太陽能電動車

太陽能電動車

電動車是一種以電力為能源的車子,一般使用鉛酸電池或是鋰離子電池進行供電。而太陽能電動車是在此基礎上,將太陽能轉化成電能對車進行供電的,在很大程度上降低了電動車的使用成本,而且非常環保。其結構性能更加卓越超群,及時有效地補充電動車野外行駛途中的電量,增強行駛電能,維護和延長蓄電池使用壽命。設計獨特,安裝使用方便,保持電動車現有的配置和車輛結構,是目前同類產品中功率最大、價格最低、性能最優的{太陽能充電器}。使用壽命可達10年左右,特別是在提高電動車運行性能,降低電動車使用成本方面有很高的套用價值。

基本信息

簡介

太陽能是可再生、可持續性發展的戰略能源。當華爾街風暴席捲全球時,各先進技術國家無不在新能
太陽能電動車
源領域下賭注、投資本,以期獲得經濟復興。特別是以汽車產業為經濟支柱的國家,尤其在新能源汽車動力上力圖有所創新和發展,如在電動汽車、燃料電池汽車領域紛紛投入巨資,而在太陽能汽車領域更是探索不止,力度加大。由於太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源,通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用,屬於太陽能光發電技術。光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光轉換的,因此也稱太陽能光伏技術,又稱太陽能光伏電池。
據報導,太陽能光伏技術不僅在先進技術國家得到快速發展,的太陽能產業也以每年20%~30%的速度增長。到2020年,太陽能領域的銷售額將增加一倍,屆時中國將有1%的能源消耗來自太陽能。今後幾年,我國太陽能使用不僅在能源領域會獲得飛速發展,在汽車領域的套用也會得到不斷的提高。

特點

1. 適合為48V配置的電動車野外或行駛途中補充電源。
2. 太陽能充電器可以實現一邊行駛、一邊充電,幫助電動車增加行程達50%以上。3. 太陽能充電器,既增強電動車行駛、 爬坡的動力,又減輕電機的負載磨損。
4. 太陽能充電器及時對放電狀態下的電動車蓄電池補充電量,對於減輕蓄電池極板硫化,延長蓄電池使用壽命效果顯著。同時又能長期節省電費開支,是降低電動車的使用成本的好幫手。
5.太陽能充電器安裝方便,美觀適用,節能環保。
6. 本產品使用壽命可達12年左右,套用價值很高。

特色

1、結構具有輕、小、巧、美四大特性。車型輕,能大幅度減輕能源的消耗,降低成本;車身小,可在城市中心地帶穿街走巷行駛(不超過兩人並排騎腳踏車占用的道路面積),增加道路流量,改善交通狀況;結構設計巧妙、實用、緊湊、堅固、耐用;流線型外觀,造型美觀大方。
2、以光、電代替油,可節約有限的石油資源。白天,太陽能電池把光能轉換為電能自動存儲在動力電池中。在晚間或陰雨天,可以利用家用交流電(220V)進行充電,確保車輛照常行駛。
太陽能電動車
3、節能。本發明的太陽能電動車,耗能少,只需採用3-4平米的太陽能電池組件便可行駛起來。燃油汽車在能量轉換過程中要遵守卡諾循環的規律來做功,熱效率比較低,約為12%-15%,只有1/3左右的能量用在推動車輛前進上,其餘2/3左右的能量損失在發動機和驅動鏈上;而太陽能電動車的能量轉換不受卡諾循環規律的限制,熱效率要高得多,可達到34%-40%,90%的能量用於推動車輛前進。
4、高度重視安全問題,將主動安全性列為重要問題考慮,在車身的前部特別設計內保險結構,保障駕駛員的生命安全,每個座位上都設有三點式安全帶、座椅頭枕。另外,前後保險槓、高位剎車燈、轉向燈、前大燈、尾燈、後視鏡、安全擋風玻璃、雨刮器等配置一應俱全,而且還可以選裝兒童安全座椅等選配裝置。
5、作為一種低速車,其設計、生產和安全標準與傳統轎車相比毫不遜色。前後均有獨立懸掛,四輪鼓式制動,採用創新前橋和傳向系統,30km/h速度到停止的剎車距離不超過7.3米。
6、無污染。因為不用燃油,本車不會排放污染大氣的有害氣體
7、無噪音。本車沒有內燃機,行駛時不會聽到燃油汽車的轟鳴聲。
8、使用費用低廉。車上配有充電器和充放電控制器,有兩路電源可向動力電池充電。有太陽光時,太陽能電池組件通過充放電控制器向動力電池充電,公里行駛成本為零;無太陽光時,隨時隨地都能用家用220V電源,通過充電器向動力電池充電,公里行駛成本為3分錢。
9、易駕駛。本車無需電子點火,只需踩踏加速板便可啟動,利用控制器控制車速,勿需換檔、踩離合器,簡化了駕駛的複雜性,避免了因操作失誤而造成的事故隱患,安全性高。特別適合婦女和老年人駕駛。
10、方便。由於本車結構簡單,除了定期更換動力電池外,基本不需日常保養,省卻了傳統汽車必須經常更換機油、添加冷卻水等定期養護的煩惱。小巧玲瓏的車身,可以輕而易舉地將車泊入擁擠不堪的都市停車場。
11、節省資源。本車不需要內燃機、離合器、變速箱、傳動軸、散熱器、排氣管等零部件,大大節省了資源。
12、本車初步實現了:小型化、輕量化、安全化、環保化、節能化、控制智慧型化、能源光電化、技術高新化,與傳統汽車相比,製造難度將大大降低,更能滿足和切合社會的實際需要。
13、太陽能電動車的最大優勢是環保、節能、安全、經濟,批量生產的成本將控制在人民幣5-6千元左右,其市場目標鎖定在普通百姓家庭,將成為中國老百姓買得起、用得起、開得動的物美價廉的交通工具產品。

傳動繫結構

太陽能電動車因具所選擇的元件不同,布置方案也有所不同。目前研製的太陽能電動車布置方案
有3大類:
1)傳統型驅動方式
這種布置方式容易實現,操作和控制簡單。但能量損耗較高、噪聲較大、整車質量較重、行駛速度
較低、續駛里程較短。
2)減速驅動方式
這種方式便於布置、較易驅動、質量輕、噪聲小。但控制相對複雜,並有一定的能量損耗。
3)獨立驅動方式
這種驅動方式動力傳動系元件最少、結構最簡單、噪聲最低、車重最輕、可控性好,但造價高,控制
成為關鍵問題。 

工作原理

陽光照射電池陣列時,產生光生電流。能量(電流)通過峰值功率跟蹤器2被直接傳送到電機控制器中,驅動電機5鏇轉,使車輛行駛。剩餘電量由蓄電池儲存起來,以便太陽電池板電量不足或陰雨天氣時驅動電機。這一過程由控制器控制。車輛的啟動、加速、轉向、制動由駕駛員操縱。

動力系統

電池板的額定功率太陽能電動車在路面上行駛時,通常要受到空氣阻力、滾動、重力、軸承摩擦力等。如需要加速或爬坡時,還要受到加速阻力或坡道阻力等。功率是車速三次方的函式,增加很小的車速,就需要很大的功率,也就需要增加太陽電池板的面積和車重量,所以根據實際情況,並綜合太陽電池板的面積和功率對平均車速進行選擇。

發展概況

人類步入太陽能汽車領域只有26年的歷史。1982年墨西哥研製出三輪太陽,速度達到每小時40km,由於這輛車所獲得的電能每天只能行駛40分鐘,所以它還不能跑遠距離。然而,雖然只有這短短的40分鐘,卻是人類向太陽能汽車領域進軍的第一步,這種汽車的設計在目前來看雖然很粗陋,在車體頂上架有一個裝太陽能電池的大棚,依賴太陽光的輻射來供應汽車的電能,但是卻給人類在通往太陽能汽車領域的旅途中提供了更多更寶貴的經驗和理論與實踐等方面的依據和數據。從此後,日本、德國、美國、法國等一批先進國家也研製出太陽能電動車,並在各種展會和特定的場合進行交流和比賽
1987年11月,在澳大利亞舉行了第一次世界太陽能汽車拉力大賽,賽程全長3200km,幾乎縱貫整個澳大利亞。其靈感來自丹麥冒險家、環保倡導者索斯特洛甫,其也在1982年設計並建造了一台命名為“安靜的到達者”號太陽能汽車。這次比賽有7個國家的25輛太陽能汽車參加,結果美國的“聖雷易莎號”太陽能賽車以44小時54分鐘的成績跑完全程,奪得冠軍。“聖雷易莎號”雖然使用的是普通的矽太陽能電池,但它的設計獨特新穎,採用了象飛機樣的外形,可以利用行駛時機翼產生的升力來抵消車身的重量,而且安裝了最新研製成功的超導磁性材料製成的電機,因此使這輛賽車在大賽中創造了時速100km的最高記錄。打那以後,賽事的發展相當順利,索斯特洛甫在1996年將這一賽事的主辦權出售給了南澳大利亞政府,後者在1999年將這項原來三年一度的賽事改成了兩年一度。到2005年,參賽的太陽能汽車平均時速已達103km,冠軍賽車的最高時速已達到147km;同時大賽也擴充為幾個不同級別以適應不同的賽車。而在2003年澳大利亞太陽能汽車的比賽中,由荷蘭學生製造的“Nuna II”(紐納2號)吸納安裝了歐洲太空局發明的太陽能細胞,以30小時54分鐘跑完了3010km的路程,創造了太陽能汽車最高時速170km的新世界記錄,並取得了該次比賽的冠軍。
上世紀90年代初,美國也開始舉辦“全美太陽能車挑戰賽”,歷年來全部由全美各大學組隊參賽,與澳大利亞賽事不同的是,因缺少企業車隊參加,美國比賽的平均車速較慢,但是更注重大學生在工程創新上的實踐能力。
最有運營價值並有望步入商業化市場的是一種“日光計程車”的太陽能汽車,原創者是瑞士工程師路易斯。2007年12月起從印度尼西亞的巴厘島開始,駕駛這輛車環遊世界,迄今行程已達43萬km。2008年5月23日到達北京。他認為,太陽能汽車已經完全能夠套用於人們的日常生活,這輛車的售價在1.5萬瑞士法郎上下,重要的是駕駛成本低廉,1美元的電可以行駛160km。而這輛太陽能計程車重量只有500千,有兩個座位,在沒有陽光完全使用充電電池時,每天可以行駛300km,陽光充足時可以行駛400km。
現在,巴西、比利時都設計研發了太陽能汽車。
國外研發太陽能汽車的行為也刺激了我國科研技術人員的熱情,1984年9,我國首次研發的“太陽號”太陽能汽車試驗成功,並開進中南海向中央報喜,表明我國在研製新型動力汽車方面已經不甘落後。該車安裝了2808塊單晶矽片,組成10m2的矽陣列板,三個車輪,自重159kg,車速20km/h。
太陽能電動車

1996年清華大學參照日本太陽能車競賽規範,研製出“追”號太陽能汽車。該車重800kg,最高時速80公里,造價7.8萬美元,系採用我國第五代電池板產品,太陽能轉化率達14%。同11月又成功研製了“中國1號”,一次充電可行駛150~220km,最高時速為80~85km的太陽能電動汽車
2001年,首輛可載人太陽能電動車“思源號”在上海交大誕生。該車只要在陽光下曬3~4小時,便能行駛10多公里。但由於蓄電池容量小、續航能力差、以及車體設計風阻較大,無法完成代步車的任務。之後,太陽能研究所推出可搭乘6名乘客的太陽能車,但時速只有40km左右,續駛能力也就一個小時。至2006年底,我國首輛太陽能轎車在南京亮相、最高時速可達88公里,如加上電能,晚上能跑220km、白天可跑290km。到2008年,我國首批批量生產的太陽車汽車在展會亮相,這批太陽能汽車售價只有三萬多元,太陽能轉化率達到14%~17%,最高時速可達60~70公里,一次充電可行駛150公里以上,這是我國真正實現產業化的首批太陽能汽車。至此,我國太陽能電動車可試進入商業化階段。

工作原理

太陽能電池是一種對光有回響並能將光轉換成電力的器件裝置。能產生光伏效應的材料有許多種,如單晶矽、多晶矽、非晶矽、砷化鎵、硒銦銅等,它們的發電原理基本相同。以晶體為例:P型晶體矽經過摻雜磷可得N型矽,形成P-N結。當光線照射太陽能電池陣列板的表面時,一部分光子被矽材料吸收,光子的能量傳遞給了矽原子,使電子產生了躍遷,成為自由電子,在P-N結兩側集驟形成了電位差,當外部電路接通時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路,從而產生一定的輸出功率。這個過程的實質是:光子能量轉換成電能的過程。目前太陽能陣列電池板是由光敏半導體材料製成的,大多使用矽化合物。
根據所用材料的不同,太陽能電池板可分為:矽太陽能電池;以機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、硒銦銅等多元化合物為材料的電池;功能高分子材料製備的太陽能電池;和納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來製作電池,對太陽能電池材料一般的要求有:半導體材料的禁帶不能太寬;要有較高的光電轉換效率;材料本身對環境不造成污染;材料便於工業化生產且材料性能穩定。基於以上幾個方面考慮,矽是最理想的太陽能電池材料,這也是太陽能電池板以矽材料為主的主要原因。
太陽能電池組件是供電系統中的核心部分,也是太陽能供電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能,或送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。太陽能組件中的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能控制器的作用是管理和控制整個系統的工作狀態,並對蓄電池起到充電保護、過放電保護的作用,與純電動汽車的電動源控制管理系統具有相同的作用。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其它附加功能如光控、時控等應當都是控制器的可選項。蓄電池的作用是在有光照時將太陽能電池組件所提供出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來。
太陽能電池組件是由單個光伏電池拼接組成,或由摺疊式支架拼接組成陣列。因為單個光伏電池(如電池)的電壓太低,所以都要把它們串、並聯構成有實用價值的光伏電池板,陣列成一個套用單元,然後根據供電要求,再由多個套用單元的串、並聯組成整個太陽能光伏電池板的供電組件。蓄電池組是太陽能光伏電池的儲能裝置,在夜間或光照不足及負載消耗超出光伏電池的發電量時,由蓄電池組向負載供電。為了減輕整個系統的重量,應採用高能蓄電池組。
太陽能電動汽車與燃油汽車在動力結構上有很大的不同,但與純電動汽車的結構卻有許多相同之處。所不同的是純電動汽車的充電方式必須依靠電源,而太陽能電動汽車的電能裝置來自於太陽能光伏電池和電源兩種充電方式,而純電動不必背負巨大的太陽能光伏陳列電池板。當太陽能電池板產生電能,與控制裝置和儲能裝置連線後,再由另一端連線負載,負載就是電動汽車的電動機(驅動裝置)。一般在電動車運行時,被轉換的太陽光能通過控制裝置直運送到負載,而在停駛或太陽光足時,剩餘部分的電能向蓄電池充電並儲存起來,當太陽光不足時,由太陽能光伏電池和蓄電池同時向負載供電;當汽車減速或剎車時,還應設計“回授性制動裝置”,將電能量通過控制器,將發動機變成發電機,反向進入蓄電池進行儲存。用互補式不間斷供技術,改變嚴重依賴天氣的缺陷,完善電動車的性能。
在設計電動車整個供電系統時應綜合考慮以下幾個方面:
一是光強與負載。太陽能光伏電池是一種光電轉換裝置,其輸出功率的大小取決於光照的強度,要拼裝多大的太陽能光伏電池組件主要取決於能夠接受光照的強度及所用負載的大小。
二是蓄電池組的選擇。要根據光伏電池組合的發電容量來選擇蓄電池組的容量,以便在陰雨天及晚上可以由蓄電池向負載供電,為了減輕系統重要,最好選用高比能量的蓄電池。
三是機械強度。考慮到電動汽車的整個供電系統都是在運動和運行中使用,必須考慮系統的機械強度,耐腐蝕性,耐氣候變化等各種因素。太陽能光伏電池組陣列應採取高強度鋼化玻璃外殼,支架系統應採用高強度材料。使整個供電系統具有便於運行、重量輕、效率高、可靠性好、造價低等優勢。
5 太陽能電動汽車的控制系統
太陽能光伏電池板是將太陽能量轉變為電能,是因為光子在日光下產生能量帶動電子從一個半運動的金屬粒子的一層轉移到另一層面,電子的運動產生了通用的電力。太陽能光伏電池板可以由光電轉化率、能量比大小來選擇。由於許多獨立的矽片被組合,形成龐大的太陽能光伏陣列,並產生能夠電動汽車驅動的電能,而這種電能量還必須達到高電壓、高功率的程度,這就要有一個重要的系統-電力控制系統
電動汽車的心臟部位就是電源及其蓄電池組,而運行系統基本上是由電源、電控、電機來組成。而在太陽能電動汽車上其控制系統不僅僅控制電動源(電池),還要增加太陽能光伏電池陣列的控制功能。太陽能光伏電池所供應的電壓與蓄電池組飽和電壓基本相同,可以直接耦合,在太陽能功率充足時,多餘的能量進入儲能的蓄電池,在太陽能光電功率不足時由蓄電池完成電力驅動的任務。這些,必須由控制系統來完成。控制系統的功能就是對充電和放電的過程進行控制和保護,這樣才能保證對整個電動源系統的正常充電、放電及其對電動汽車的驅動。最簡單的控制系統也應該起到以下三個方面的作用
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一是按照使用要求給出穩定的電壓、電流;
二是蓄電池過充電或過放電時可以報警或自動切斷電路;
三是負載發生短路時可以自動切斷電源電路。
控制系統是控制太陽光伏電池陣列板對蓄電池的充電以及蓄電池和太陽能電池對負載的放電過程,實現對太陽能光伏電池和蓄電池的科學管理,指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態,具有兩路負載輸出的管理,或兩路負載可以隨意設定為同時工作、分時工作或單獨工作等模式,同時具有負載過流、短路保護功能,具有較高的自動化和智慧型化水平。其硬體結構主要由電壓採集路、負載輸出控制與檢測電路、指示或顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓採集電路包括太陽能光伏電池板和蓄電池電壓採集,用於太陽光線強弱的識別以及蓄電池電的獲取等。
在電動源控制系統利用子系統的控制功能對蓄電池進行充電管理時,若太陽能光伏電池正常充電蓄電池時,控制器將關斷負載,以保證負載不被損傷,當充電電壓高於保護電壓時自動關斷對蓄電池的充電;此後若電池電壓掉至維護電壓時,蓄電池進入浮充狀態,當蓄電池低於維護電壓時,啟動的應當是均充狀態。當蓄電池荷電電壓低於保護電壓時,控制系統應當自動關閉負載開關,以保護蓄電池不受損壞。在電池負載關閉後,有兩路充電電路可選擇使用,在太陽光照較強時自動啟動太陽能光伏電池板充電電路,使其發揮更大功效,或使用外充電源進行快速充電。
太陽能電動汽車電動源控制系統的軟體設計與硬體電路是相對應的,包括有程式、定時中斷程式、A/D轉換子程式、外部轉換子程式及鍵盤處理子程式、充放電管理子程式、負載管理子程式等。作為太陽能電動汽車的“心臟”——電動源的控制系統,不僅僅需要具備基本的電力控制功能,還要能體現現代控制理念,也就是達到“一體化”控制,並實現“智慧型化”的控制管理能力,在基本電動源電力系統基礎上,“智慧型化”的電動源控制系統是以電子模組為控制中心,增加了以鍵盤輸入、遙控及液晶顯示組成的人工界面模組,還增加了以安全報警模組,在內部制算法還可採取模糊控制或其它智慧型控制算法實現,此外還可以使用預留可擴展模組。

蓄電池組

太陽能電動車的蓄電池組,要根據光伏電池組件的發電容量來合理選擇蓄電池組的容量,以便在陰雨天及晚上可以由蓄電池組向負載供電。那么具體選擇何種蓄電池,不能不做各種蓄電池性能的綜合分析。
電動汽車蓄電池的研發經歷是從鉛酸電池開始的,鉛酸動力電池經歷了100餘年的發展,在人們研發了鎳氫動力電池及繼而又研發了鋰動力電池之後,便被業內猜測該退出歷史舞台了。然而,鉛酸電池仍然是大量生產的蓄電池系列。鉛酸電池作為比較成熟的蓄電池技術雖然比能量、比功率和能量密度都比較低,但是高的性價比及高倍率放電,仍然成為目前唯一能大批量生產的電動車用電池,其主要套用於目前大進入市場的電動腳踏車。但鉛酸電池在電動汽車上的套用尚存在續駛里程短,使用壽命差、及體積大、質量重、不環保等缺點,不僅在電動汽車的套用上受到阻礙,想成為太陽能電動汽車上的儲能電池範疇套用其難度是可想而知的。
鎳氫蓄電池在鋰離子蓄電池出現以前,曾在電動汽車上廣泛試用,其比能量達到75~80Wh/kg,比功率達160~230w/kg,循環使用壽命超過600次。由於鎳氫蓄電池在安全性方面較有優勢,所以在混合動力汽車的套用方面目前達到趨於成熟的境界。套用比較的汽車廠商如日本豐田、美國通用等公司。但鎳氫電池在價格上遠高於鉛酸蓄電池,以及能量密度低於鋰離子蓄電池,所以,難以成為太陽能電動汽車的首選電池。
太陽能電動車

太陽能電動汽車的蓄電池是通過太陽能光伏電池板給予充電的(在光照不足時也可以通過外接電源充電)。為了最大限度地降低整個電動汽車的重量,方便電動汽車的運行,選擇大容量高倍率蓄能的鋰離子蓄電池,是太陽能電動汽車的最佳選擇。雖然鋰離子蓄電池與鉛酸蓄電池的成本相比有所增加,但在相同容量的情況下,比採用鉛酸電池減輕4倍以上的重量,因為鋰離子蓄電池在比能量、循環壽命、自放電率及環保諸多方面都具有優越的性能。它的比能量可達150Wh/kg,是鎳氫電池的2倍以上,鉛酸蓄電池的4倍以上。於比能量是鉛酸蓄電池的四分之一,從這個角度分析鋰離子蓄電池對能量消耗的資源就少。由於鋰離子蓄電池所用元素的儲量比較多,資源較豐富,因此,鉛酸蓄電池和鎳氫蓄電池可能會進一步漲價,鋰蓄電池成本反而會進一步降低。太陽能電動汽車的電動源系統採用鋰離子蓄電池重要的是減輕重量,提高整個系統的輕便性能。另外它的單位體積能量很大,高達400Wh/L,相同容量的體積是鉛酸電池的三分之一到四分之一,為進行輕巧、靈活的設計要求提供了更為廣闊的設計空間。另外鋰離子蓄電池的反覆充電壽命長,單體電池的循環次數可達1500次以上。作為電池組如果有好的監控管理系統,在充放電時達到均衡程度,仍然可達1000次以上。因為太陽能蓄電池在使用時常常可以浮充或淺放,其電池組壽命不會像純電動汽車那樣短。鋰離子蓄電池的另一個優點是自放電率低,這在連續陰天和在夜間蓄存電能都有相當大的好處,可以提高電動車的性能。在鋰離子蓄電池的荷電容量保持60%~80%計算,使用年限應不低於3~5年,壽命相當於鉛酸電池的三倍左右。由於鋰離子蓄電池不含鉛和鎘等重金屬,被業內稱為綠色環保電池。隨著我國鋰離子動力型蓄電池技術的不斷提高,特別在鋰離子動力電池使用、管理、控制技術的突破並會不斷提高水平,其電池的使用壽命也會越來越長,性價比也會越來越有優勢,在電動汽車上的使用也會越來越廣泛。鋰離子動力型蓄電池不僅在太陽能電動汽車上、純電動汽車上,和燃料電池汽車得到廣泛的套用,還會在航空、航海等領域得到廣泛的套用。目前代表國際先進技術水平的鋰鐵、鋰錳二大動力型蓄電池,分別由中信國安盟固利和深圳雷天公司生產,並成功地運用在大型載人客車上,2008年奧運會上,這種先進技術的大客車做為場館應專用接送運動員的現代客車,盡顯了中國科技奧運的風采。
7 太陽能電動汽車驅動系統
汽車的功能所在就是驅動。太陽能電動汽車的目的當然也在於此。無論採用何種電動汽車的目的當然也在於此。無論採用何種電動機負載,其設計和使用目標都是為滿足電動汽車的行駛需要。由於直流電機有良好的調整性能,早期開發的電動汽車大多採用了直流電機。近代電子技術和控制技術的發展,交流感應電機、永磁無刷電機、開關阻磁電機的套用範圍逐步擴大、性能越來越完善,電動汽車所用的直流電機也這些電機所取代。總的趨勢是交流電機將取代直流電機。
大多數太陽能電動汽車使用的電動機是雙線圈交流無刷電機,這種交流無刷電機是輕質材料製造,非常適合於太陽能電動汽車“輕”的要求,在額定的RPM(每秒轉速)達到99%的使用效率。這比以前使用直接引導式驅動傳送動力裝置要先進。這種傳送動力的裝置也稱其為機械驅動。這種機械驅動系統還有選用傳統汽車的變速器、傳動軸、後橋和半軸等部件的。而電動機通過鏈條和履帶同一個單一的齒輪傳動裝置,與車輪連結的引導式裝置要比機械驅動裝置先進了一步。有的還使用變頻履帶式驅動傳送動力給車輪驅動,但這種變頻履帶式電動機需要精確地安裝和有效的精細的配置。現在,太陽能電動汽車多齒輪傳送裝置已經被淘汰,雙線圈電動機成為電動車常用的傳動裝置。在雙線圈之間轉換改變了電動機的速度,低速線圈能為太陽能汽車的啟動和減速提供高的轉力矩,而高速線圈則為汽車運行提供高效率和最佳的運行效果。特別在軸式驅動設計中,一個軸式電動機去除了許多外加的傳送設備,這大大提高了駕駛車輛的效率,縮減了用於驅動車輪而需要的能量。
軸式驅動系統結構更加緊湊,安裝和卸也更加方便,不占據車體空間,有利於布置蓄電池。而電動車機電一體化驅動系統是由左右兩個雙聯式電動機組成,分別驅動兩個車輪。在雙聯式電機之間裝有電子控制的差速器,用來控制雙聯電動機在車輛直線行駛時同步轉動和汽車轉彎時的差速轉動。機電一體化驅動系統僅採用兩根半軸來驅動車輪,使電動車的驅動模式形成獨特的驅動系統,使結構更加緊湊,是目前電動汽車的主要驅動模式。而輪式電機驅動系統,是將電動機直接裝在電動汽車的車輪里,用來直接驅動電動汽車的驅動輪。這種驅動式不但提高了傳動效率,不占電動汽車的本身和底盤空間,而且減少了車輛的懸掛重量,是目前所有電動汽車主要採取的驅動設計方案。輪式電機驅動系統可以兩輪驅動,也可以設計四輪驅動。在太陽能電動汽車的設計中應該是最佳驅動方案。

管理系統

電動汽車的驅動系統如同一個人的運動系統,電動源就如同一輛電動車的“心臟”,那么電動汽車的管理系統就如同汽車的“大腦”。“大腦”的笨拙與智商高低,是使電動汽車能否利用有限的電動源而增加續駛能力,提高行駛速度,有效地養和提高電動源使用壽命,這就要看管理系統“大腦”的聰明程度了。
一輛電動汽車的驅動系統來自於電動源動力系統,而管理系統又操控著動力源的工作能力,所以一輛太陽能電動汽車也不例外,其電動源(太陽能光伏電池板組件及蓄電池)、控制系統、驅動系統都處在能量管理系統的“領導”之下。能量管理系統擔負著整個車輛所有工作系統處於最佳狀態的任務,並採集各個系統的運行數據,進行監控、診斷和管理,還需控制充電方式、指示放電工作、提供剩餘量數據和當前能量顯示等職責。
能量管理系統最基本的功能是提供改善行駛里程的最佳駕駛模式;根據選定的駕駛模式預測行駛里程;在再生(電能)制動時,合理調度再生能量;具有對蓄電池組充放電的保護和報警(過壓、欠壓、超溫)功能;對充電時與充電器和電池組以及發電的光伏電池組件之間的數據傳輸和有效管理;以及身份識別和自診斷自修復功能。
能量管理系統是以微處理電子控制單元為核心的。它連線各種感測器輸入連線埠,其中包括車內外氣溫感測器,電機和電機控制系統、蓄電池組控制系統、電流電壓感測器、速度和加速感測器,還有光伏電池陳列控制系統等。它的主要工作是管理動源(包括光伏電池陳列和蓄電池組)的電壓、電流和溫度,指示充放電狀態。控制系統是能量管理系統的主要信息部分,而控制單元主要是根據監控系統所提供的信息,控制各個執行器件,以實現智慧型化的能量管理程度。
能量管理系統軟體程式不僅要能夠監測和記錄感測器的輸入,而且還應包括有動源組在內的電動汽車功能模組。這個模組系統以電動源組、控制系統和負載為主要對象,通過最佳化計算,可以使電動車在任何速度和負載下都達到最佳的運行效率
智慧型化管理系統的另一個任務是顯示有關電動汽車行駛的重要信息以及故障診斷。並在不影響車輛行駛及安全的情況下,自動執行經濟行駛模式,以防止能量的無效使用。如停車時自動熄滅探照燈;根據外部環境溫度自動調整空調,將駕駛模式與司機採用駕駛方式相比較,自調整最佳模式,以達節能目的;在車輛下坡或剎車時,能夠將電動機功能轉化為發電機功能,並儲存到蓄電池裡;此外還應能記錄蓄電池充電和放電的當前和歷史數據,以及電動源運行歷史數據傳遞到計算機里進行軟體處理,以實現對電動源工作狀態的監控,進而發現電動源組件和故障的隱患,為動車的維修服務提供準確的診斷。
如果將電動車的管理系統比喻為“大腦”,電動源系統比喻為“心臟”,那么電動車的控制系統就可以比喻為“神經”了,神經的控制和傳導使電動汽車運動(行駛)起來。決定電動汽車“動能”的大小取決於電動源,所以,“心臟”功能猶為重要,只有電力十足才能保持大腦不致於供血不足,也可以使電動汽車“血液”流暢,所以也能決定電動汽車的運行能力

發展前景

長期以來,晶體矽是用作太陽能電池中吸收光的主要半導體材料。儘管它是一種間接禁帶半導體材料,吸光能力相對較弱,但由於它可以借鑑微電子工藝技術、容易製備出高效穩定的太陽能電池,仍然占據著光伏電池發電的主要份額。由於單晶矽光電轉換率一般為15%,最大的可達22%,所以市場份額較多晶矽大一些。但多晶矽的光電轉換率比單晶矽雖然較低,造價成本小,在太陽能光伏電池發電的套用領域會有可能逐漸爭奪來大量的市場。而在太陽能電動汽車的套用上,單晶矽仍然會占據統治地位,單晶矽的光電轉換率必將比多晶矽的轉換效率要高出7~8%。
制約太陽能電動汽車發展的瓶頸就是光電轉換效率的問題。一般一輛可滿足電動汽車電動源使用的電源能量,大約需70平方米的太陽能光伏電池陳列板,背負這么大面積怎么可能實現電動汽車的商業化?目前太陽能電動汽車尚屬概念車,太陽能電動汽車取代純電動車和氫能汽車還不可能實現。因為太陽能的不穩定性、分散性(強烈時大約1千瓦/平方米)以及太陽能光伏電池的能量密度小、太陽能收集裝置轉化效率低、成本高,所以目前還不能廣泛推廣套用。
為了提高太陽能電池效率,早在上世紀70年代人們就考慮採用聚焦技術,想通過特別的光學系統將光線聚焦到太陽能電池板上,使太陽能的入射功率提高2000倍。但是由於可靠性和空間問題,這一技術暫時並未得到套用。而採用聚集太陽能形成高溫產生能量新方法,已經被義大利科學家CarloRubbia研究出成果,目前正在進行商業化套用開發。日本夏普公司展示了一種新系統,可以通過菲涅爾透鏡將太陽能聚焦在太陽能電池板上,使轉換效率大大提高,在25px2的太陽能電池上實現了捕捉230W太陽能的記錄。這種聚光式光電轉換效率提高的技術使電能密度提高到傳統光伏電池的5倍。太陽能高新技術的開發、使太陽能電動汽車的發展帶來新的曙光。
目前太陽能電動汽車普遍採用質輕價貴的航空航天材料,造價自然十分高昂。以目前的材料套用和技術能力,很難滿足汽車高度行駛的足夠動力;以及目前太陽能電動汽車功率小、速度慢、承重能力低等弱點,要想使太陽能汽車正式步入人們的生活,正經得需要幾十年的功夫。然而,人們對太陽能汽車的研究步伐是不可能停止的,因為太陽能電動汽車畢竟是最理想、最清潔、最有發展前景的永不枯竭的綠色可持續套用的汽車。當人們用固定裝置大規模收集太陽能用以發電、取暖、熱水等都成為現實的時候,用太陽能電池給電動汽車充電,或者用太陽能的固定裝置發電後給蓄電池充電,用來更換電動汽車的動力源,應該是目前非常現實的措施。電動汽車利用太陽能發電、充電,對於偏遠無電力網的地區,或電力不的地方是完全可行的,並且是一種非常明智的選擇。

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