基于部分太陽能供電的純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)

一般認(rèn)為，電動(dòng)汽車的能源效率約是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的3倍，但該結(jié)果并沒有考慮電能產(chǎn)生、電能傳送和電池充電效率等因素。電能主要來源于火力發(fā)電和核電，電能產(chǎn)生的綜合效率為33%。此外，電能傳輸效率為93%、充電器的充電效率為70%、電池的充電效率為90%，而電動(dòng)汽車的整體效率約為23%，這一結(jié)果并不明顯高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的能源效率（20%）。因此，研究人員開始對(duì)發(fā)電方式進(jìn)行分析，而太陽能發(fā)電是最理想的一種發(fā)電方式。對(duì)于普通乘用車，可接受太陽輻射的面積約為4～5m2，光照條件良好時(shí)太陽輻射能約為1000W/m2，太陽能光伏板的轉(zhuǎn)換效率約為30%。因而，僅依靠太陽能發(fā)電不能滿足純電動(dòng)汽車的功率需求。本文對(duì)采用部分太陽能供電的純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以提高其能源效率。

汽車效率很大程度上取決于汽車質(zhì)量大小，因而進(jìn)行電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。車架采用質(zhì)量較輕的管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)雖然容易傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)、熱和噪聲，但是由于純電動(dòng)汽車采用振動(dòng)較小的牽引電機(jī)，因而可忽略車架傳遞的振動(dòng)、熱等。所設(shè)計(jì)整車寬1.52m、長(zhǎng)2.23m、高1.55m，配備4個(gè)155/80 R13輪胎，整車質(zhì)量500kg。電動(dòng)汽車前部采用兩個(gè)牽引電機(jī)，采用前輪驅(qū)動(dòng)有利于進(jìn)行再生制動(dòng)。雙牽引電機(jī)能夠省去限滑差速器和鎖止差速器，進(jìn)一步減輕了整車質(zhì)量。電池采用72V、48Ah、3.5kWh的磷酸鐵鋰電池組，其上共包含96個(gè)3.2V、12Ah的圓柱形磷酸鐵鋰電池。采用美國(guó)奧立龍（Orion）生產(chǎn)的電池管理系統(tǒng)（BMS）對(duì)電池組荷電狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并防止過充、過放和高電流等電池沖擊。原型車試驗(yàn)在韓國(guó)國(guó)立首爾大學(xué)進(jìn)行，行駛路段長(zhǎng)為5km、高度差為165m，包括乘員和駕駛員在內(nèi)的整車車重為660kg，太陽能電池板每小時(shí)產(chǎn)生140Wh能量，整段路原型車行駛了約15min，消耗能量675Wh。整車能源效率提高至31%，相比之前的能源效率得到了顯著改善。

刊名：IEEE Transactions on Smart Grid（英）

刊期：2014年第9期

作者：Jaemin Kim

編譯：張振偉