太陽能電動車

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電轉換的，因此也稱太陽能光伏技術，又稱太陽能光伏電池。

據報道，太陽能光伏技術不僅在先進技術國家得到快速發展，中國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，中國太陽能使用不僅在能源領域會獲得飛速發展，在汽車領域的應用也會得到不斷的提高。

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（不超過兩人並排騎自行車佔用的道路面積），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。

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，前後保險杠、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。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。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。由於車身結構簡單，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、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。

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，應用價值很高。

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。

主要有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、雜訊較大、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、雜訊小。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、雜訊最低、車重最輕、可控性好，但造價高，控制

成為關鍵問題。

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、滾動阻力、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數，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。

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”，那麼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，有效地保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、提供剩餘電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。它連接各種感測器輸入埠，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電動源（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，以實現智能化的能量管理程度。

能量管理系統軟體程序不僅要能夠監測和記錄感測器的輸入，而且還應包括有電動源組在內的電動汽車功能模塊。這個模塊系統以電動源組、控制系統和負載為主要對象，通過優化計算，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。

智能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，為電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”，那麼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。

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。那麼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，仍然成為唯一能大批量生產的電動車用電池，其主要應用於大量進入市場的電動自行車。但鉛酸電池在電動汽車上的應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，不僅在電動汽車的應用上受到阻礙，想成為太陽能電動汽車上的儲能電池範疇應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應用方面已經達到趨於成熟的境界。應用比較好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蓄電池。

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。由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。隨著中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應用，還會在航空、航海等領域得到廣泛的應用。現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。