基于部分太陽能供電的純電動汽車設計

基于部分太陽能供電的純電動汽車設計

一般認為，電動汽車的能源效率約是傳統內燃機汽車的3倍，但該結果并沒有考慮電能產生、電能傳送和電池充電效率等因素。電能主要來源于火力發電和核電，電能產生的綜合效率為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%，而電動汽車的整體效率約為23%，這一結果并不明顯高于傳統內燃機汽車的能源效率（20%）。因此，研究人員開始對發電方式進行分析，而太陽能發電是最理想的一種發電方式。對于普通乘用車，可接受太陽輻射的面積約為4～5m2，光照條件良好時太陽輻射能約為1000W/m2，太陽能光伏板的轉換效率約為30%。因而，僅依靠太陽能發電不能滿足純電動汽車的功率需求。本文對采用部分太陽能供電的純電動汽車的結構進行了設計，以提高其能源效率。

汽車效率很大程度上取決于汽車質量大小，因而進行電動汽車設計時，首先進行輕量化設計。車架采用質量較輕的管狀結構，管狀結構雖然容易傳遞發動機產生的振動、熱和噪聲，但是由于純電動汽車采用振動較小的牽引電機，因而可忽略車架傳遞的振動、熱等。所設計整車寬1.52m、長2.23m、高1.55m，配備4個155/80 R13輪胎，整車質量500kg。電動汽車前部采用兩個牽引電機，采用前輪驅動有利于進行再生制動。雙牽引電機能夠省去限滑差速器和鎖止差速器，進一步減輕了整車質量。電池采用72V、48Ah、3.5kWh的磷酸鐵鋰電池組，其上共包含96個3.2V、12Ah的圓柱形磷酸鐵鋰電池。采用美國奧立龍（Orion）生產的電池管理系統（BMS）對電池組荷電狀態進行估計，并防止過充、過放和高電流等電池沖擊。原型車試驗在韓國國立首爾大學進行，行駛路段長為5km、高度差為165m，包括乘員和駕駛員在內的整車車重為660kg，太陽能電池板每小時產生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