電動自行車輪轂電機能效評價方法的研究

摘要：針對電動自行車輪轂電機的能效問題對能效評價方法進行研究，結(jié)合電動自行車輪轂電機的額定點效率的試驗數(shù)據(jù)進行分析，對電動自行車輪轂電機的能效等級進行劃分，并提出額定點效率和等效百公里電耗作為能效評價指標(biāo)，得出了電動自行車輪轂電機的能效限定值、節(jié)能評價值和等效百公里電耗要求。

關(guān)鍵詞：電動自行車;電機;能效評價

0 引言

實現(xiàn)碳達峰、碳中和是黨中央統(tǒng)籌兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，加強節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳發(fā)展，是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。我國是全球第一的電動自行車制造國和消費國，電動自行車輪轂電機的能效水平越來越受到社會各界的關(guān)注。由于目前我國還沒有電動自行車輪轂電機能效方面的標(biāo)準或法規(guī)，電機節(jié)能水平缺乏一個統(tǒng)一的比較方法，所以無法準確的比較該類產(chǎn)品在能效方面的優(yōu)劣，導(dǎo)致電動自行車企業(yè)在采購電機配件時無從參考。對電動自行車輪轂電機能效進行合理評價可以幫助企業(yè)了解電機的能效情況，推動電動自行車輪轂電機的技術(shù)升級，從而達到節(jié)能降耗的目的，對電動自行車使用者和社會有著深遠的意義。本文對電動自行車輪轂電機的能效評價指標(biāo)進行分析，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，提出一種電動自行車輪轂電機能效評價方法。

1電動自行車輪轂電機的效率[1]

效率是電機的綜合性能指標(biāo)，與電機結(jié)構(gòu)、材料性能、繞組形式、極槽配合等因素有關(guān)。

電機的效率與損耗大小密切相關(guān)，電機正常運行時所產(chǎn)生的損耗主要包括：鐵心損耗、空載時鐵心中的附加損耗（也稱雜散損耗）、銅耗、機械損耗。因此，電機的效率可以表示為：

在電機設(shè)計中可以通過改變電磁方案來改變鐵耗和銅耗，而機械損耗可以通過提高電機制造、加工及裝配精度來降低。

2 電動自行車輪轂電機的效率測試

在實際測試過程中，電機的損耗測試起來比較困難，且誤差較大，這里通過直接測量法對輕型電機的效率進行測量。電機效率可以表示為：

將電機安裝到電動車電機綜合測試臺上，通過調(diào)節(jié)輸入電壓、輸入電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使電機在不同的使用工況下運行至熱穩(wěn)定狀態(tài)，讀取輸入電壓、電流、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速數(shù)值，代入式（5），即可得出電機在不同的使用工況下的效率。

3電動自行車輪轂電機的能效等級

電機在不同的使用工況下，其效率不同。為了給不同類型、不同參數(shù)配置的電機提供一個統(tǒng)一的比較指標(biāo)，本文采用額定點效率來評價電機的能效。電機的額定點效率，即電機在額定電壓、額定轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行的效率，反映了電機各項性能指標(biāo)的高低。因為額定點是電機在運行過程中，工作時間最長的一個點，尤其對于電動自行車輪轂電機而言，屬于連續(xù)工作制，因此，額定點對電機來說不但是一個熱平衡點，更應(yīng)該在該點維持較高的效率。

為了了解目前電動自行車輪轂電機的額定點效率情況，從市場上采購了45款電動自行車輪轂電機進行實驗，這45款電動自行車輪轂電機覆蓋了市場上不同價位、不同款式、不同品牌、不同質(zhì)量的電機。試驗后，將45款電機的額定點效率按照從小到大的順序在圖1中表示出來，并將試驗結(jié)果按照一定的功率范圍進行統(tǒng)計，得到如圖2所示的直方圖。從圖1和圖2中可以看出，大部分電機的額定點效率主要在70%～80%，少部分在80%～90%和60%～70%，極少數(shù)低于60%。

參照家用電器產(chǎn)品一樣，對電動自行車輪轂電機的能效進行分級，分為以下五個等級[2]：

等級1——表示最為節(jié)電，達到國際先進水平;

等級2——表示比較節(jié)電，達到國內(nèi)先進水平;

等級3——表示產(chǎn)品的能源效率為我國市場的平均水平;

等級4——表示產(chǎn)品能源效率低于市場平均水平，新產(chǎn)品準入門檻;

等級5——限制、淘汰產(chǎn)品。

根據(jù)以上原則及試驗結(jié)果，將電動自行車輪轂電機的能效等級劃分為五級，從高至低依次分為1級、2級、3級、4級和5級，如表1所示。

4 電動自行車輪轂電機的能效綜合評價

電動自行車輪轂電機的等效百公里電耗[3]主要用于評價電動自行車在運行過程中電機的耗電量，而額定點效率則是用于評價電動自行車在運行過程中電能的轉(zhuǎn)換效率。將上述45款電動自行車的額定點效率和等效百公里電耗在同一個圖中表示出來，如圖3所示。從圖中可以看出，隨著額定點效率的提高，電機的等效百公里電耗呈下降的趨勢，但是部分電機雖然額定點效率較高，其等效百公里電耗也較大，主要是因為部分電機在設(shè)計時為了使其在行駛過程中有較大的動力，將額定功率設(shè)計得比較高，使得其耗電量增大。為了能夠更加全面的評價電動自行車輪轂電機的能效情況，為電動自行車企業(yè)在配件采購決策時提供更加全面的信息，以引導(dǎo)和幫助電動自行車企業(yè)生產(chǎn)出高能效的節(jié)能產(chǎn)品，本文在制定電動自行車輪轂電機能效限定值及能效等級標(biāo)準時綜合考慮電機的額定點效率和等效百公里電耗兩項指標(biāo)。電動自行車輪轂電機的能效限定值為表1中的能效等級4級;節(jié)能評價值為表1中能效等級的2級;等效百公里電耗不允許超過1.6kW·h;對于能效等級2級及以上的產(chǎn)品，其等效百公里電耗不允許超過1.2kW·h。

5 結(jié)論

本文采用直接測量法對市場上不同價位、不同款式、不同品牌、不同質(zhì)量的電動自行車輪轂電機進行效率測試，并對試驗結(jié)果進行分析，對電動自行車輪轂電機的能效等級劃分為5個等級，等級1： η≥90%，等級2：80%≤η<90%，等級3：70%≤η<80%，等級4：60%≤η<70%，等級5：η<60%。提出綜合考慮額定點效率和等效百公里電耗兩項指標(biāo)對電動自行車輪轂電機的能效進行評價。電動自行車輪轂電機的能效限定值為能效等級4級;節(jié)能評價值為能效等級的2級;等效百公里電耗不允許超過1.6kW·h;對于能效等級2級及以上的產(chǎn)品，其等效百公里電耗不允許超過1.2kW·h。

參考文獻：

[1] 王殿明.電動自行車用輪轂電機設(shè)計及其特性研究[D].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué).2011.

[2] 王士琴.電梯能耗測量與能效評價方法的研究[D].上海.上海交通大學(xué).2009.

[3] 陳森凱，連麗玲，黃鎮(zhèn)澤等.電動自行車輪轂電機能耗測量方法的研究[J].電子質(zhì)量，?2018?（02）?：1-2.

作者簡介：陳森凱，1988.10，男，漢，廣東省潮州市，碩士研究生，中級，產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)。