标准化问题：启动力和启动电流 - 电动车论坛

标准化问题、启动力和启动电流
我们所碰到的难题是，服务对象多是一些有自主权的个体，无法实现统一的模式（城市、乡村、山区等），因此，如何在个性生活中提炼出共性模式将是一大难点。不分析人们的生活模式，就制造不出有价值的实用的无刷电机系统。
根据对大量有刷电机和山区、乡村，城市等道路和客户生活模式，期望要求，购买能力和性价比分析，参照有关国内外标准,在大量实验数据的支持下，我们建立了相对完善的抽象系统模型，在此基础上，对电机的启动力和启动转矩、限流值与启动力、平均电流与峰值电流等核心指标进行了认真的研究分析，作为我公司产品的理论依据。
启动力是指在零速启动时能够加载的最大阻力，当超过这一阻力时，电机便不能启动，相应的电机所产生的转矩为启动转矩。

一、启动转矩与启动力
由于不同的车速应该具有相同的启动力，即启动力与车速无关，因此，启动转矩与车速也无关。不同轮径的车子也应具有相同的启动力，所以，不同轮径的电机具有相应的启动转矩，即
                     M0=F0(pldc36)×r……………………….式1.1
                           M0= 0.0127×F0(pldc36)×D
式中：M0为启动转矩(Nm)，F0(pldc36)为启动力(N)，r为车轮半径(米),D为车轮直径(英寸)
当F0(pldc36)=100N时  M0= 1.27×D

启动转矩与轮径对应表
轮径(英寸) 16 18 20 22
启动转矩(Nm) 20.3 22.8 25.4 28

二、限流值与启动力
电机与控制器匹配后，启动力与轮径无关，即不管多大轮径，应确保相同的启动力。在相同
阻力条件下，在一定的车速范围内，消耗功率与车速近似成正比（在平衡条件下，消耗功率应等于
电机的输出功率，）与轮径的大小无关。
            Po=F(pldc36)×V
            Pi=I×E
            Po=Pi×η
            F(pldc36)×V= I×E×η
            I=( F(pldc36)×V)/(E×η)
            令Kiv= F(pldc36) /(E×η),
            则 I= Kiv×V
式中：Po为输出功率，F(pldc36)为阻力（等于轮子输出扭力），V为车速，Pi为输入功率，I为电流（电机线圈中的电流），E为供电电压，η为系统效率（控制器和电机联合的效率）。
上式表明，当F(pldc36) 、E一定时，I与V成正比，与电机的效率系统效率η成反比。即在同样的电流下，电机效率越高，其输出功率越大，其输出扭力越大，克服阻力的能力（堵转力或堵转转矩）也越大。车速V越低，同样的电流下，其输出扭力（转矩）越大。
转矩、扭力和轮径之间存在如下关系：
               M= 0.0127×F(pldc36)×D
式中：M为转矩(Nm0)，F(pldc36)为扭力(N)，D为车轮直径(英寸)
(a)根据我公司电机的曲线(16-23)，测试编号：123104330025
可得16寸23km/h的电机，13.156A时的输出转矩为13.46(N.M)
转矩常数Kn=13.46/13.156=1.02
F(pldc36)=M0/(0.0127×D)=13.46/(0.0127×16)=66（牛顿）
因此，16寸23km/h的电机其作功动力为66N时，所需的I_0=13.2A
根据电机转矩和电机线圈内电流基本线性原理，可得
当达到启动力为100N时，其所需电流为I_0M=13.2×100/66=19.9
Kiv0=I_0M/V=19.9/23=0.87(AH/km)----(安时/公里)
(b)根据电机的曲线，(16-25) 测试编号：bd1604580004
可得16寸25km/h的电机，14.019A时的输出转矩为12.6(N.M)
转矩常数Kn=12.6/14.0=0.9
F(pldc36)=M0/(0.0127×D)=12.6/(0.0127×16)=62（牛顿）
因此，16寸25km/h的电机其作功动力为62N时，所需的I_0=14A
根据电机转矩和电机线圈内电流基本线性原理，可得
当达到启动力为100N时，其所需电流为I_0M=14×100/62=22.5A
Kiv0=I_0M/V=22.5/25=0.9(AH/km)----(安时/公里)
(c)根据电机(新)的曲线，(18-25) 测试编号：bd1804580008
可得18寸25km/h的电机，13.77A时的输出转矩为13.63(N.M)
转矩常数Kn=13.63/13.77=0.99
F(pldc36)=M_0/(0.0127×D)=13.63/(0.0127×18)=60（牛顿）
因此，18寸25km/h的电机其作功动力为60N时，所需的I_0=13.8A
根据电机转矩和电机线圈内电流基本线性原理，可得
当达到启动力为100N时，其所需电流为I_0M=13.8×100/60=23A
Kiv_0=I_0M/V=23/25=0.92(AH/km)----(安时/公里)
通过三个例子，不难发现Kiv_0与速度和车径无关，应该是一个常数，详细的理论推导可参考有关书籍。

三、平均电流与峰值电流
驱动的平均电流与峰值电流之比kI定义为，驱动电流的矩形系数，当电机处在非限流状态时，这一数值越接近于1，说明电机负载的电流特定越理想，电机的转矩波动越小，对驱动功率管的要求最低。一般情况下很难做到1，大部分在0.6～0.9之间。
当电机处于限流态运行时，特别是堵转时，驱动功率管处于高频断通状态。此时，驱动的平均电流与峰值电流之比kI等于驱动电压的占空比。即： Iid=KI×I_0M
堵转时电机的输入功率Pid为    Pid=E×Iid=E×KI×I_0M
电机的消耗功率Pod约为       Pod=I_0M×I_0M×Rd式中，KI为驱动的平均电流与峰值电流之比；
                     I_0M为峰值电流，堵转时等于限流值；
                     Iid为堵转时输入的平均电流；
                     Rd为堵转时的电机等效电阻。
根据能量守恒定律，有输入功率应等于电机的消耗功率，即
                              Pid=Pod
                        E×KI×I_0M=I_0M×I_0M×Rd
                           E×KI = I_0M×Rd
                              KI= I_0M×Rd/E
                              Iid=KI×I_0M
当电源电压一定时，在相同启动力（I_0M相同），堵转时的电机等效电阻Rd越小，KI也越小，堵转输入的平均电流越小，消耗的电源功率越小，也越省电；在相同的堵转输入的平均电流下，即KI相同，堵转时的电机等效电阻Rd越小，允许的I_0M越大，电机的启动力也越大。为此，堵转时的电机等效电阻Rd是衡量电机启动性能的十分重要指标
通过以上的分析，我们不难得出如下结论
1、对整车的启动核心要求是启动力，其相应的启动电流因电机和控制器特性的不同而不同。因此，不可作为标准的衡量指标。
2、因对无刷电机要求的转速决定了其转矩常数和功率，在启动力指标下，决定了电机中堵转电流的大小，而电机中的堵转电流基本等于控制器的堵转峰值电流。因此，峰值电流是衡量无刷电机系统启动力的相应指标，而不是平均堵转电流。那种以平均堵转电流来确定无刷电机系统性能的指标描述是不科学的。
3、平均电流的大小，直接影响到蓄电池的效率和单次续行里程。在基本满足启动力要求的前提下，平均电流越小，蓄电池的效率越高，寿命越长，单次续行里程越大。
在相同启动力100N，不同车速与堵转时的电机等效电阻Rd及平均电流的对应如下表

  注，红色区域对电池影响很大，应尽量不用，绿色区域可提升启动力底线。
在相同启动力130N，不同车速与堵转时的电机等效电阻Rd及平均电流的对应如下表

注，红色区域对电池影响很大，应尽量不用，绿色区域可提升启动力底线