陳子龍 譙 航 溫佳鑫 王 哲 黃培雨

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川成都610039）

0 引言

中國未來對綠色能源的戰(zhàn)略定位：2020年前后，綠色能源占到能源消費的15%左右，戰(zhàn)略定位是替代能源；2030年前后，綠色能源占到能源消費的25%左右，戰(zhàn)略定位是主流能源；2050年前后，綠色能源占到能源消費的40%左右，戰(zhàn)略定位是主導(dǎo)能源。由此可見，綠色能源在當代社會中的需求越來越大。目前的陸地交通工具主要包括汽車、火車以及非機動車輛，而非機動車輛主要包括電動車和自行車，現(xiàn)階段陸地交通工具中的發(fā)電裝置主要收集以下幾類能源：

1 太陽能

太陽能的收集一般采用太陽能發(fā)電板配合蓄電池的結(jié)構(gòu)，其技術(shù)較為成熟，因此應(yīng)用范圍較廣泛。

1.1 太陽能在汽車中的應(yīng)用

隨著電動汽車的普及，目前汽車的發(fā)展已經(jīng)從內(nèi)燃機驅(qū)動逐漸向電機驅(qū)動方式過渡，而電機驅(qū)動意味著汽車上必須攜帶供電用蓄電池，因此利用相關(guān)的設(shè)備進行發(fā)電，以延長電動汽車的行駛里程是一種常見的做法，即在汽車車身覆蓋件的外表面上增設(shè)太陽能發(fā)電板，然后將太陽能發(fā)電板產(chǎn)生的電能經(jīng)整流、升壓等處理后存儲進蓄電池中。目前大多數(shù)電動汽車僅在車頂位置放置太陽能電池板，這是因為車頂?shù)墓庹諒姸茸畲?，且車頂部分較為平坦，可以使用較為廉價的單晶硅或多晶硅太陽能發(fā)電板。為了提高發(fā)電效率，未來的發(fā)展方向主要有兩個方面，一個是提高太陽能電池板的發(fā)電功率，另一個是加大太陽能電池板的覆蓋面積。目前，隨著柔性太陽能發(fā)電板的普及，太陽能發(fā)電板已經(jīng)可以制作成較為復(fù)雜的拱形或帶有弧度的薄膜形狀，這樣就可以極大地提高太陽能電池板的覆蓋面積，例如在發(fā)動機蓋、行李箱蓋甚至車門門板、前后翼子板的外側(cè)也可以鋪設(shè)柔性太陽能發(fā)電板，從而大大提高發(fā)電效率，這也可以看做是電動汽車未來的一個再生電能供電方向。

1.2 太陽能在非機動車輛中的應(yīng)用

目前大規(guī)模普及的共享單車中，由于單車的控制系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航裝置等電子設(shè)備需要長時間供電，且需求的電量較少，因此通常在單車前方或后方設(shè)置一塊太陽能發(fā)電板用來為電子設(shè)備提供電能，但由于太陽能發(fā)電板的面積較小，因此僅用于電子設(shè)備供電，并未用于提供動力。未來可嘗試在單車或電動車頂設(shè)置擋雨棚，擋雨棚上增設(shè)太陽能發(fā)電板，以提高發(fā)電量，或者在單車車架、前后擋泥板上增設(shè)柔性太陽能電池板，以進一步提高發(fā)電量，從而實現(xiàn)為電動車蓄電池提供能量，或?qū)⑷肆诬嚫脑斐蔀榭梢宰园l(fā)電的太陽能式電動車。

2 動能再生能量

2.1 動能再生能量原理

汽車或火車制動時依靠的是制動系統(tǒng)，而制動系統(tǒng)的制動原理是將汽車行駛時的動能通過剎車盤與剎車片之間的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能后散失在空氣中，這樣的制動方式使得汽車的動能無法進行有效的利用，

2.2 動能再生能量在交通工具中的應(yīng)用

目前很多電動汽車均設(shè)置了制動能量回收裝置，例如豐田普銳斯、寶馬5系混動車型、特斯拉Model S等車型均設(shè)置了這樣的裝置，其原理是在汽車的驅(qū)動半軸上增設(shè)一個發(fā)電機，駕駛員發(fā)出制動指令時，發(fā)電機開始工作并將半軸的動能重新轉(zhuǎn)化為電能進行儲存。目前的高速動車組車輛中也裝備了該裝置，如CRH2、CRH3型動車組轉(zhuǎn)向架輪對的車軸上均設(shè)置了動力回收裝置，有效提高了能量利用率。

而在非機動車輛中，該裝置并未普及，例如大部分品牌的電動車和幾乎所有自行車均未裝備制動回收裝置。不過，隨著電機微型化、電池重量的減小，未來在非機動車輛中具備大范圍推廣制動能量回收裝置的潛力，這也是未來非機動車輛新型技術(shù)的一個發(fā)展方向，具有廣闊的市場前景。

3 振動發(fā)電能量

3.1 振動發(fā)電原理

目前的發(fā)電裝置中，振動發(fā)電裝置的研制或產(chǎn)品越來越多，其主要包括壓電式發(fā)電裝置及永磁體往復(fù)振動式發(fā)電裝置。振動發(fā)電機指一種利用電磁感應(yīng)原理，把振動機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備，最傳統(tǒng)的做法是使用一塊懸掛的磁鐵，發(fā)電機通過電磁感應(yīng)來完成能量轉(zhuǎn)換，電磁感應(yīng)則是通過將線圈放置在一個變化的磁場中產(chǎn)生。2007年，英國南安普頓大學(xué)的一個研究小組就已經(jīng)開發(fā)出了如同方糖大小的振動發(fā)電機，并且試圖將其用于工業(yè)領(lǐng)域的傳感器上，例如煤礦、油田、化工廠或其他類似惡劣環(huán)境下的監(jiān)控設(shè)備等等。他們甚至還計劃將這種發(fā)電機進一步微型化之后植入人體，為那些需要長時間供電的醫(yī)療設(shè)備提供電力，只是這些都尚未商業(yè)化。

3.2 振動發(fā)電裝置的應(yīng)用情況

例如壓電式發(fā)電裝置可以制作成地板，鋪設(shè)在火車過道或公交車過道中，利用行人的行走進行發(fā)電，也可以做成手環(huán)形狀，作為公交車扶手；而永磁體往復(fù)振動式發(fā)電裝置可以安裝在火車或汽車的減振裝置，主要是液壓筒式減振器上，使減振器的減振效果由永磁體發(fā)電時的阻力提供，這樣也可以充分利用交通工具中的振動能量。但是現(xiàn)階段利用振動發(fā)電的裝置大多數(shù)仍處于研制或方案設(shè)計階段，少部分已有產(chǎn)品價格昂貴，還未能進行大范圍推廣或普及，而由于其發(fā)電效果較好，還可以吸收多余的振動，因此振動發(fā)電裝置是未來交通工具可以進行嘗試的一種較好的發(fā)電方式。

4 結(jié)語

目前在電動汽車和高速動車組中已經(jīng)普及了制動能量回收裝置，未來可以通過增設(shè)太陽能發(fā)電和振動發(fā)電裝置的方式，提高電動汽車和高速動車組的能源利用效率；共享單車和部分電動車上裝設(shè)了太陽能發(fā)電裝置，未來可以考慮在共享單車和電動車上增設(shè)微型制動能量回收裝置，或增加太陽能發(fā)電板的面積，以提高發(fā)電能力。由以上敘述還可看出，目前多種交通工具均只有少量的發(fā)電裝置或沒有安裝發(fā)電裝置，因此在交通工具中增設(shè)發(fā)電裝置的方案是未來交通新技術(shù)一個較好的發(fā)展方向。