Вы никогда не замечали, что в обзорах мощных и среднемощных электросамокатов ведущий перед измерением максимальной скорости и разгона до 60 км/ч часто оговаривается, что надо полностью зарядить самокат? Подспудно всем понятно, что полный заряд самоката должен положительно сказаться на результатах, да и для общности измерений стоит их стараться нормировать к единым условиям. Все будут проводить измерения при полном заряде аккумулятора.
Но как он повлияет на результат? И почему никто ничего по этому поводу не говорит? Ну реально, ни одного упоминания в обзорах не увидел. А ведь все просто.
Разгон. Для того, что бы разогнаться объект до какой то скорости, необходимо наделить этот объект кинетической энергией (которая равна половине произведения массы объекта на желаемую скорость в квадрате). Для этого нужно совершить работу или потратить за определенной время мощность. И это время обратно пропорционально мощности, которая выделяется на набор скорости. Мощность в два раза увеличили, время в два раза сократили. При прочих равных условиях, естественно. А мощность у электросамоката равна произведению тока на напряжение. Ток максимальный зависит от характеристик контроллера, а напряжение – от параметров аккумуляторной батареи. Откуда берется значение максимальной мощности в описании электросамоката? Пусть у нас есть батарея с номинальным! напряжением V 60 В и два контроллера на два мотор-колеса с максимальным током I 50 А каждый. Тогда рекламная максимальная мощность равна I*V+I*V=60*50+60*50=6000 Вт. Приняли, переходим к максимальной скорости.
Максимальная скорость. Она зависит только от напряжения, подаваемого на мотор-колесо. Чем выше напряжение – тем больше оборотов будет достигнуто и тем выше будет максимальная скорость. При этом потребляемая колесом мощность будет зависеть от внешних условий (едем с горки/в горку, сидя/стоя и т.д.) и она будет меньше максимальной мощности. Ее часто называют номинальной мощностью мотор колеса.
Теперь разберемся, откуда берется напряжение, подаваемое на мотор колесо. Оно берется напрямую от аккумуляторной батареи. Задача контроллера в нужный момент времени подключить выход аккумуляторной батареи к нужному полюсу мотор-колеса. И все, контроллер никак не преобразует напряжение аккумуляторной батареи, хотя потенциально мог бы. Но об этом позже. Какое потенциально может быть напряжение на выходе аккумуляторной батареи? Батареи 60 В (будем на них опираться, самые распространенные) строятся по схеме 16S ??P. То есть 16 элементов Li-Ionпоследовательно и сколько то параллельно (от количества параллельно соединённых элементов будет зависеть емкость вашего аккумулятора). Кстати, емкость следует измерять не в А/ч, а в Вт/ч. Что бы А/ч перевести в Вт/ч надо А/ч помножить на номинальное (среднее) напряжение аккумуляторной батареи. Тогда станет понятно что аккумулятор 52 В *20 А*ч=1040 Вт*ч, а то же самое на 60 В даст уже 1200 Вт*ч. Вроде по А*ч емкость одинаковая, а на самом деле емкость выше у аккумулятора 60 В. Каждый элемент Li-Ion имеет номинальное напряжение 3,7 В. Это значит, что 60 В батарея на самом деле имеет номинальное напряжение 16*3,7=59,2 В. Рабочий диапазон напряжений элемента Li-Ion находится в пределах от 4,2 (полный заряд) до 3,0 В (почти дохлый). Под нагрузкой напряжение элемента просаживается из за не нулевого внутреннего сопротивления, обычно на доли В. Но это не очень важно для наших приблизительный прикидок. Итак, 3,0/4,2=0,714 – падение почти на 30 %! Но обычно до таких сильных разрядов стараются не доводить что бы сберечь ресурс батареи и контроллер обрубает ток при падении напряжения до 3 В под нагрузкой. А это примерно 3,2 В на холостую. Может и больше, зависит от качества элементов питания, из которых собрана аккумуляторная батарея. Одним словом, падение напряжение можно вполне уверенно оценить в 25%.
Тогда именно на 25% деградирует максимальная скорость самоката и его разгон по мере разряда аккумуляторной батареи. В самом конце ко всему прочему из за падения напряжения при нагрузке (даже просто при движении) контроллер начнет ограничивать все больше и больше ток, что приведет к совсем тусклому разгону и максимальной скорости. Вплоть до печального конца, когда вы встанете.
Простой эксперимент – берем самокат и ставим его на табуретку. Что бы колеса висели в воздухе. В моем случае при полном заряде (4,2*16=67,2 В) мотор колесо раскручивается до 105 км/ч, а при напряжении 62,2 в – до 97 км/ч. Отношение напряжений равно 62,2/67,2=0,925 и отношение скоростей – 97/105=0,924. Удивительное рядом!
Что минимальный разгон, что максимальная скорость электросамоката будут достигнуты при полном заряде аккумуляторной батареи. И то, и другое деградируют на четверть с разрядом аккумуляторной батареи. Поэтому правильнее было бы писать в характеристиках электросамоката – максимальная скорость ДО ?? км/ч. И если пишут, что максимальная скорость 80 км/ч, то вы должны понимать - гарантировано вы получите не менее 60 км/ч. От этого и стоит отталкиваться.
Можно ли сделать так, что бы максимальная скорость и разгон не завесили от напряжения аккумуляторной батареи? Определенной да! Просто нужно добавить импульсный стабилизатор напряжения, который зафиксирует напряжение на мотор-колесах. При этом это фиксированное напряжение может быть выше максимального напряжения аккумуляторной батареи.
Почему никто так не делает (ну или я не знаю прецендентов)? Все очень просто – это деньги и габариты. Импульсный стабилизатор напряжения на 6000 Вт будет по размерам кратно больше двух контроллеров на 50 А и стоит он также будет кратно больше. При сохранении габаритных размеров электросамоката придется пожертвовать аккумуляторной батареей. И серьезно так, % на 20 если не больше. И что мы имеем – раде приписки в ТХ НЕ МЕНЕЕ ?? км/ч вы теряете в емкости аккумулятора и при этом стоите где то на 30% дороже конкурентов. Да, так слона не продать…
Можно поступить как в случае легких самокатов – ограничить скорость электронно. Но это уже совсем другая история….