【理论帝】骑多快最省电？——经济时速的最终论述

(原)MS精工

最近大家针对到底骑多快最省电这一问题争论得很是热闹啊，而作为一个数据控，我刚好在省电方面有一些经验心得，现在就来结合理论与实践，简单论述一下，到底怎么个骑法才是最省电？

首先，我们需要来明确一下，电池的电在行驶中都消耗到哪里去了：
1.动力系统转换效率，自身消耗掉了。
2.抵抗行驶中的各种阻力造成的损耗。

而上面这两类损耗，又是由多个部分组成的。
动力系统自身损耗组成为：
1.电机铁损及控制器开关损耗
2.电机铜损
为什么要把电机铁损和控制器开关损耗归为一类呢？因为在开关损耗较高的时候，电机铁损也会有大幅提升，其变化趋势是统一的。而额定工况下开关损耗非常低，完全可以忽略不计，所以它俩可归为同一部分。

行驶阻力损耗组成为：
3.机械摩擦阻力和轮胎滚动阻力（以下统称机械阻力）
4.空气阻力
5.爬坡时抵抗重力做功
机械摩擦阻力和轮胎滚动阻力的变化趋势及特性基本一致，所以可作为同一部分来考虑。

明确了这5点，我们就可以来分开看看，它们各自的变化趋势分别是什么。
1.电机铁损及开关损耗：
电机转速比例越低，电流越大，该部分损耗就越高。
2.电机铜损：电流越大，损耗越高。
为什么我一定要说是“转速比例越低”而不是“转速越低”呢？因为只有转速比例，才会影响控制器的斩波占空比，而与转速值无关。就比如说，48V定速50的电机，以50速度跑，转速比例为100%。而这台电机在96V下定速100，要是还以50速度跑，虽然电机转速不变，但是转速比例变成了50%，控制器斩波也是50%，自然就比48V时费电了。
上面这段话看起来比较啰嗦，所以，对于有电学常识的网友，可以用四个字来概括：【高占空比】。
然后我们接着说铜损跟铁损的关系。电机功率越大，铁损就越高，而铜损就越低。所以，大功率电机在低速时的效率表现往往比较捉急。但是这就一定意味着大功率车骑得越慢就越费电吗？显然不是的，我们继续往下看。

3.机械阻力：
机械阻力为一恒定值，不会随着速度的高低而变化。所以，电车在机械阻力上的消耗功率与速度，为【线性关系】。

4.空气阻力：
空气阻力由正面压缩、侧面摩擦、后面涡流这三部分组成。对于电动车来说，可以统一看做同一变化趋势，即：空气阻力与速度的平方呈正比，为【二次函数关系】。而消耗的功率呢，则要再乘以一个速度，那就变成了【三次函数关系】。简单来说就是，速度每提升一倍，空气阻力消耗的功率就会变成原来的8倍。

5.爬坡阻力：
爬坡阻力也是为一恒定值，不会随速度变化而变化。但是，爬坡时的电能消耗却并不像机械阻力那样为纯线性关系，而因为电机效率的存在，产生了微妙的变化。对于这部分内容，我已发过帖子进行了详细论证：
【理论帝】龟速爬坡vs高速爬坡，哪个更省电？http://www.ddclm.vip/forum.p ... d&tid=361892&extra=
这里我们不再赘述，直接取结论：爬坡最佳速度区间为30-45km/h，即在风阻未造成明显影响前，以尽可能高的速度爬坡。轻一些的车选择较低速度，重车选择较高速度。

理论告一段落，现在我们来上几个数据。
我自己的车子是个经过全方位改装的大迅鹰，配备了低风阻整流罩和双电切换系统，两组4840铁锂，96V80A控，QS2000扭矩瓦片，在48V下极速50,96V下极速95，人车总重370斤。
经多次测试，在气温30度，平路无风环境下，各速度对应的电流/功率/每千瓦时行驶距离如下：
5km/h：  1A       50W   100km   
10km/h：2A       100W  100km
15km/h：3A       150W  100km
20km/h：4A       200W  100km
25km/h：5A       250W  100km
30km/h：8A       400W  75km
40KM/H：14A     700W  57km
50km/h：20A     1000W 50km
65km/h：16A*2 1600W 41km
95km/h：36A*2 3600w 26km

可以看到，当速度高于25km/h时，随着速度的提高，续航里程明显下降；而当速度低于25km/h时，无论以何种速度行驶，续航里程都没有明显变化。
虽然，对于电机来说，2000瓦电机工作在差不多2000瓦的时候效率最高。然而，随着输出功率的降低，空气阻力的下降速度超过了电机损耗的提升速度，所以，虽然在5km/h输出只有50瓦的时候电机效率非常捉急，但是因为空气阻力几乎为零，所以续航里程反而比几乎是最高效率的65km/h远得多。

而造成这一现象的原因，则在于空气阻力与摩擦阻力的平衡。
当速度为零的时候，空气阻力为零，而机械阻力为恒定值。当速度为极速时，空气阻力达到最大值，而机械阻力还是恒定值。所以，必定存在某一速度，空气阻力与机械阻力大小相等。当高于该值时，空气阻力超过机械阻力，并逐渐拉大差距。于是，这个速度值，就是【最高经济时速】。
两者的变化趋势如下图所示：


细心的网友会发现，这图里面速度都快100了，难道我们电摩也得骑100才是“经济时速”吗？
显然不是。
我们再来看这张图：


可以看到，在有数据采集的区间里，空气阻力一直都大于机械阻力，并随着速度的增加拉开差距。
那么，造成这两张曲线图如此差异的原因何在？
细心的网友又可以发现了：第一张图是汽车的变化曲线，而第二张是自行车的变化曲线。
汽车的空气阻力系数远低于自行车，但重量远高于自行车。这就意味着，汽车的初始机械阻力会非常大，必须开到很快的速度，空气阻力才能追上机械阻力；而自行车的机械阻力极低，但是风阻巨大，所以虽然骑得乌龟一样，但是空气阻力依然超过了机械阻力。

而我们的电摩，重量在汽车与自行车之间，空气阻力系数也在汽车与自行车之间。所以，两者的变化趋势，依然是在汽车与自行车之间。
车子重量越大，风阻越低者，最大经济时速就越高；车子重量越轻，风阻越高者，最大经济时速就越低。所以，如果你是双电大铅酸，可能骑到30还比较省电；而你要是锂电小电自，估计就只能骑15了。

综上所述，我们可以得出最终结论：
1.最佳经济时速的区间为：平路15-30km/h，爬坡30-45km/h。
2.车轻风阻大者选取低值，车重风阻低者选取高值。
3.大功率瓦片电机跑龟速依然很省电。
4.高占空比有利于进一步节约电能。

(原)627341504

多谢分享！！！

(原)jacksonlli

MS精工发表于12分钟前本帖最后由 MS精工 于 2016-1-14 14:33 编

技术贴，支持楼主多分享！

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(原)lulerxc

我这人比较笨……想问问我这种车又重风阻又大的铅酸祖玛该怎么定区间，谢谢！

(原)wei6690325

不错！

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(原)金世纪电脑部

看来电动车“国标”限速---25KM/H是有一屁股道理滴

(原)lileisgns

涨知识了。感觉还不错，自己在论坛里面属于龟速行驶。

(原)lulerxc

原来跑多快才省电是原生阻力和风阻的比例造成的…学习了。

(原)MS精工

lulerxc 发表于 2016-1-14 14:55
我这人比较笨……想问问我这种车又重风阻又大的铅酸祖玛该怎么定区间，谢谢！

那就选取中间值呗

(原)cg0907

感觉就是电摩一般在30-40之间最省电