電動自行車新國標中電動機功率檢測方法完善建議

劉景華　李小利　吳濛濤　戴楊彪

摘要：國家強制標準GB 17761—2018《電動自行車安全技術規(guī)范》已正式實施將近3年，對進一步提升我國電動自行車產業(yè)的整體安全質量水平、市場競爭力和行業(yè)管理具有重要的現(xiàn)實意義。此文分析了GB 17761—2018新國標中電動機額定連續(xù)輸出功率測試方法存在的問題，并提出了相應的建議措施，從而為該產品的標準修訂、質量檢測、認證監(jiān)管等提供借鑒和參考。

關鍵詞：電動自行車;電動機功率;檢測方法

1? ? 引言

電動機是電動自行車的動力輸出關鍵部件，額定連續(xù)輸出功率是衡量整車性能的重要指標。GB 17761—2018《電動自行車安全技術規(guī)范》（以下簡稱“新國標”）提出了額定連續(xù)輸出功率應當小于或等于400 W的限值要求，并對相關測試方法做出規(guī)定。然而，筆者在實際應用中發(fā)現(xiàn)，新國標的檢測方法的規(guī)定還存在著一定問題，給電動機功率的檢測工作開展帶來困擾。對此，筆者通過分析和驗證，闡述了具體問題并提出了相應的建議措施。

2? ? 新國標中檢測方法的規(guī)定所存在的問題

2.1? ? 額定轉速下的試驗電壓規(guī)定不統(tǒng)一

新國標對電動機額定連續(xù)輸出功率的測試有如下規(guī)定：調整穩(wěn)壓電源輸出，使電動機在額定電壓下運行，逐漸增加電動機扭矩，至電動機轉速達到額定轉速……額定轉速是指為車輛以最高設計車速或斷電車速運行時，對應電動機的轉速[1]。由于最高設計車速是利用車載電池，在其容量達到90%以上時測得的，此時的電池輸出電壓高于額定電壓值。電動機在低于電池輸出電壓的“額定電壓下運行”的轉速，是達不到額定轉速的，因此新國標測試方法的表述有歧義。

對此，筆者選取某企業(yè)提供的樣車和電動機、控制器配件進行驗證。樣品電動機標稱48 V/400 W，電池在試驗前容量達到90%～100%，其開路電壓為53 V～55 V。車輛以最高車速運行時，負載下的電池電壓會進一步降低。表1顯示了48 V～53 V不同工作電壓下的最高車速、電動機轉速、電動機輸出功率匯總情況。

表1中，工作電壓在53.1 V與48 V下的車速相差超出2 km/h，電動機轉速相差近30 r/min，輸出功率相差近70 W。由此可見，容量在90%以上的電池的工作電壓對輸出功率測試結果的影響很大。

2.2? ? 是否需達到熱穩(wěn)定態(tài)存有矛盾

新國標規(guī)定，電動機額定連續(xù)輸出功率的測試“按GB/T 755—2008中4.2.1規(guī)定，使電動機達到熱穩(wěn)定狀態(tài)”。[1]根據(jù)GB/T 755—2008標準，電動機發(fā)熱部件的溫升在1 h內的變化不超過2 K是為熱穩(wěn)定狀態(tài)[2]。但通過最高設計車速來計算額定轉速時，最高車速的測定并非在電動機熱穩(wěn)定狀態(tài)。因此，電動機測試時熱穩(wěn)定與否對功率測試的影響需要進一步驗證。

筆者選擇在同一電壓和轉速下比對冷態(tài)和熱穩(wěn)定態(tài)下的電動機輸出功率情況（見表2）。可以看出，電動機在熱穩(wěn)定后的輸出功率略微減小，但與冷態(tài)下的輸出功率相差不大。

2.3? ? 恒轉速電動機的測試方法并未明確

恒轉速電動機的主要特征是在既定電壓下，隨著負載的增加，電動機的轉速基本保持恒定。以下為某一標稱48 V/ 400 W恒轉速電動機，在已測得最高車速為24.0 km/h（相應轉速為317.5 r/min）的情況下，它在額定電壓下的轉矩、電動機轉速、電動機輸出功率的變化情況（見表3、圖1）。

通過該電動機特性可以看出，若按照新國標中7.4.3要求（逐漸增加電動機扭矩，至電動機轉速達到額定轉速），該類電動機在額定電壓下是無法通過加載達到最高車速所對應的轉速的。

2.4? ? 電助動車型電動機如何測試未有規(guī)定

GB 17761—2018標準規(guī)定“額定轉速指為車輛以最高設計車速或斷電車速運行時，對應電動機的轉速”。電助動車型的功率，部分是電動機輸出、部分是人力輸出，很難界定測量的轉速，并且電助動車型斷電車速所對應的轉速節(jié)點，電動機無動力輸出，無法測試電動機額定連續(xù)輸出功率。新國標和檢驗規(guī)范未明確此類電動機的測試方法。

行業(yè)專家經過研究后發(fā)現(xiàn)，目前電動自行車行業(yè)電動機有以下設計原理：①電動機的“效率-輸出功率”曲線必然是一條凸形且左右基本對稱的曲線。②電動機電磁在設計中，將電動機的最高效率點設計成電動機實際使用中主要負載、額定負載點，才能讓電動機運行最穩(wěn)定、溫升最適宜、最經濟。因此，針對電助動車型，我們應當選取電動機的最高效率點對應的功率值為電動機額定功率。

3? ? 建議措施

3.1? ? 關于試驗電壓和熱穩(wěn)定問題

筆者建議：在額定電壓下測試電動自行車最高車速，以此最高車速折算出電動機額定轉速。在測功臺上，在額定電壓下使電動機達到熱穩(wěn)定，測試電動機的功率。測試完成后，導出電動機連續(xù)測試數(shù)據(jù)作為原始記錄，根據(jù)此記錄數(shù)據(jù)得出額定轉速下的額定功率。此外，電動機引用標準GB/T 755已更新為2019版，熱穩(wěn)定要求已調整為0.5 h內的溫度變化不超過1 K。因此，筆者建議：今后新修訂標準按該要求進行熱穩(wěn)定的監(jiān)測。

3.2? ? 關于恒轉速電動機的測試

筆者建議：由企業(yè)明示額定轉矩，通過額定轉矩確定電動機功率。如未明示額定轉矩，可以根據(jù)產品明示的額定功率和額定轉速，按公式（1）折算額定轉矩，再利用該額定轉矩在實際測功曲線中確定額定功率。

P=0.104 7（T×n）（公式1）

式中：P——電動機額定功率（W）;

T——電動機額定轉矩（N·m ）;

n——電動機額定轉速（r/min）。

3.3? ? 關于電助動車型電動機的測試

理論上，將電動機的最高效率點設計成電動機實際使用中主要負載、額定負載點，才能讓電動機運行最穩(wěn)定、溫升適宜、最經濟。因此，筆者建議：①將電助動控制模式調整為電驅動控制模式進行電動機功率測試。②選取電動機的最高效率點對應的功率值為電動機額定功率。③或者，選取在額定電壓下電助動運行至斷電時的車速（或轉速）作為額定車速（或轉速），在測功機上逐漸增加電動機扭矩，至電動機轉速達到該額定轉速時測定額定功率。

4? ? 結語

新國標已正式實施將近3年，對進一步提升我國電動自行車產業(yè)的整體安全質量水平、市場競爭力和行業(yè)管理具有重要的現(xiàn)實意義，但同時也暴露出部分內容存在缺陷、滯后于產品技術現(xiàn)狀等問題。標準化管理部門可先在新國標的《檢驗規(guī)范》中完善相關檢驗方法，用以指導各檢驗檢測機構當前的工作開展，同時進一步征求行業(yè)意見，加快推動新一版標準的修訂。

參考文獻

[1]工業(yè)和信息化部.電動自行車安全技術規(guī)范：GB 17761—2018[S].北京：中國標準出版社，2018：13—14.

[2]全國旋轉電機標準化技術委員會.旋轉電機 定額和性能：GB/T 755—2008[S].北京：中國標準出版社，2008：4—5.