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またまた，２００１年ＷＥＭがやってきました！！
TEAM ２×４も少しでも走行距離をのばすためにはどうすればいいのか悩む毎日です！！
以前も同じようなことを書きましたがまたまた同じことを書いてしまいました。
今年も夢みたいなことを考えてます．．．
ＷＥＭは，決められたバッテリーで２時間内に走った距離を競います。
そのバッテリーは４個支給され，仕様は４個とも同じです。
電圧が１２Ｖで１個の容量は，１０時間ゆっくり放電させてやっと３Ａｈの容量です。短時間で放電させると３Ａｈいきません。
バッテリーの接続方法は自由ですので，２個直列にしたものを２組並列にして２４Ｖにしたり，
４個全部を直列にして４８Ｖにしたりするのが一般的みたいです。
モータの駆動電圧が合えば，４個を全部並列にして１２Ｖでもかまわないと思います。
このバッテリー４個で，上位チームは２時間に約７０ｋｍ以上を走っています。
いま上位を狙うとしたら７０ｋｍ以上が必須となってきました。
それで，下記のような計算をしてみました。
計算や考え方が間違っていたらごめんなさい！！（だれか教えてー）
目次
１．時間内で７０ｋｍ走るのに必要な速度は？
２．使えるバッテリー容量は？
３．使える電流は？
４．モータに許される消費電力は？
５．モータの出力は？
６．その出力で必要な速度を出すためには？
７．そんな車体は可能なのだろうか？
１．時間内で７０ｋｍ走るのに必要な速度は？
７０ｋｍ÷２時間＝平均３５ｋｍ／ｈ 上位チームは，この電池でこのスピードを保ちながらが走っているみたいです。
ＷＥＭのコースは行きは追い風で，帰りは向かい風の時が多いです。ということは南風ということかなーと今ごろ気づいてます。
夏が近づいているからかなー？と風流な気分になってます。でもこの時期，結構寒かったりするんでドライバーは車内で凍ることもあります。
追い風のときは３８ｋｍ／ｈぐらいで走り，向かい風のときは３２ｋｍ／ｈでもよいと思います。
ただし，空力のよい車体ほど消費電流一定で行きと帰りの速度差が少ないようです。
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古河電池様よりいただいたバッテリーの特性グラフをじっくりみると，放電時間から使用できる容量がわかります。 レースは２時間なのでその時間いっぱいで放電したほうがグラフからみても絶対有利なので，１０時間率３Ａｈの約８０％が使用できることになります。だって，たとえば１時間で走りきるとバッテリーの７０％しか使用できないことになりますもんね。 ２時間では， ３Ａｈ×８０％＝２．４Ａｈ しか使用できないということになります。きびしい！！ |
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ただし，別の特性グラフよりバッテリーを暖めて充電すると１１０％ぐらいの容量となるみたいなので暖めながら充電するのは当然みたいです。上位チームはほとんどやってるみたい。 あと，走行中はバッテリーの入れ物にホッカイロを入れたり，断熱材で保温するみたいです。これはバッテリーは化学変化で成り立っているので，冷えるとたぶん化学変化の進行が鈍ってしまうためと思われます。うちもホッカイロ真似しよう！！ それで１０時間率では， ３Ａｈ×約１１０％≒３．３Ａｈ に増加できそうです。 これは，やらないと損ですね。でもバッテリーちゃんは大丈夫なのでしょうか？ゆでだこになってしまう！！ これを，２時間で放電すると容量が約８０％に低下するとすれば， ３．３Ａｈ×約８０％≒２．６４Ａｈ となると思われます。なんか０．２Ａｈぐらいしか増えないみたい。でも貴重なのだ。 （ただし，容量１１０％からの２時間放電カーブは不明のため予想です。） |
３．使える電流は？
前記のバッテリー１個分の容量で１時間あたりに使用できる電流は，
約２．６４Ａｈ／２時間≒１．３２Ａとなります。
４．そのときのモータに許される消費電力は？
電圧を４８Ｖとしたら４個直列なので１個分の電流そのまましか使用できないので電力は，
約１．３２Ａ×４８Ｖ≒６３．４Ｗ となります。
電圧を２４Ｖとすると２個直列にしたものを２組並列で２個分の電流が使用できますが，
約１．３２Ａ×２個×２４Ｖ≒２．６４Ａ×２４Ｖ≒６３．４Ｗ と同じです。
（ただし，どういうわけか２４Ｖのほうが走るときもあるらしい？）
電圧を１２Ｖとすると４個並列で４個分の電流が使用できますが，
約１．３２Ａ×４個×１２Ｖ≒５．２８Ａ×１２Ｖ≒６３．４Ｗと同じです。
ただし，モータが熱くなりやすく磁石を悪くしそう？（コイル抵抗が同じ場合かな？）
５．そのときのモータの出力は？
モータや機械的伝達には損失があるので，
上記消費電力のうち，効率が良いものでも８０％ぐらいしか出力できないと思われます。
しかも，モーターの効率の良い回転数にギヤ比を合わせないと，とんでもなく効率が低下します。
約６３．４Ｗ×約８０％≒５０．７Ｗ 良くてこの程度の出力だと思われます。
この，約５０Ｗの出力で平均速度３５ｋｍ／ｈが出せれば２時間で７０ｋｍいけると考えられます。
２×４が使用するモータはホンダのＤＤＷ２０１５のギア比がＤタイプのものです。使用電圧は２４Ｖです。
ＴＥＡＭ ＤＤＷさんからの資料によると下記の特性です。ＴＥＡＭ ＤＤＷさん資料ありがとうございます！！
この特性グラフは，スピード調整するボリュームを最大にしたときの特性のようですのです。
このグラフより，５０Ｗの出力が得られる電流と回転数，効率がわかるではありませんか！！今ごろ気づいている。
グラフより，５０Ｗが必要なとき自動的にＤタイプのギア比のモータ回転数は最大回転数の約９０％となるので約２６１ｒｐｍです。
ですので，モータ回転数が２６１ｒｐｍ（９０％回転数）のとき，
車速が３５ｋｍ／ｈぐらいになるようにギア比を調整すれば良いと考えられます。
また，電流値は約２．５Ａとなりますので，先ほど計算した許される電流値以下でいけそうです。わいわい！！
さらに，モータ単体での効率は約８０％以上が期待できそうです。
ただし，チェーンなどを使用してさらに減速しますのプラスして伝達損失が発生します。とほほ．．．
でも車体が良くないと，約５０Ｗの出力で３５ｋｍ／ｈのスピードは出ないので
車体の空力などをまず基本的に考えないとダメだわなー。がっくり．．．
６．その出力で必要な速度を出すためには？
それには走行抵抗による損失を，モーター出力の約５０Ｗ以下にする必要があります。
これは積算すると２時間で約１００Ｗｈ以下が必要です。
（１）とりあえず最初に，ころがり抵抗による損失を計算してみます。（実際の車体で測定するのがベストだと思いますが．．．）
ころがり抵抗は重量と関係します。
運転手の体重はレギュレーションで決まっていますので，
７０ｋｇとし，（体重の軽い人はおもりをのせることになっている。）
問題は車体の重量です。
とりあえず上位チームを参考に，
２５ｋｇ程度としバッテリーを含めると，（１個あたり１．４４ｋｇだそうですが，実際にはもう少し軽かったような．．．）
合計約１００ｋｇ が必要と思われます。
その条件で平地（コースはほとんど平ら）でのころがり抵抗を，２×４計算機で求めてみました。
（４）また，折り返し地点で普通のブレーキで熱に変えてしまうと，せっかくのエネルギーがムダになります。
あまり減速しすぎると，その後の加速にエネルギーが余計かかります。（これまた運転手のテクニックも関係しそうです。）
ここで，大容量のキャパシタなどに瞬時にエネルギーを蓄えて回生制動できるとかっこいいなー！！
７．そんな車体は可能なのだろうか？
すべての損失を合計すると，大幅に赤字のエネルギーとなる予定です！！
７０ｋｍなんて無理だよなーどうしよう！！ご意見ご感想をお待ちしております。