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騎過電動機車的朋友都知道,電動機車給人的印象通常是起步時扭力過大,容易爆衝;低速時動力不穩會有頓挫感,特別是在低速迴轉時如此不穩定的動力輸出,總是讓人有快要跌倒的感覺。
此外,雖然電動機車標榜其較汽油車更為安靜,但那嗡嗡嗡的馬達控制器電磁異音聽久了也是相當的惱人。而電池電量也常常出門時還是滿格狀態,沒騎多久就驟降到紅線顧路。這些問題都是讓大家從汽油車轉到電動車間的障礙。

近期光陽推出了兩款電動機車Queen 3.0 EV與Candy 2.0 EV,由於採用了更進階的馬達控制系統與電池管理系統,對於以上電動車常有的通病有了重大的突破,不但讓電動機車的起步加速更為平順,也真正達到了超靜音的水準。MOTO7 研究所特別請來國際科技機構,科學技術廳長官,南宮博士的同母異父弟弟:難摳博士來為我們析光陽在電動機車上所使用的科技技術。

難摳博士:大家好,我是難摳博士,因為我哥哥南宮博士還要忙著協助科學小飛俠開發新裝備,因此由我來接受MOTO7 的邀約,為大家解析光陽電動機車如何突破其他車廠電動機車的缺點。


馬達&馬達控制系統
光陽的Queen 3.0 EV 與Candy 2.0 EV 分別採用3000W 與2100W 的直流無刷馬達,馬達後端搭配減速比為7.61的減速齒輪箱,採電子變速方式,未安裝CVT 等機械變速機構。

在馬達與後輪之間的部份,就是減速齒輪箱
光陽使用三相直流無刷馬達做為動力來源

難摳博士:目前的市售電動機車大多採用PWM 或六步方波驅動方式控制其馬達,由於方波波形難以使電流平順的輸入馬達,因此衍生出較大的扭力漣波,造成騎乘者感覺車輛在低速時會有忽快忽慢的動力跳動感覺,大幅降低了乘車舒適性與車輛可控性。另外在起步及低速運轉時,一般的控制器電流容易過大,不但導致車輛起步衝力過猛,也容易造成電路的燒毀。光陽電動機車要能達成平順的輸出,重點就在馬達控制技術上!

拆下車箱來看看光陽電動車內部的秘密
難摳博士:果然沒錯,原來光陽在Queen 及Candy 兩款電動機車上使用了馬達變頻控制技術,並率先採用較方波更為平順的弦波控制技術,同時以精確度更高的Encoder 取代原有的Hall sensor,能夠更準確的量測馬達轉子角度,搭配64位元控制元件,提升運算反應時間,達到更即時的馬達控制,使馬達動力輸出更為平順,解決了車輛低速動力不穩的問題,同時也使得系統的電磁異音大幅降低,提升了系統效率。

讓光陽電動車輸出平順的核心,就是這組放在側面的馬達控制器

難摳博士:光陽居然還在馬達控制中引進了弱磁控制,或稱相位控制技術。相位控制技術可不是曙光社所運用在軍用裝甲的相位轉移技術,該技術藉由感應磁場與永久磁場間的相位差距,使馬達的扭力與轉速範圍有更開闊的運轉區間,因此在起步時可以抑制馬達扭力輸出達到平順起步的功能,並降低收油時的車輛頓挫感。藉由相位控制技術,使馬達在不影響低速扭力輸出的狀況下提升馬達轉速,達到2倍左右的變速效果,因此無需使用傳統的CVT 變速機構。這技術解決一般電動機車在起步時由於馬達特性與電流過大而發生的暴衝現象。

弱磁控制改善了馬達輸出的線性

藉由這些更進階的馬達控制技術,大幅降低了馬達與驅動器的電子異音達到57dB 超靜音水準,並使起步與低速行駛時車輛動力輸出更為平順,在效率與車輛極速上都維持相當的水準。

電池&電池管理系統
難摳博士:動力部份解析完成,我們來看看光陽為Candy 和Queen 搭配了怎樣能量儲存單元使用。Candy 與Queen 皆搭載50V 20Ah 的動力用鋰離子電池,電池單元為14串10並的結構,最大電壓約為57V。

從車箱下看過去的鋰電池

難摳博士:嗯,光陽相當務實的選則鋰離子電池而非理論上安全性與壽命更優異的鋰鐵電池。為什麼說是務實的選則呢?主要是由於鋰鐵電池在製程上仍難以自動化,造成產品品質控管困難,所以還未受到各大車廠的廣泛使用。在考量電池安全性與品質一制性下,選擇了相對之下品質穩定性較高的鋰離子電池作為儲能元件,才是以現在民間技術來說最佳的選則。

放置踏板下方的鋰離子電池
電池型號ALK5

難摳博士:Candy 與Queen 的電池管理系統中還有電壓調控技術,這樣就可依據負載調整電壓高低,適應各種行車環境。如馬達低轉速時降低電壓的輸出,使電壓穩定,車速也因此穩定,可延長電池使用壽命。

由於鋰電池的電池殘電量(SOC)可精確的量測,使得系統在能量控制上更為細膩,降低了剩餘電量評估錯誤的風險。在剩餘電量的顯示介面上,光陽將電量分為九格,前八格分別代表10%的電池電量,大概相當於3.6公里的續行距離,最後一格則代表電池剩餘的最後20%電量,當電池耗電來到最後的20%時,系統會自動降低電流輸出,避免過度放電,也將最後的續航力衍生到約10km 左右。

將電池放在踏板內的好處就是能保有速克達的車箱空間

Queen 3.0 EV 的車箱深度約28cm 

Candy 2.0 EV 擁有22公升的置物箱

難摳博士:不過電動機車對上現行內燃機車輛最大的問題就是加油/充電速度的問題,這點光陽提供了快速充電站的服務,能以57.4V 12A 的速度在一小時內將電池由30%充至90%,並在一個半小時完成充電。隨車所附的家庭充電器則提供5A 充電,充電時間約為4.5小時。充電過程內建先以定電流充電至一定電壓,再轉為定電壓充電,隨著充電電流的降低來到0.1A 時停止充電。並搭配自動斷電邏輯判斷,避免電池過充。

Candy 2.0 EV 和Queen 3.0 EV 透過座位下方的充電插座,連接專用充電器充電
搭配充電器將家用電源穩定輸入電池,保持電池壽命
Queen 3.0 另外在手套箱位置設有電源線可直接連接插座充電,內設捲線器,
使用完可輕鬆收回

在電池安全方面採用了兩段式斷電措施,避免漏電,提高使用安全,也使靜態時耗電趨近於零,降低了不必要的能量損耗。另也搭配側支架斷電開關,避免使用者未收起支架即開始騎乘,降低危險的發生。

側架上的感應器用來偵測側架是否收起
轉開電門如果側架沒有收起,會在儀錶上亮起側架燈

操作介面
難摳博士:在續行距離的顯示上,除了電池殘電量外,光陽提供了里程顯示系統DIS,該系統是依據機車的油門開度、電池電流、電壓及殘電量進行推算,可動態的顯示當下的可行駛距離,這只比搭載在鳳凰號上的電腦系統差一點而已。

另外搭配了使用者學習系統ECS,讓使用者得知何種騎乘方式更為節能。這系統與我的好友名雲志郎搭載在凰呀上的生化電腦系統相比,性能差多了,不過同樣會將計算結果告知使用者。因為是以節能為述求,加上動力比起凰呀小太多了,不用擔心會出現凰呀那樣使用者無法駕馭的情況。該系統會蒐集車輛的油門開度、車速與電池電流,推算節能效益,例如車輛在平路大催油門的情況下即會顯示在紅色區域,表示系統耗電較兇,相對之下若緩慢騎乘則ECS 顯示於綠色或黃色區間,顯示為較節能之騎乘方式。

打開電門顯示會全開,裡頭像轉速表的環狀圖就是ECS 系統,
以顏色更能明顯區分現在電池耗能狀態

下方里程顯示可切換到DIS 模式,系統判斷還能騎乘10km
低電量時為了增加續航力以及保護電池,會控制電池輸出,就算全油門也只輸出到黃色區域第一格,隨後就降回綠色區域,時速也只能到10公里。
反過來輕轉油門保持在綠色區域,速度反而可以加速到30km

Queen 及Candy 在資料傳遞上皆是採用CAN bus 系統,因此在車輛狀態、油門開度、電池狀態、馬達電流電壓等皆可由診斷器接收讀取,有助於車輛的維修保養。

性能
難摳博士:性能也是很重要的一環,先前我們解析過光陽使用先進的馬達控制技術,使得Candy 及Queen 可達到近乎50cc 與70cc 引擎機車的動力水準。Candy 極速來到50kph,Queen 更可達到65kph,兩車在TES 模式下的續行距離分別為43與44km。爬坡能力上兩車也皆有不錯的性能表現。

動力反應滑順的Candy 2.0 EV 在進行繞錐時有接近汽油車款的順暢度

啟動後再按下啟動鈕可以開啟加力檔模式,提供爬坡時更好的加速力

難摳博士:光陽的Candy 和Queen 在動力技術的進化大大的改變了電動機車給人的既有印象,聽不到嗡嗡嗡的電磁異音,也沒有起步動力過猛與低速動力不穩的問題,整體騎乘感非常的平順舒適,大幅提升了電動機車的騎乘樂趣,不得不讓我感嘆民間已有如此技術力,希望光陽團隊能效力國際科學機構,一同對抗惡魔黨。

更多Candy 2.0 EV

 Candy 2.0 EV 配有飛旋踏板
 與一般機車一樣的中控鎖設計

光陽電動車系列的車廠Logo 改成綠底,呼應電動車的綠色環保
更多Queen 3.0 EV

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