電動自行車：續航力與馬達效率 ( II )

本探討動力系統的效率對電動自行車續航力的影響，針對騎乘速度對於續航力的影響。
上篇有討論到動力系統的效率與速度的關係式，但若只考慮速度的變化，而忽略了轉矩的要求，會產生奇特的迷思，電動自行車越慢就越耗電。但這點很明顯的並不合理，因此在上篇的結尾有提到，其實是因為負載變重的情況下，使騎乘速度下降，才會符合速度慢就耗電的條件；類似爬山時，騎得又累又慢的情況。

而若是平路上，僅僅是騎乘者主動降速，不想騎快，則動力系統的表現，仍然是很高效率的。由於在永磁馬達當中，輸入電壓的值會正比於轉速，因此我們以降低輸入電壓的方式，來測試馬達動力系統的效率表現，比擬騎乘速度下降時的影響。由下圖中的馬達效率與轉速的關係可以發現，除了速度有明顯的差異之外，在效率的表現曲線及峰值沒有太大的差異。也就是好的動力系統中，馬達控制器會針對騎乘者的速度，來主動調節動力系統的工作電壓，不僅是配合人的騎乘感受，還能達到高效率的省電效果，延長電動自行車的續航力。
   

轉速與效率關係

僅利用輸入電壓來調整馬達轉速，之所以在效率表現上沒有太大的差異，其實是因為馬達仍是同一顆，其展現的特質，一般我們稱之為馬達常數，都沒有變化。但仍需要注意，在輸出轉矩上，會因為降壓後，限制了輸入電流的大小，導致輸出轉矩有變化，也使得效率表現有了差異。以下圖中的轉矩與效率關係為例，當預計轉矩值為150時，輸入電壓為36V時，效率僅為32%左右，增加至42V時，效率上升至44%，而48V時則可達到50%。代表調整工作電壓，在負載較重時，才會有明顯的差別。在實務上的使用條件，負載轉矩往往都是大於馬達最高效率點的轉矩值，也就是上圖中的右半面區域。這就是為何所有的電動載具產品，無論是電動自行車、電動機車甚至是電動車，其工作電壓一直持續的增加；就是為了在重載時，仍有良好的效率表現。

  

轉矩與效率關係

另外值得一提的就是最大轉矩值，也會隨著工作電壓的提高而增加，主要就是受到最基本的電壓方程式影響。由於馬達內部的電阻值，來自於漆包線圈，為一固定值。在電阻固定的情況下，調高工作電壓，就代表調高了輸入電流，因此永磁馬達的轉矩值也隨之增加。使得高工作電壓，不僅帶來較好的效率，也帶來了更大的轉矩輸出。

電壓方程式

彙整上述的馬達特性表現，因此在以提高續航力為主的動力系統操作策略上，當電動自行車處於輕載慢速時，馬達控制器應調降馬達工作電壓，來達到省電提高續航力的效果；但當屬於重載慢速時，馬達控制器反而要拉高馬達工作電壓，使得重載時的馬達效率表現仍然維持高性能狀態，才能維持電動自行車的續航力。

重點整理：
動力系統控制策略是要有明確的目標，且了解所有反應後，才能完整規劃。
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