[科普中国]-太阳能电动车

电动车是一种以电力为能源的车子，一般使用铅酸电池或是锂离子电池进行供电。而太阳能电动车是在此基础上，将太阳能转化成电能对车进行供电的，在很大程度上降低了电动车的使用成本，而且非常环保。其结构性能更加卓越超群，及时有效地补充电动车野外行驶途中的电量，增强行驶电能，维护和延长蓄电池使用寿命。设计独特，安装使用方便，保持电动车现有的配置和车辆结构，是目前同类产品中功率最大、价格最低、性能最优的太阳能充电器。使用寿命可达25年左右，特别是在提高电动车运行性能，降低电动车使用成本方面有很高的应用价值。

简介太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。当华尔街风暴席卷全球时，各先进技术国家无不在新能源领域下赌注、投资本，以期获得经济复兴。特别是以汽车产业为经济支柱的国家，尤其在新能源汽车动力上力图有所创新和发展，如在电动汽车、燃料电池汽车领域纷纷投入巨资，而在太阳能汽车领域更是探索不止，力度加大。由于太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用，属于太阳能光发电技术。光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此也称太阳能光伏技术，又称太阳能光伏电池。

据报道，太阳能光伏技术不仅在先进技术国家得到快速发展，中国的太阳能产业也以每年20%~30%的速度增长。到2020年，太阳能领域的销售额将增加一倍，届时中国将有1%的能源消耗来自太阳能。今后几年，我国太阳能使用不仅在能源领域会获得飞速发展，在汽车领域的应用也会得到不断的提高。1

特色车身特点1、结构具有轻、小、巧、美四大特性。车型轻，能大幅度减轻能源的消耗，降低成本；车身小，可在城市中心地带穿街走巷行驶（不超过两人并排骑自行车占用的道路面积），增加道路流量，改善交通状况；结构设计巧妙、实用、紧凑、坚固、耐用；流线型外观，造型美观大方。

2、以光、电代替油，可节约有限的石油资源。白天，太阳能电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中。在晚间或阴雨天，可以利用家用交流电（220V）进行充电，确保车辆照常行驶。

3、节能，本发明的太阳能电动车，耗能少，只需采用3-4平米的太阳能电池组件便可行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来做功，热效率比较低，约为12%-15%，只有1/3左右的能量用在推动车辆前进上，其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的能量转换不受卡诺循环规律的限制，热效率要高得多，可达到34%-40%，90%的能量用于推动车辆前进。

4、高度重视安全问题，将主动安全性列为重要问题考虑，在车身的前部特别设计内保险结构，保障驾驶员的生命安全，每个座位上都设有三点式安全带、座椅头枕。另外，前后保险杠、高位刹车灯、转向灯、前大灯、尾灯、后视镜、安全挡风玻璃、雨刮器等配置一应俱全，而且还可以选装儿童安全座椅等选配装置。

5、作为一种低速车，其设计、生产和安全标准与传统轿车相比毫不逊色。前后均有独立悬挂，四轮鼓式制动，采用创新前桥和传向系统，30km/h速度到停止的刹车距离不超过7.3米。

6、无污染。因为不用燃油，本车不会排放污染大气的有害气体。

7、无噪音。没有内燃机，行驶时不会听到燃油汽车的轰鸣声。

8、使用费用低廉。车上配有充电器和充放电控制器，有两路电源可向动力电池充电。有太阳光时，太阳能电池组件通过充放电控制器向动力电池充电，公里行驶成本为零；无太阳光时，随时随地都能用家用220V电源，通过充电器向动力电池充电，公里行驶成本为3分钱。

9、易驾驶。无需电子点火，只需踩踏加速板便可启动，利用控制器控制车速，勿需换档、踩离合器，简化了驾驶的复杂性，避免了因操作失误而造成的事故隐患，安全性高。特别适合妇女和老年人驾驶。

10、方便。由于车身结构简单，除了定期更换动力电池外，基本不需日常保养，省却了传统汽车必须经常更换机油、添加冷却水等定期养护的烦恼。小巧玲珑的车身，可以轻而易举地将车泊入拥挤不堪的都市停车场。

11、太阳能电动车的最大优势是环保、节能、安全、经济，批量生产的成本将控制在人民币5-6千元左右，其市场目标锁定在普通百姓家庭，将成为中国老百姓买得起、用得起、开得动的物美价廉的交通工具产品。

电池特点1. 适合为48V配置的电动车野外或行驶途中补充电源。

2.太阳能充电器可以实现一边行驶、一边充电，帮助电动车增加行程达50%以上。

3. 太阳能充电器，既增强电动车行驶、 爬坡的动力，又减轻电机的负载磨损。

4. 太阳能充电器及时对放电状态下的电动车蓄电池补充电量，对于减轻蓄电池极板硫化，延长蓄电池使用寿命效果显著。同时又能长期节省电费开支，是降低电动车的使用成本的好帮手。

5．太阳能充电器安装方便，美观适用，节能环保。

6. 本产品使用寿命可达12年左右，应用价值很高。

驱动方式太阳能电动车因具所选择的元件不同，布置方案也有所不同。

主要有3大类：

1)传统型驱动方式

这种布置方式容易实现，操作和控制简单。但能量损耗较高、噪声较大、整车质量较重、行驶速度

较低、续驶里程较短。

2)减速驱动方式

这种方式便于布置、较易驱动、质量轻、噪声小。但控制相对复杂，并有一定的能量损耗。

3)独立驱动方式

这种驱动方式动力传动系元件最少、结构最简单、噪声最低、车重最轻、可控性好，但造价高，控制

成为关键问题。1

工作系统动力系统电池板的额定功率太阳能电动车在路面上行驶时，通常要受到空气阻力、滚动阻力、重力、轴承摩擦力等。如需要加速或爬坡时，还要受到加速阻力或坡道阻力等。功率是车速三次方的函数，增加很小的车速，就需要很大的功率，也就需要增加太阳电池板的面积和车重量，所以根据实际情况，并综合太阳电池板的面积和功率对平均车速进行选择。

管理系统电动汽车的驱动系统如同一个人的运动系统，电动源就如同一辆电动车的“心脏”，那么电动汽车的管理系统就如同汽车的“大脑”。“大脑”的笨拙与智商高低，是使电动汽车能否利用有限的电动源而增加续驶能力，提高行驶速度，有效地保养和提高电动源使用寿命，这就要看管理系统“大脑”的聪明程度了。

一辆电动汽车的驱动系统来自于电动源动力系统，而管理系统又操控着动力源的工作能力，所以一辆太阳能电动汽车也不例外，其电动源（太阳能光伏电池板组件及蓄电池）、控制系统、驱动系统都处在能量管理系统的“领导”之下。能量管理系统担负着整个车辆所有工作系统处于最佳状态的任务，并采集各个系统的运行数据，进行监控、诊断和管理，还需控制充电方式、指示放电工作、提供剩余电量数据和当前能量显示等职责。

能量管理系统最基本的功能是提供改善行驶里程的最佳驾驶模式；根据选定的驾驶模式预测行驶里程；在再生（电能）制动时，合理调度再生能量；具有对蓄电池组充放电的保护和报警（过压、欠压、超温）功能；对充电时与充电器和电池组以及发电的光伏电池组件之间的数据传输和有效管理；以及身份识别和自诊断自修复功能。

能量管理系统是以微处理电子控制单元为核心的。它连接各种传感器输入端口，其中包括车内外气温传感器，电机和电机控制系统、蓄电池组控制系统、电流电压传感器、速度和加速传感器，还有光伏电池陈列控制系统等。它的主要工作是管理电动源（包括光伏电池陈列和蓄电池组）的电压、电流和温度，指示充放电状态。控制系统是能量管理系统的主要信息部分，而控制单元主要是根据监控系统所提供的信息，控制各个执行器件，以实现智能化的能量管理程度。

能量管理系统软件程序不仅要能够监测和记录传感器的输入，而且还应包括有电动源组在内的电动汽车功能模块。这个模块系统以电动源组、控制系统和负载为主要对象，通过优化计算，可以使电动车在任何速度和负载下都达到最佳的运行效率。

智能化管理系统的另一个任务是显示有关电动汽车行驶的重要信息以及故障诊断。并在不影响车辆行驶及安全的情况下，自动执行经济行驶模式，以防止能量的无效使用。如停车时自动熄灭探照灯；根据外部环境温度自动调整空调，将驾驶模式与司机采用驾驶方式相比较，自调整最佳模式，以达节能目的；在车辆下坡或刹车时，能够将电动机功能转化为发电机功能，并储存到蓄电池里；此外还应能记录蓄电池充电和放电的当前和历史数据，以及电动源运行历史数据传递到计算机里进行软件处理，以实现对电动源工作状态的监控，进而发现电动源组件和故障的隐患，为电动车的维修服务提供准确的诊断。

如果将电动车的管理系统比喻为“大脑”，电动源系统比喻为“心脏”，那么电动车的控制系统就可以比喻为“神经”了，神经的控制和传导使电动汽车运动（行驶）起来。决定电动汽车“动能”的大小取决于电动源，所以，“心脏”功能犹为重要，只有电力十足才能保持大脑不致于供血不足，也可以使电动汽车“血液”流畅，所以也能决定电动汽车的运行能力。

蓄电池组太阳能电动车的蓄电池组，要根据光伏电池组件的发电容量来合理选择蓄电池组的容量，以便在阴雨天及晚上可以由蓄电池组向负载供电。那么具体选择何种蓄电池，不能不做各种蓄电池性能的综合分析。

电动汽车蓄电池的研发经历是从铅酸电池开始的，铅酸动力电池经历了100余年的发展，在人们研发了镍氢动力电池及继而又研发了锂动力电池之后，便被业内猜测该退出历史舞台了。然而，铅酸电池仍然是大量生产的蓄电池系列。铅酸电池作为比较成熟的蓄电池技术虽然比能量、比功率和能量密度都比较低，但是高的性价比及高倍率放电，仍然成为唯一能大批量生产的电动车用电池，其主要应用于大量进入市场的电动自行车。但铅酸电池在电动汽车上的应用尚存在续驶里程短，使用寿命差、及体积大、质量重、不环保等缺点，不仅在电动汽车的应用上受到阻碍，想成为太阳能电动汽车上的储能电池范畴应用其难度是可想而知的。

镍氢蓄电池在锂离子蓄电池出现以前，曾在电动汽车上广泛试用，其比能量达到75~80Wh/kg，比功率达160~230w/kg，循环使用寿命超过600次。由于镍氢蓄电池在安全性方面较有优势，所以在混合动力汽车的应用方面已经达到趋于成熟的境界。应用比较好的汽车厂商如日本丰田、美国通用等公司。但镍氢电池在价格上远高于铅酸蓄电池，以及能量密度低于锂离子蓄电池，所以，难以成为太阳能电动汽车的首选蓄电池。

太阳能电动汽车的蓄电池是通过太阳能光伏电池板给予充电的（在光照不足时也可以通过外接电源充电）。为了最大限度地降低整个电动汽车的重量，方便电动汽车的运行，选择大容量高倍率蓄能的锂离子蓄电池，是太阳能电动汽车的最佳选择。虽然锂离子蓄电池与铅酸蓄电池的成本相比有所增加，但在相同容量的情况下，比采用铅酸电池减轻4倍以上的重量，因为锂离子蓄电池在比能量、循环寿命、自放电率及环保诸多方面都具有优越的性能。它的比能量可达150Wh/kg，是镍氢电池的2倍以上，铅酸蓄电池的4倍以上。由于比能量是铅酸蓄电池的四分之一，从这个角度分析锂离子蓄电池对能量消耗的资源就少。由于锂离子蓄电池所用元素的储量比较多，资源较丰富，因此，铅酸蓄电池和镍氢蓄电池可能会进一步涨价，锂蓄电池成本反而会进一步降低。太阳能电动汽车的电动源系统采用锂离子蓄电池重要的是减轻重量，提高整个系统的轻便性能。另外它的单位体积能量很大，高达400Wh/L，相同容量的体积是铅酸电池的三分之一到四分之一，为进行轻巧、灵活的设计要求提供了更为广阔的设计空间。另外锂离子蓄电池的反复充电寿命长，单体电池的循环次数可达1500次以上。作为电池组如果有好的监控管理系统，在充放电时达到均衡程度，仍然可达1000次以上。因为太阳能蓄电池在使用时常常可以浮充或浅放，其电池组寿命不会像纯电动汽车那样短。锂离子蓄电池的另一个优点是自放电率低，这在连续阴天和在夜间蓄存电能都有相当大的好处，可以提高电动车的性能。在锂离子蓄电池的荷电容量保持60%~80%计算，使用年限应不低于3~5年，寿命相当于铅酸电池的三倍左右。由于锂离子蓄电池不含铅和镉等重金属，被业内称为绿色环保电池。随着我国锂离子动力型蓄电池技术的不断提高，特别在锂离子动力电池使用、管理、控制技术的突破并会不断提高水平，其电池的使用寿命也会越来越长，性价比也会越来越有优势，在电动汽车上的使用也会越来越广泛。锂离子动力型蓄电池不仅在太阳能电动汽车上、纯电动汽车上，和燃料电池汽车得到广泛的应用，还会在航空、航海等领域得到广泛的应用。现代表国际先进技术水平的锂铁、锂锰二大动力型蓄电池，分别由中信国安盟固利和深圳雷天公司生产，并成功地运用在大型载人客车上，2008年奥运会上，这种先进技术的大客车做为场馆应专用接送运动员的现代客车，尽显了中国科技奥运的风采。2

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学