内部机械摩擦损耗和电动机热损耗均为2. 5%,所占比例相对较小。在这四种损耗中，外部机械摩擦损耗占39. 6%,电路损耗占35%,内部机械摩擦损耗和电动机热损耗各占12. 7%o3结论及分析根据试验结果，目前市场上售卖的电动车的能量损耗以外部机械摩擦 损耗和电路损耗为主，占总的能量损失的74. 6%,占蓄电池总输出能量的

10、 14. 5%,假如这部分能量损耗降低到占总输出能量的5%,那么电动车的总 效率就能在此基础上提高近10%, 一方面提高了电动车的经济性，另一方 面也提高了其实用性。首先分析电机热损耗，一般来说，电机的电阻可以忽略不计，但是根 据试验结果表明，仅仅电动机绕组铜丝0.25q的电阻就能产生2.5%的能 量损失；然后分析电路中的热损耗，根据计算，电路中损失了 6.9%的能量, 计算得电路中存在0. 69 q的电阻。这两部分从某方面来说除非材料技术革新、降低导电材料的电阻，否 则很难再提高效率，电动机部分一方面要保证电动机的功率，另一方面要 降低绕组的电阻，从目前的技术来看是比较艰难的；而电路部分，可

11、以通 过优化电路结构來降低电阻，电阻率p二rs/l,其中r为电阻，s为导线横 截面积，l为导线长度，因为线路主耍是铜丝，铜的电阻率为1.75x10-8 qin,电动车线路导线横截面积约为0. irmn2,换算为1 x10-7m2,计算得l 为3. 94m,其实完全可以在线路上进行优化，一方面可以增大导线的横截 血积，另一方曲可以减短导线长度，导线铜的总的用量基本保持不变，基 本不用增加成本，却能极大降低导线的电阻，降低了导线的电阻，线路上 的热损耗就能极大地降低了，通过优化电路结构来降低热损耗是可行的。而机械摩擦损耗可以通过材料来减少，查资料可知滚动轴承在润滑的情况下摩擦系数为0.05-0.1

12、,而橡胶与水泥地面的滚动阻力系数为 0.01-0. 02,但是因为轮胎需要一定的抓力，否则就容易出事故，所以轮 胎与地面的摩擦系数不能再减少，只能在尽量减低滚动轴承的摩擦系数。综上所述，目前能改进的只有线路部分和滚动轴承，经过改进的线路, 降低大约一半的电阻，能提高电动车2%-3%的效率，而在不远的将來，随 着材料技术的进步，这个效率还会继续提高。当然，蓄电池本身也很重要，现在，各种新型蓄电池的概念相继提岀, 比如镁电池，据悉这种电池比锂电池成本降低96%,而续航时间更久，再 比如澳大利亚开发的石墨烯电池，不仅环保、便宜，而且耐用性极其久。参考文献：1 黄万友，程勇，李闯，张笑文，王宏栋纯电动汽车驱动电动