- 太陽(yáng)能汽車
概述
太陽(yáng)能汽車 solar car
太陽(yáng)能發(fā)電在汽車上的應(yīng)用,將能夠有效降低全球環(huán)境污染,創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境,隨著全球經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,太陽(yáng)能汽車作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個(gè)神話。燃燒汽油的汽車是城市中一個(gè)重要的污染源頭,汽車排放的廢氣包括二氧化硫和氮氧化物都會(huì)引致空氣污染,影響我們的健康。現(xiàn)在各國(guó)的科學(xué)家正致力開發(fā)產(chǎn)生較少污染的電動(dòng)汽車,希望可以取代燃燒汽油的汽車。但由于現(xiàn)在各大城市的主要電力都是來自燃燒化石燃料的,使用電動(dòng)汽車會(huì)增加用電的需求,即間接增加發(fā)電廠釋放的污染物。有鑒于此,一些環(huán)保人士就提倡發(fā)展太陽(yáng)能汽車,太陽(yáng)能汽車使用太陽(yáng)能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能,電能會(huì)在儲(chǔ)電池中存起備用,用來推動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)。由于太陽(yáng)能車不用燃燒化石燃料,所以不會(huì)放出有害物。據(jù)估計(jì),如果由太陽(yáng)能汽車取代燃汽車輛,每輛汽車的二氧化碳排放量可減少43至54%。
產(chǎn)生背景及意義
汽車用的燃料是汽油和柴油等,它們都是從石油中提煉出來的。然而,石油這種礦物燃料是不能再生的,用一點(diǎn)就少一點(diǎn),總有一天要用完。據(jù)科學(xué)家們預(yù)計(jì),目前世界上已探明的石油儲(chǔ)量將于2020年左右被采盡。因此,汽車將會(huì)出現(xiàn)挨受“饑餓”的危險(xiǎn),人類將面臨著能源的挑戰(zhàn)。
從另一方面來說,石油本身就是一種寶貴的化工原料,可以用來制造塑料、合成橡膠和合成纖維等。把石油作為燃料燒掉了,不但十分可惜,而且還污染了人類賴以生存的環(huán)境。
解決這個(gè)難題的唯一可行辦法,就是加緊開發(fā)新能源。而太陽(yáng)能就是這些新開發(fā)能源中的佼佼者。
應(yīng)用現(xiàn)狀
到目前為止,太陽(yáng)能在汽車上的應(yīng)用技術(shù)主要有兩個(gè)方面:一是作為驅(qū)動(dòng)力,二是用作汽車輔助設(shè)備的能源。
1、作為驅(qū)動(dòng)力
這一應(yīng)用方式,一般采用特殊裝置吸收太陽(yáng)能,再轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。按照應(yīng)用太陽(yáng)能的程度又可分為如下兩種形式:
?。?)太陽(yáng)能作為第一驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車
完全用太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)力代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油,是幾代汽車工作者的夢(mèng)想。1982年澳大利亞人漢斯和帕金用玻璃纖維和鋁制成了一部“靜靜的完成者”太陽(yáng)能汽車。車頂部裝有能吸收太陽(yáng)能的裝置,給兩個(gè)電池充電,電池再給發(fā)動(dòng)機(jī)提供電力。12月19曰,兩入駕駛著這輛車,從澳大利亞西海岸的珀思出發(fā),橫穿澳大利亞大陸,于1983年1月7曰到達(dá)東海岸的悉尼,實(shí)現(xiàn)了一次偉大的創(chuàng)舉。這種太陽(yáng)能汽車與傳統(tǒng)的汽車不論在外觀還是運(yùn)行原理上都有很大的不同,太陽(yáng)能汽車已經(jīng)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、驅(qū)動(dòng)、變速箱等構(gòu)件,而是由電池板、儲(chǔ)電器和電機(jī)組成.利用貼在車體外表的太陽(yáng)電池板,將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能,再通過電能的消耗,驅(qū)動(dòng)車輛行駛,車的行駛快慢只要控制輸入電機(jī)的電流就可以解決。目前此類太陽(yáng)車的車速最高能達(dá)到lOOkm/h以上,而無太陽(yáng)光最大續(xù)行能力也在100km左右。
還有一種概念上的太陽(yáng)能汽車,這種汽車在車體上沒有安裝光伏電池板,而只是配置蓄電池,而電能全部來自專門的太陽(yáng)能發(fā)電裝置。優(yōu)點(diǎn)是外觀與現(xiàn)有車輛類似,沒有"另類"的感覺,缺點(diǎn)是要經(jīng)常到太陽(yáng)能電站充電,當(dāng)然續(xù)行能力也受到限制。
?。?)太陽(yáng)能和其它能量混合驅(qū)動(dòng)汽車
太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度較弱,光伏電池板造價(jià)昂貴,加之蓄電池容量和天氣的限制,使得完全靠太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的汽車的實(shí)用性受到極大的限制,不利于推廣。因此就出現(xiàn)了一種采用太陽(yáng)能和其它能量混合驅(qū)動(dòng)的汽車。
復(fù)合能源汽車外觀與傳統(tǒng)汽車相似,只是在車表面加裝了部分太陽(yáng)能吸收裝置,比如車頂電池板,用于給蓄電池充電或直接作為動(dòng)力源。這種汽車既有汽油發(fā)動(dòng)機(jī),又有電動(dòng)機(jī),汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪,蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電驅(qū)動(dòng)后輪。電動(dòng)機(jī)用于低速行駛。當(dāng)車速達(dá)到某一速度以后,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),電動(dòng)機(jī)脫離驅(qū)動(dòng)軸,汽車便像普通汽車一樣行駛。
由于采用了混合驅(qū)動(dòng)形式,帶來了諸多好處。首先,因?yàn)橛衅桶l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),所以蓄電池不會(huì)過放電,蓄電池的容量只要滿足一天使用即可,與全用蓄電池的車相比,其容量可減少一半,也減輕了車重;其次,城市中大多數(shù)車輛都處在低速行駛狀態(tài)下,采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)可最大可能的降低城市局部污染。
2、作為汽車輔助能源
傳統(tǒng)的小轎車,功率一般在幾十千瓦左右,而太陽(yáng)輻射功率至多1kW/m2,目前的光電轉(zhuǎn)換效率小于30%。因此全部用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的轎車,需要幾十平方米的接收面積,顯然難以達(dá)到。但在傳統(tǒng)汽車上可以用太陽(yáng)能作為輔助動(dòng)力,以減少常規(guī)燃料的消耗,而且現(xiàn)代汽車的電器化程度曰益提高,各輔助設(shè)備的耗電量也因此急劇增加。這方面的應(yīng)用主要有以下幾種形式:
(1)太陽(yáng)能用作汽車蓄電池的輔助充電能源
在轎車上加裝太陽(yáng)電池后,可在車輛停止使用時(shí),繼續(xù)為電池充電,從而避免電池過度放電,節(jié)約能源。
日本應(yīng)慶大學(xué)設(shè)計(jì)了一款叫做Luciole(螢火蟲)的概念車,它的顏色像螢火蟲。這款車曾在北京展覽過,車頂上貼有近一平方米的轉(zhuǎn)換效率較高的光伏板,作用是輔助給12伏的電池充電,當(dāng)12伏電池充滿后,12伏電池又會(huì)給主電池充電。電池充滿電時(shí),這輛概念車能行駛800公里。
?。?)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和汽車空調(diào)等系統(tǒng)
汽車在陽(yáng)光下停泊,由于車內(nèi)空氣不流通,使得車體成了收集太陽(yáng)能的溫室,造成車內(nèi)溫度升高,使車內(nèi)釋放大量的有害物質(zhì),從而使車內(nèi)空氣品質(zhì)變?cè)?。若加裝太陽(yáng)能裝置,比如加裝太陽(yáng)能風(fēng)扇等,則可以為車輛在停泊期間無能耗提供新風(fēng)并降溫,保證車輛再次上路時(shí)有良好的空氣品質(zhì)。
汽車天窗的玻璃下方設(shè)置有太陽(yáng)能電池,太陽(yáng)能電池與設(shè)置的控制單元輸入端相連接,輸入端連接車輛空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器,同時(shí)輸入端還與蓄電池和點(diǎn)火器相連接。玻璃下方的太陽(yáng)能電池吸收太陽(yáng)能,經(jīng)汽車天窗控制單元可對(duì)蓄電池進(jìn)行充電,保證蓄電池的電能充足,同時(shí)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。而太陽(yáng)能天窗帶給消費(fèi)者的最直接好處是,在夏天高溫天氣里,汽車在烈日下停車熄火,完全沒有能源供給時(shí),能自動(dòng)調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度。利用內(nèi)置在天窗內(nèi)部的太陽(yáng)能集電板依靠陽(yáng)光所產(chǎn)生的電力,經(jīng)過控制系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),將車廂外的冷空氣導(dǎo)入車內(nèi),驅(qū)除車內(nèi)熱氣,達(dá)到降溫的目的。當(dāng)駕駛者及乘員再打開車門及坐在座位上,不會(huì)感覺熱浪襲人、悶熱難耐,汽車的空調(diào)系統(tǒng)可以在最短時(shí)間內(nèi)將車內(nèi)溫度降至舒適的程度。同時(shí)可以改善車內(nèi)的空氣狀況,冬天也可以減少車內(nèi)前擋風(fēng)玻璃的結(jié)霜。根據(jù)資料顯示,與沒有通風(fēng)降溫的車型相比,安裝了太陽(yáng)能天窗的汽車駕駛室內(nèi)的溫度最高降低20℃。利用太陽(yáng)能供電,節(jié)能降溫,十分有效地減少了汽車內(nèi)由熱所產(chǎn)生的“孤島”效應(yīng)。
目前國(guó)內(nèi)銷售的車型當(dāng)中,奔馳E級(jí),奧迪A8、A6L、A4、途銳等部分車型都已配備了太陽(yáng)能天窗。
優(yōu)勢(shì)
太陽(yáng)能電動(dòng)車以光電代油,可節(jié)約有限的石油資源。白天,太陽(yáng)電池把光能轉(zhuǎn)換為電能自動(dòng)存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中,在晚間還可以利用低谷電(220V)充電。
無污染,無噪音。因?yàn)椴挥萌加停?yáng)能電動(dòng)車不會(huì)排放污染大氣的有害氣體。沒有內(nèi)燃機(jī),太陽(yáng)能電動(dòng)車在行駛時(shí)聽不到燃油汽車內(nèi)燃機(jī)的轟鳴聲。
與燃油汽車的比較優(yōu)勢(shì)。實(shí)用型太陽(yáng)能動(dòng)力車除行駛速度遠(yuǎn)低于燃油汽車外,與燃油汽車相比,還是有諸多優(yōu)勢(shì)的。首先,太陽(yáng)能電動(dòng)車耗能少,只需采用3-4平方米的太陽(yáng)電池組件便可使太陽(yáng)能電動(dòng)車行駛起來。燃油汽車在能量轉(zhuǎn)換過程中要遵守卡諾循環(huán)的規(guī)律來作功,熱效率比較低,只有1/3左右的能量消耗在推動(dòng)車輛前進(jìn)上,其余2/3左右的能量損失在發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)鏈上;而太陽(yáng)能電動(dòng)車的熱量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)規(guī)律的限制,90%的能量用于推動(dòng)車輛前進(jìn)。
其次,易于駕駛。無需電子點(diǎn)火,只需踩踏加速踏板便可啟動(dòng),利用控制器使車速變化。不需換擋、踩離合器,簡(jiǎn)化了駕駛的復(fù)雜性,避免了因操作失誤而造成的事故隱患,特別適合婦女和老年人駕駛。另外,太陽(yáng)能動(dòng)力車采用創(chuàng)新前橋和轉(zhuǎn)向系統(tǒng),前后獨(dú)立懸掛,四輪鼓式制動(dòng)從時(shí)速30公里到突然剎車,剎車線不超過7.3米。
由于太陽(yáng)能電動(dòng)車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,除了定期更換蓄電池以外,基本上不需日常保養(yǎng),省去了傳統(tǒng)汽車必須經(jīng)常更換機(jī)油,添加冷卻水等定期保養(yǎng)的煩惱。小巧的車身,靈便轉(zhuǎn)向,可以輕而易舉的將車泊入擁擠不堪的都市停車場(chǎng)。
在都市行車,為了等候交通信號(hào)燈,必須不斷的停車和啟動(dòng),既造成了大量的能源浪費(fèi),又加重了空氣污染,使用太陽(yáng)能電動(dòng)車,減速停車時(shí),可以不讓電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn),大大提高了能源使用效率和減少了空氣污染。
再次,太陽(yáng)能電動(dòng)車沒有內(nèi)燃機(jī)、離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、散熱器、排氣管等零部件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造難度降低。
工作原理
金焰四射的太陽(yáng),其表面是一片烈焰翻騰的火海,溫度為6000℃左右。在太陽(yáng)內(nèi)部,溫度高達(dá)兩千萬度以上。所以,太陽(yáng)能一刻不停地發(fā)出大量的光和熱,為人類送來光明和溫暖,它也成了取之不盡、用之不竭的能源聚寶盆。
將太陽(yáng)光變成電能,是利用太陽(yáng)能的一條重要途徑。人們?cè)缭诒臼兰o(jì)50年代就制成了第一個(gè)光電池。將光電池裝在汽車上,用它將太陽(yáng)光不斷地變成電能,使汽車開動(dòng)起來。這種汽車就是新興起的太陽(yáng)能汽車。
你看,在太陽(yáng)能汽車上裝有密密麻麻像蜂窩一樣的裝置,它就是太陽(yáng)能電池板。平常我們看到的人造衛(wèi)星上的鐵翅膀,也是一種供衛(wèi)星用電的太陽(yáng)能電池板。
太陽(yáng)能電池依據(jù)所用半導(dǎo)體材料不同,通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等,其中最常用的是硅太陽(yáng)能電池。
硅太陽(yáng)能電池有圓形的、半圓形的和長(zhǎng)方形的等幾種。在電池上有像紙一樣薄的小硅片。在硅片的一面均勻地?fù)竭M(jìn)一些硼,另一面摻入一些磷,并在硅片的兩面裝上電極,它就能將光能變成電能。
在“利比特布利克二號(hào)太陽(yáng)能汽車頂上,有一個(gè)圓弧形的太陽(yáng)能電池板,板上整齊地排列著許多太陽(yáng)能電池。這些太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光的照射下,電極之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),然后通過連接兩個(gè)電極的導(dǎo)線,就會(huì)有電流輸出。
通常,硅太陽(yáng)能電池能把10%~15%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能。它既使用方便,經(jīng)久耐用,又很干凈,不污染環(huán)境,是比較理想的一種電源。只是光電轉(zhuǎn)換的比率小了一些。近年來,美國(guó)已研制成光電轉(zhuǎn)換率達(dá)35%的高性能太陽(yáng)能電池。澳大利亞用激光技術(shù)制成的太陽(yáng)能電池,其光電轉(zhuǎn)換率達(dá)24.2%,而且成本與柴油發(fā)電相當(dāng)。這些都為光電池在汽車上的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。
將光電池裝在汽車上,用它將太陽(yáng)光不斷地變成電能作為驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,這種汽車就是新興起的太陽(yáng)能汽車。太陽(yáng)能汽車?yán)锰?yáng)能的一般方法。在陽(yáng)光下,太陽(yáng)能光伏電池板采集陽(yáng)光,并產(chǎn)生人們通用的電流。這種能量被蓄電池儲(chǔ)存并為以后旅行提供動(dòng)力。或者直接提供給發(fā)動(dòng)機(jī)也可以邊開邊蓄電。能量通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器帶動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng),推動(dòng)太陽(yáng)能汽車前進(jìn)。
太陽(yáng)能汽車的構(gòu)造
?。?)太陽(yáng)電池方陣
太陽(yáng)電池方陣是太陽(yáng)能汽車的能源。方陣是由許多PV光電池板(通常有好幾百個(gè))組成。方陣類型受到太陽(yáng)能汽車尺寸和部件費(fèi)用等的制約。目前,主要有兩種類型的光電池板:硅電池和砷化合物電池。環(huán)繞地球衛(wèi)星使用的太陽(yáng)電池使用的是典型的砷化合物電池,而硅電池則更為普遍的為地面基礎(chǔ)設(shè)備所使用。一般等級(jí)的太陽(yáng)能汽車通常使用硅電池板。許多獨(dú)立的硅片(接近1000個(gè))被組合,形成太陽(yáng)電池方陣。依靠光伏電源供電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能汽車。這些方陣的通常工作電壓在50V~200V之間,并能提供1O00W的電力。方陣輸出功率的大小受到太陽(yáng)、云層的覆蓋度和溫度的影響。超級(jí)太陽(yáng)能汽車也能使用通常類型的太陽(yáng)能光電板。但更多的是使用太空級(jí)光電板。這種板很小,但是比普通的硅片電池板要昂貴得多,然而它們的使用效率非常高。
一般情況下,車子在運(yùn)動(dòng)時(shí),被轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能光被直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。但有時(shí)提供的能量要大于發(fā)動(dòng)機(jī)需求的電力,那么多余的能量就會(huì)被蓄電池儲(chǔ)存以備后用。當(dāng)太陽(yáng)電池方陣不能提供足夠的能量來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),蓄電池內(nèi)的被儲(chǔ)存的備用能量將會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充。當(dāng)然,當(dāng)太陽(yáng)能汽車不運(yùn)動(dòng)時(shí),所有能量都將通過太陽(yáng)能光伏陣列儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)。也可以利用一些回流的能量來推動(dòng)汽車。當(dāng)太陽(yáng)能汽車開始減速時(shí),換用通用的機(jī)械制動(dòng),這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將變成了一個(gè)發(fā)電機(jī),能量通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器反向進(jìn)入蓄電池內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存?;爻涞叫铍姵刂械哪芰渴欠浅I俚?,但是卻非常實(shí)用。
?。?)電力系統(tǒng)
太陽(yáng)能汽車的心臟部位就是電力系統(tǒng),它由蓄電池和電能組成,電力系統(tǒng)控制器管理全部電力的供應(yīng)和收集工作。蓄電池組就相當(dāng)于普通汽車的油箱。一個(gè)太陽(yáng)能汽車使用蓄電池組來儲(chǔ)存電能以便在必要時(shí)使用,太陽(yáng)能汽車啟動(dòng)裝置控制著蓄電池組,但是當(dāng)太陽(yáng)能汽車開動(dòng)后,是通過太陽(yáng)能陣列提供能量,從而再充到蓄電池組內(nèi)。由于重要的原因,大量的蓄電池作為能量被使用是有限的。目前在太陽(yáng)能汽車上所用的蓄電池主要有如下幾種:1.鉛酸蓄電池,2.鎳鎘蓄電池,3.鋰電池,4.鋰聚合物電池。
鎳鎘、鎳氫和鋰電池比普通的鉛酸蓄電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高了蓄電能力,重量比普通電池要輕的多。但是他們很少在太陽(yáng)能汽車中被廣泛使用,主要是維護(hù)起來很小心,并且很昂貴。另外一種蓄電池能夠提供強(qiáng)勁能量的就是鋰電池,在今后蓄電池的儲(chǔ)存能力將會(huì)更高。
電池組是由幾個(gè)獨(dú)立的模塊連接起來,并形成系統(tǒng)所須的電壓。比較有代表性的系統(tǒng)電壓一般是在84-108V。蓄電池組由幾個(gè)獨(dú)立的模塊連接起來,并形成系統(tǒng)所須的電壓。我們可以使用的系統(tǒng)電壓在84V-108V。
(3)電力控制系統(tǒng)
在太陽(yáng)能汽車?yán)镒罡呒?jí)的組件部分就是電力系統(tǒng)。它們包括峰值電力監(jiān)控儀、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電力系統(tǒng)最基本的功能就是控制和管理整個(gè)系統(tǒng)中的電力。峰值電力監(jiān)控儀條件電力來源于太陽(yáng)能光伏陣列,光伏陣列把能量傳遞給另外的蓄電池用于儲(chǔ)存或直接傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器用于推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)太陽(yáng)能光伏陣列正在給蓄電池充電的時(shí)候,電池組電力監(jiān)控儀會(huì)保護(hù)蓄電池組因過充而被損壞。電池組電力監(jiān)控儀的號(hào)碼數(shù)值隨我們的設(shè)計(jì)而被使用在太陽(yáng)能汽車?yán)铩7逯惦娏ΡO(jiān)控儀是由輕質(zhì)材料構(gòu)成,并且一般效率能達(dá)到95%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),而發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)是來自駕駛員的加速裝置。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器電力管理是通過程序來完成的。發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要配備不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,使用的工作效率一般超過90%。很多太陽(yáng)能汽車使用精確數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)來管理整個(gè)太陽(yáng)能汽車的電力系統(tǒng),其中包括,太陽(yáng)能光伏陣列、蓄電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)。在有些時(shí)候,我們需要掌控電池的電壓和電流。從監(jiān)控系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)常常用來判斷太陽(yáng)能汽車的狀況,并用來解決太陽(yáng)能汽車出現(xiàn)的問題。
?。?)電動(dòng)機(jī)
在太陽(yáng)能汽車?yán)锸褂檬裁搭愋偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)沒有限制。大多數(shù)太陽(yáng)能汽車使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是雙線圈直流無刷電機(jī),這種直流無刷電機(jī)是相當(dāng)輕質(zhì)的材料機(jī)器,在額定的RPM(每秒轉(zhuǎn)速)達(dá)到98%的使用效率。但是它們的價(jià)格比普通有刷型交流發(fā)動(dòng)機(jī)要貴一些。
太陽(yáng)能汽車的歷史
早期的太陽(yáng)能汽車是在墨西哥制成的。這種汽車,外形像一輛三輪摩托車,在車頂上架有一個(gè)裝太陽(yáng)能電池的大棚。在陽(yáng)光照射下,太陽(yáng)能電池供給汽車電能,使汽車的速度達(dá)到每小時(shí)40公里,由于這輛汽車每天所獲得的電能只能行40分鐘,所以它還不能跑遠(yuǎn)路。
1984年9月,我國(guó)首次研制的“太陽(yáng)號(hào)”太陽(yáng)能汽車試驗(yàn)成功,并開進(jìn)了北京中南海的勤政殿,向中央領(lǐng)導(dǎo)報(bào)喜。這也表明了我國(guó)在研制新型汽車方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。
現(xiàn)在世界上很多國(guó)家都在研制太陽(yáng)能汽車,并進(jìn)行交流和比賽。1987年11月,在澳大利亞舉行了一次世界太陽(yáng)能汽車?yán)Υ筚?。?個(gè)國(guó)家的25輛太陽(yáng)能汽車參加了比賽。賽程全長(zhǎng)3200公里,幾乎縱貫整個(gè)澳大利亞國(guó)土。
在這次大賽中,美國(guó)“圣雷易莎”號(hào)太陽(yáng)能賽車以44小時(shí)54分的成績(jī)跑完全程,奪得了冠軍。
“圣雷易莎”號(hào)太陽(yáng)能賽車,雖然使用的是普通的硅太陽(yáng)能電池,但它的設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎,采用了像飛機(jī)一樣的外形,可以利用行駛時(shí)機(jī)翼產(chǎn)生的升力來抵消車身的重量,而且安裝了最新研制成功的超導(dǎo)磁性材料制成的電機(jī),因此使這輛賽車在大賽中創(chuàng)造了時(shí)速100公里的最高紀(jì)錄。
太陽(yáng)能汽車不僅節(jié)省能源,消除了燃料廢氣的污染,而且即使在高速行駛時(shí)噪音也很小。因此,太陽(yáng)能汽車已引起人們的極大興趣,并將在今后得到迅速的發(fā)展。
太陽(yáng)能汽車的設(shè)計(jì)制造
太陽(yáng)能發(fā)電在汽車上的應(yīng)用,將能夠有效降低全球環(huán)境污染,創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境,隨著全球經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,太陽(yáng)能汽車作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個(gè)神話?,F(xiàn)就我們掌握的相關(guān)技術(shù)信息同有志于太陽(yáng)能汽車研發(fā)和生產(chǎn)的單位或企業(yè)進(jìn)行探討。
太陽(yáng)能汽車最具魅力的部分就是車身。光滑而又具有異域風(fēng)情的外觀是吸引眼球的部分,太陽(yáng)能汽車是由若干主體部件組成。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而使得每一輛太陽(yáng)能汽車各具特色。除了車子長(zhǎng)度的強(qiáng)制性要求限制外。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車的主體時(shí)要讓阻力達(dá)到最小值。而使太陽(yáng)能與陽(yáng)光的接觸比達(dá)到最大值,重量要盡量小而安全系數(shù)盡量達(dá)到最高。在這些方面我們得到很多理論作為支撐,如在車子的形狀和尺寸上我們花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行試跑測(cè)試。進(jìn)而測(cè)出并試圖得到最佳的外形效果。一個(gè)好的太陽(yáng)能汽車外形能夠節(jié)省幾百瓦的能量,這也是制造一輛好的太陽(yáng)能汽車所必須的。
最初的挑戰(zhàn)就是如何制造出一個(gè)高效的太陽(yáng)能汽車底盤,從而使其強(qiáng)度和安全度達(dá)到最佳,并且重量最小。每一公斤的重量都需要足夠大的能量使得在路面上移動(dòng)。這就意味著工作組力求使車子的重量減到最小。而這個(gè)關(guān)鍵的部位就是汽車的底盤。然而,安全是一個(gè)基本的要求,底盤必須具有嚴(yán)格的強(qiáng)度和安全系數(shù)要求。通常,有三種類型的底盤使用在太陽(yáng)能汽車上。
1、空間框架結(jié)構(gòu)
2、半單體橫造或碳纖維
3、單體橫造
一個(gè)空間框架使用一個(gè)焊接或保護(hù)管結(jié)構(gòu)用于支撐裝載或車體,這種車體重量輕,但不能裝載。合成的外殼是可以將分離的底盤組裝起來。半單體橫造或碳橫梁使用合成橫梁和空間隔開達(dá)到支撐裝載的能力,而整合就不能支撐裝載并承受一個(gè)整體的腹部底盤。在太陽(yáng)能汽車的頂部每段是經(jīng)常分割成片狀,從而能夠附加到腹部盤的上面。一個(gè)單體橫造的太陽(yáng)能汽車的底盤使用軀體結(jié)構(gòu)并用來支撐裝載。這三種類型的太陽(yáng)能汽車底盤都能制造出強(qiáng)勁而又輕量型的太陽(yáng)能汽車出來。許多太陽(yáng)能汽車使用我們以上提到的三種底盤結(jié)構(gòu)的組合方法。在上面結(jié)構(gòu)中有一個(gè)例子就是帶有組合空間框架的半單體橫造,可以很好的保護(hù)駕駛員。
由于太陽(yáng)能汽車中復(fù)合材料得到廣泛的應(yīng)用,在這里我們需要對(duì)合成材料進(jìn)行定義。這種合成材料是由象三明治夾層一樣結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成。碳纖維、KEVLAR和玻璃纖維,是一種普通的合成建筑材料。蜂窩狀和泡沫塑料是常用的合成填充材料。這些材料用環(huán)氧基樹脂保護(hù)起來。組合在具有KEVLAR和碳纖維的材料里。能夠獲得人需要的強(qiáng)度材料(相當(dāng)于鋼的強(qiáng)度),但是是非常輕質(zhì)的材料。
太陽(yáng)能陣列
太陽(yáng)能陣列是太陽(yáng)能汽車的一種資源。陣列是由許多PV光電池板(通常有好幾百個(gè))組成。這些光電池板是將太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)變成電能。每一組使用太陽(yáng)能光電板技術(shù)的一種來制造陣列。這些陣列類型需要符合比賽規(guī)則,受到太陽(yáng)能汽車尺寸和部件的費(fèi)用等的制約。
太陽(yáng)能光電池板是通過電線連接。若干個(gè)電線串并聯(lián)在一起,連接光電池片從而達(dá)到蓄電池規(guī)定的電壓。這里有幾種方法使得太陽(yáng)能光電池組合在一起。但是一個(gè)最基本的目標(biāo)就是在有限的空間內(nèi)能夠盡可能的裝上多的太陽(yáng)能光電池板。太陽(yáng)能光電板很脆弱并且很容易被損壞。這些光電池板保護(hù)主要來自于天氣和空氣壓縮而出現(xiàn)裂口。有幾種方法可以壓縮光電池板,目標(biāo)是增加最小的重量來保護(hù)太陽(yáng)能光電池板。
在白天里,電力是通過太陽(yáng)能光電池陣列依靠天氣和太陽(yáng)的位置而得到能量,通過太陽(yáng)能陣列自己的轉(zhuǎn)換變成動(dòng)力。在晴朗陽(yáng)光普照的正午,一個(gè)好的太陽(yáng)能汽車太陽(yáng)能陣列能產(chǎn)生超過1000W(1.3HP)的能量。這些能量經(jīng)過太陽(yáng)能陣列通過發(fā)電機(jī)被使用或者被蓄電池儲(chǔ)存以備后用。
太陽(yáng)能光電板
一個(gè)太陽(yáng)能光電板能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?span id="icjlhta" class='hrefStyle'>光子在日光下產(chǎn)生能量帶動(dòng)電子從一個(gè)半運(yùn)動(dòng)的金屬粒子的一層轉(zhuǎn)移到另一個(gè)層面,電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了通用的電力。
目前,主要有兩種類型的光電板:硅和砷化物。在這里有幾個(gè)不同的等級(jí)并且有不同的效能。環(huán)繞地球衛(wèi)星是典型的使用砷化合物,而硅則更為普遍的為地球(陸地)基礎(chǔ)設(shè)備的使用。
一般等級(jí)的太陽(yáng)能汽車通常使用陸地級(jí)硅電池板。許多獨(dú)立的硅片(靠近1000個(gè))被組合,形成太陽(yáng)能陣列。依靠電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能汽車。這些陳列的通常工作電壓在50-200V,并能提供1000W的電力。能量的大小受到太陽(yáng)、云層的覆蓋度和溫度的影響陣列的輸出。
超級(jí)太陽(yáng)能汽車通常類型的太陽(yáng)能光電板也能使用。但更多的是使用太空級(jí)光電板。這種板很小,但是比普通的硅片電池板要昂貴的多,然而它們的使用效率非常的高。光電池板具有很強(qiáng)的技術(shù)性。它們的發(fā)展和使用是隨著技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。并有部分是用于太空旅行和衛(wèi)星輸送系統(tǒng)中。
太陽(yáng)能汽車之旅
在單一用途的太陽(yáng)能汽車設(shè)計(jì)和制造重量輕而能耗低的太陽(yáng)能機(jī)動(dòng)車----競(jìng)賽(或者是“競(jìng)技”,依靠太陽(yáng)的光線)相似于方程式賽車的一種。太陽(yáng)能汽車沒有作為交通運(yùn)輸工具的要求設(shè)計(jì)。它們的座位有限(通常是一個(gè)人,也有時(shí)是兩個(gè)座位),它們有很少的貨艙,而且僅僅能在白天行使。我們這樣做卻能為我們未來技術(shù)的發(fā)展提供一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。為今后的民用化推廣奠定基礎(chǔ)。注:在作為旅行工具美國(guó)的太陽(yáng)能汽車已經(jīng)挑戰(zhàn)常規(guī),另外太陽(yáng)能汽車還有許多其他的特性。
用工作、時(shí)間和金錢去開發(fā)一個(gè)高性能的太陽(yáng)能汽車是一個(gè)偉大的創(chuàng)造,在這種構(gòu)想后面是一個(gè)巨大無比的商機(jī)。一輛太陽(yáng)能汽車的原理是相當(dāng)簡(jiǎn)單的,這在后面“能量流圖表”中有相關(guān)的闡述。為了使太陽(yáng)光提供的能量得到最大的吸收利用,工作組使用一個(gè)設(shè)計(jì)工序來開發(fā)一個(gè)安全、可靠而有性能很高的太陽(yáng)能機(jī)動(dòng)車。
用一個(gè)由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的模型制造一個(gè)太陽(yáng)能汽車。我們可以開發(fā)出一個(gè)工具,它能幫助我們學(xué)習(xí)更多關(guān)于太陽(yáng)能汽車如何工作,一個(gè)太陽(yáng)能汽車由哪些部件構(gòu)成,并且它們有是如何被組合在一起,結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)這些工作是個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。我們分析組件部分由六個(gè)基本系統(tǒng)構(gòu)成:1、駕駛控制系統(tǒng),2、電氣系統(tǒng),3、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng),4、機(jī)械系統(tǒng),5、太陽(yáng)能陣列系統(tǒng),6、汽車軀體和底盤
太陽(yáng)能汽車的系統(tǒng)構(gòu)造
設(shè)計(jì)并制造一輛太陽(yáng)能汽車可能需要花費(fèi)兩年以上的時(shí)間,這是一個(gè)非常龐大的項(xiàng)目工程。為了能夠成功的投入使用,每一工作組隊(duì)員都必須列一個(gè)工作計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃將隨著項(xiàng)目的發(fā)展而不斷變化。但是,它能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的路線,那就是最終保持項(xiàng)目的順利前進(jìn)并達(dá)到最終的目標(biāo)。計(jì)劃開始是一個(gè)時(shí)間圖表,它被用來制訂項(xiàng)目的輪廓,從而決定花費(fèi)的時(shí)間、資金以及各個(gè)階段設(shè)計(jì)的步驟和設(shè)計(jì)流程。
有一個(gè)很奇怪的現(xiàn)象,從一開始到結(jié)束有一個(gè)共同的地方就是一個(gè)計(jì)劃是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的成功是非常重要的。這里包括調(diào)整目標(biāo)和客觀情況。實(shí)施項(xiàng)目之前小組開始設(shè)計(jì),我們必須能知道我們想在什么地方什么時(shí)間進(jìn)行。圖紙被用到最終的太陽(yáng)能汽車上面會(huì)受到目標(biāo)和項(xiàng)目客觀因素的影響。使用“頭腦風(fēng)暴”法能夠引發(fā)很多點(diǎn)子。若干個(gè)最初的設(shè)計(jì)可以被考慮,在命令設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)之前首先共同的目標(biāo)就是汽車的形狀。初始的設(shè)計(jì)會(huì)隨著汽車底盤設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能光伏陣列設(shè)計(jì)而發(fā)展。設(shè)計(jì)圖稿通過展示決定對(duì)未來的調(diào)查,以至于最后的圖案被確定時(shí)才能去除。這里需要考慮如下方面的影響因素。如:1、成本,2、效能,3、制造的可能性,4、順應(yīng)規(guī)則,5、系統(tǒng)的適應(yīng)性,6、時(shí)間的緊迫性,7、重量負(fù)荷。
這是從事這個(gè)項(xiàng)目,小組必須考慮到工廠和其他的重要因素。
難得有一個(gè)設(shè)計(jì)能適應(yīng)所有的區(qū)域。如,用一個(gè)車軸發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)比一個(gè)簡(jiǎn)單的減少傳遞要高效的多,也重要的多。但是花費(fèi)也頗為昂貴。項(xiàng)目組必須具有對(duì)最佳替換物具有決策權(quán)。接下來的步驟就是對(duì)項(xiàng)目程序最佳化,并精選出最初的設(shè)計(jì)方案。這里有一個(gè)替代的過程,利用現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)程序進(jìn)行科學(xué)的分析。例如:一個(gè)組合性的太陽(yáng)能汽車底盤需要分析使用時(shí)的壓力,或者車體的外觀需要一個(gè)建模的程序進(jìn)行分析。比如,VSAERO,難的部分即使如何選擇最終的設(shè)計(jì)方案。這就是說項(xiàng)目計(jì)劃對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的成功是如此的重要。
在建造一輛太陽(yáng)能汽車中,設(shè)計(jì)幾個(gè)系統(tǒng)的開始仍然是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段,在開始設(shè)計(jì)階段整個(gè)過程是艱辛的。解決一個(gè)個(gè)可能出現(xiàn)的問題是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有非常大的影響。接近最后的建造階段,測(cè)試階段開始。在合成系統(tǒng)之前測(cè)試單個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況,最后對(duì)整輛太陽(yáng)能汽車拼裝;但是這還沒有完成,這里還需要若干的時(shí)間或周期對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)。雖然在圖紙中感覺所有問題都迎刃而解,但我們?nèi)砸M(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。當(dāng)所有系統(tǒng)拼裝完畢,再次對(duì)太陽(yáng)能汽車進(jìn)行測(cè)試。
最后,經(jīng)過幾個(gè)月的艱辛工作和時(shí)間的洗禮,每個(gè)人都對(duì)此心中有數(shù)。推出一輛太陽(yáng)能汽車的時(shí)刻才真正來臨,你就可以做穿越地域的旅行了。
太陽(yáng)的能量整天都照向地球。然而,能量數(shù)的變化受到時(shí)間、天氣條件和地理位置的影響。這些可利用的太陽(yáng)能數(shù)值被我們所知,被暴曬的太陽(yáng)能的計(jì)算方法是以每秒多少瓦來計(jì)算的或W/㎡,在南美洲,在一個(gè)明朗的天氣里,下午太陽(yáng)能暴曬地球大約是1000W/㎡。但是在早上、晚上或者多云的天氣,太陽(yáng)的位置變化都會(huì)影響太陽(yáng)的數(shù)值。
小組必須知道什么時(shí)間、什么位置對(duì)太陽(yáng)能汽車是最佳的。
給出了一個(gè)在太陽(yáng)能汽車?yán)媚芰苛鞯囊话惴椒āT陉?yáng)光下,太陽(yáng)能光伏電池板采集陽(yáng)光,并產(chǎn)生人們通用的電流。這種能量被蓄電池儲(chǔ)存并為以后旅行提供動(dòng)力?;蛘咧苯犹峁┙o發(fā)動(dòng)機(jī)也可以邊開邊蓄電。能量通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器帶動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng),推動(dòng)太陽(yáng)能汽車前進(jìn)。
一般情況下,車子在運(yùn)動(dòng)時(shí),被轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能光被直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),但有時(shí)提供的能量要大于發(fā)動(dòng)機(jī)需求的電力。那么多余的能量就會(huì)被蓄電池儲(chǔ)存以備后用。當(dāng)太陽(yáng)能陣列不能提供足夠的能量來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),這時(shí)蓄電池內(nèi)的被儲(chǔ)存的備用能量將會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充。當(dāng)然,當(dāng)太陽(yáng)能汽車不運(yùn)動(dòng)時(shí),所有能量將通過太陽(yáng)能光伏陣列儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)。這里也有一種方法可以有一些回流的能量來推動(dòng)汽車。當(dāng)太陽(yáng)能汽車開始減速時(shí),替代通用的機(jī)械制動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)將變成了一個(gè)發(fā)電機(jī),能量流向后通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器反向進(jìn)入蓄電池內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。這就是我們所知道的“回授性制動(dòng)裝置”。能量數(shù)值回充到蓄電池中是非常少的,但是卻非常實(shí)用。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器
大多數(shù)太陽(yáng)能汽車是單座而且對(duì)駕駛員來說也很少有樂趣。少數(shù)太陽(yáng)能汽車也能搭乘一個(gè)乘客。駕駛員和乘客能看到前方但是很不舒適,鐵夾子位置和高的溫度。但是,他們卻得到未來太陽(yáng)能汽車駕駛的榮譽(yù)。
太陽(yáng)能汽車在普通汽車?yán)镆灿幸恍?biāo)準(zhǔn)未來將成立,如轉(zhuǎn)向信號(hào)(前方和后方)、剎車燈、加速裝置(汽油踏板)、后視鏡、空調(diào)裝置和通用的導(dǎo)航系統(tǒng)……然而,大多數(shù)太陽(yáng)能汽車沒有一個(gè)茶杯架,我們可以使用一種變相的系統(tǒng)為我們駕駛員或乘客裝水,僅有的收音機(jī),是駕駛員可以通過一兩個(gè)公共頻道與相關(guān)工作人員取得聯(lián)系。當(dāng)然,我們現(xiàn)在利用先進(jìn)的技術(shù)可以讓我們汽車上先進(jìn)的東西都可以安裝到太陽(yáng)能汽車上。
駕駛員和乘客必須保護(hù)安全,有幾點(diǎn):護(hù)腕安全、頭盔,另外,駕駛汽車時(shí),駕駛員更為重要的職能是注意汽車的系統(tǒng)安全和觀察儀表是否出現(xiàn)的異常問題。在極少數(shù)太陽(yáng)能汽車?yán)?,乘客?huì)幫助處理太陽(yáng)能汽車系統(tǒng)的問題,太陽(yáng)能汽車跟普通的汽車具有相似的測(cè)量方法。而這些信息主要來源于太陽(yáng)能汽車系統(tǒng)。
駕駛員/乘客是一個(gè)小組全體成員的希望,對(duì)一個(gè)競(jìng)賽來說,小組所有成員都把目光集中在這輛太陽(yáng)能汽車上,支持小組為保證太陽(yáng)能汽車安全正常行駛制訂戰(zhàn)略和提供路況信息給駕駛員是必須的。
電力系統(tǒng)
太陽(yáng)能汽車的心臟部位就是電力系統(tǒng),它由蓄電池和電能組成,電力系統(tǒng)控制器管理全部電力的供應(yīng)和收集工作。蓄電池組就相當(dāng)于普通汽車的油箱。一個(gè)太陽(yáng)能汽車使用蓄電池組來儲(chǔ)存電能以便在必要時(shí)使用,太陽(yáng)能汽車啟動(dòng)裝置控制著蓄電池組,但是當(dāng)太陽(yáng)能汽車開動(dòng)后,是通過太陽(yáng)能陣列提供能量,從而再充到蓄電池組內(nèi)。由于重要的原因,大量的蓄電池作為能量被使用是有限的。而且設(shè)備也還要分不同類型蓄電池,在美國(guó)太陽(yáng)能挑戰(zhàn)隊(duì)蓄電池主要有如下幾種:1、鉛酸蓄電池,2、鎳鎘蓄電池,3、鋰電池,4、鋰聚合物電池。
鎳鎘、鎳氫和鋰電池比普通的鉛酸蓄電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高蓄電能力,重量比普通電池要輕的多。但是他們很少在太陽(yáng)能汽車中被廣泛使用,主要是維護(hù)起來很小心,并且很昂貴。
電池組是由幾個(gè)獨(dú)立的模塊連接起來,并形成系統(tǒng)所須的電壓。代表性地,我們可以使用的系統(tǒng)電壓在84-108V,依靠它的電力系統(tǒng),有時(shí)我們?cè)谔?yáng)能汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)降低系統(tǒng)電壓。
在太陽(yáng)能汽車?yán)镒罡呒?jí)的組件部分就是電力系統(tǒng)。它們包括峰值電力監(jiān)控儀、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電力系統(tǒng)最基本的功能就是控制和管理整個(gè)系統(tǒng)中的電力。絕大部分我們?cè)诎惭b電力組件時(shí)去除輔架,雖然我們?cè)诎惭b時(shí)也有傳統(tǒng)性的組件或者適用我們太陽(yáng)能汽車的一般性組件。
峰值電力監(jiān)控儀條件電力來源于太陽(yáng)能光伏陣列,光伏陣列把能量傳遞給另外的蓄電池用于儲(chǔ)存或直接傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器用于推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)太陽(yáng)能光伏陣列正在給蓄電池充電的時(shí)候,電池組電力監(jiān)控儀會(huì)保護(hù)蓄電池組因過充而被損壞。電池組電力監(jiān)控儀的號(hào)碼數(shù)值隨我們的設(shè)計(jì)而被使用在太陽(yáng)能汽車?yán)?。峰值電力監(jiān)控儀是非常的輕質(zhì)材料構(gòu)成,并且一般效率能達(dá)到95%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),而發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)是來自駕駛員的加速裝置。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器電力管理是通過程序來完成的。而這些都在我們討論的范疇。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要配備不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。當(dāng)然我們也能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理設(shè)計(jì)圖紙來買一臺(tái)控制器,我們都使用多種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,并且使用的工作效率超過90%。很多太陽(yáng)能汽車使用精確數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)來管理整個(gè)太陽(yáng)能汽車的電力系統(tǒng),其中包括,太陽(yáng)能光伏陣列、蓄電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)。在有些時(shí)候,我們需要掌控電池的電壓和電流。從監(jiān)控系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)常常用來指定相關(guān)的應(yīng)對(duì)策略,來解決制造太陽(yáng)能汽車時(shí)出現(xiàn)的問題。這些有駕駛員收集到的數(shù)據(jù)在實(shí)際太陽(yáng)能汽車中被運(yùn)用(如無線數(shù)據(jù)通訊)
驅(qū)動(dòng)輪
在太陽(yáng)能汽車?yán)锸褂檬裁搭愋偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)沒有限制,一般額定的是2-5HP,大多數(shù)太陽(yáng)能汽車使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是雙線圈交流(DC)無刷機(jī),這種交流(DC)無刷機(jī)是相當(dāng)輕質(zhì)的材料機(jī)器,在額定的RPM(每秒轉(zhuǎn)速)達(dá)到98%的使用效率。但是它們的價(jià)格比普通有刷型交流發(fā)動(dòng)機(jī)要昂貴的多。由于在太陽(yáng)能汽車?yán)锒帻X輪傳送裝置使用很少,雙線圈性發(fā)動(dòng)機(jī)是常用的傳送動(dòng)力裝置。在雙線圈之間轉(zhuǎn)換改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的速度頻率。低速線圈為太陽(yáng)能車子的啟動(dòng)和減速提供高的“轉(zhuǎn)力距”,而高速線圈則為太陽(yáng)能汽車運(yùn)行提供高效率和最佳的運(yùn)行效果。類似于我們所說的電力系統(tǒng),大多數(shù)人不愿意購(gòu)買現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī),但是有些是由于客戶或自己按太陽(yáng)能車子的要求制造。
在太陽(yáng)能汽車?yán)镉腥齻€(gè)基本類型的傳動(dòng)力方式的變化:1、單減引導(dǎo)式驅(qū)動(dòng),2、變頻履帶式驅(qū)動(dòng),3、軸式驅(qū)動(dòng)。
以前,一般大多數(shù)使用直接引導(dǎo)式驅(qū)動(dòng)傳送動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)是通過一個(gè)鏈條或一個(gè)履帶同一個(gè)單一的齒輪傳送裝置并與車論連接。如果組件定位準(zhǔn)并小心安裝的話,維護(hù)傳送裝置是很可靠而且容易。當(dāng)整個(gè)設(shè)計(jì)全部完成使用效率應(yīng)超過75%。有很少人使用變頻履帶式驅(qū)動(dòng)傳送動(dòng)力給車論。齒輪比的改變引起發(fā)動(dòng)機(jī)速度的增加。在低速度下引起發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)速率的增大。但仍能保持太陽(yáng)能汽車以一個(gè)高速度高效率的行駛效果。變頻履帶式發(fā)動(dòng)機(jī)需要精確的安裝和有效精細(xì)的配置。
自1995年以來,當(dāng)有些人使用軸式驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車時(shí),高速度,舒適的駕駛受到人們的歡迎。一個(gè)軸式發(fā)動(dòng)機(jī)去除了許多外加的傳送設(shè)備。這大大提高了駕駛車輛的效率,縮減了用于驅(qū)動(dòng)車論而需要的能量。軸式驅(qū)動(dòng)使用低轉(zhuǎn)速原因是齒輪傳動(dòng)裝置的減少,這樣會(huì)輕微的降低它的效率。但是它們?nèi)阅軌蜻_(dá)到95%的高效率運(yùn)行。
機(jī)械系統(tǒng)
太陽(yáng)能汽車中機(jī)械系統(tǒng)在概念里是很簡(jiǎn)單的,但是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中,應(yīng)盡量減少摩擦力和重量,根據(jù)不同的路況來設(shè)計(jì)需要的強(qiáng)度。輕質(zhì)金屬如鋁合金和合成金屬是常用的,使重量和強(qiáng)度達(dá)到最大程度。針對(duì)重量和強(qiáng)度的比例從而制造高效率的組件。機(jī)械系統(tǒng)包括剎車制動(dòng)、方向盤和輪胎等。美國(guó)太陽(yáng)能挑戰(zhàn)賽規(guī)則設(shè)定最低標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械組件必須是可見的,但是也有些太陽(yáng)能汽車在設(shè)計(jì)中沒有任何的標(biāo)準(zhǔn)。
典型的太陽(yáng)能汽車一般有3個(gè)或4個(gè)車輪(ASC規(guī)則規(guī)定必須至少有三個(gè)),一般三個(gè)車輪的配置是兩個(gè)前輪和一個(gè)后輪(通常是驅(qū)動(dòng)輪)。四個(gè)輪子的太陽(yáng)能汽車一般跟普通的機(jī)動(dòng)車是一樣(其中后面一個(gè)輪子是驅(qū)動(dòng)輪)。另外四輪太陽(yáng)能汽車的兩個(gè)后輪并排靠近中央位置(類似于普通三輪機(jī)動(dòng)車的配置)。
太陽(yáng)能汽車中有多檔位制動(dòng)被安裝。太陽(yáng)能車子之間由于在實(shí)際中車身與底盤的不同而各異。在太陽(yáng)能汽車?yán)锎蟛糠质褂们爸苿?dòng)檔位閘的比較普遍。而且有兩個(gè)A手掛檔設(shè)置,這與普通的機(jī)動(dòng)車很相似。具有代表性的,后退制動(dòng)檔類似于在摩托車的前面使用而此時(shí)用在后面。我們?cè)O(shè)計(jì)這些掛檔足見是有利于太陽(yáng)能汽車自由的移動(dòng)和滑行從而達(dá)到最佳的效果。當(dāng)然,這樣設(shè)計(jì)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,從而便于組合與維護(hù)。
在整個(gè)行駛中太陽(yáng)能汽車的安全是重中之重,太陽(yáng)能汽車必須有高效的剎車性能并符合標(biāo)準(zhǔn),這是每一輛太陽(yáng)能汽車所必須具備的,一般有兩個(gè)獨(dú)立的剎車系統(tǒng)。在太陽(yáng)能汽車中圓盤剎車是普遍采用的一種。因?yàn)樗鼈兒苓m合,并有很好的制動(dòng)力,有些愛好者使用機(jī)械型剎車,利用的是水力學(xué)的原理。機(jī)械剎車比水力性剎車要小而且輕,但是不需提供如此多的剎車阻力而是需要相互協(xié)調(diào)。為了達(dá)到最好的效果,剎車被設(shè)計(jì)成通過剎車操作桿自由移動(dòng),從而使剎車墊摩擦剎車表面進(jìn)行剎車。
在太陽(yáng)能汽車的駕駛系統(tǒng),像駕駛員制動(dòng)系統(tǒng)變化是很大的。我們必須制造一個(gè)弧型半徑,按要求用特殊方式使用。但是設(shè)計(jì)必須是很自由活潑的。專業(yè)設(shè)計(jì)的理念應(yīng)是保證駕駛的可靠性和安全高效。駕駛系統(tǒng)必須經(jīng)過精確的駕駛測(cè)試才能設(shè)計(jì)。因?yàn)槿魏渭?xì)微的失誤都可能導(dǎo)致無法估量的后果,進(jìn)而造成輪胎爆裂。在過去的比賽中,由于自行車車輪和車胎重量輕而且很小的摩擦力,經(jīng)常被使用到太陽(yáng)能汽車上(滾動(dòng)摩擦力?。.?dāng)支撐起整個(gè)太陽(yáng)能汽車時(shí)這些車輪和車胎就出現(xiàn)超重情況了。從而影響太陽(yáng)能汽車的駕駛和安全性能。ASC規(guī)則中明確規(guī)定不準(zhǔn)出現(xiàn)太陽(yáng)能汽車車輪和車胎出現(xiàn)超載現(xiàn)象。幸運(yùn)的是,現(xiàn)在流行的太陽(yáng)能汽車競(jìng)賽敦促一些輪胎生產(chǎn)廠家制造符合太陽(yáng)能汽車的輪胎。我們使用先進(jìn)的輪胎,重量輕、摩擦力強(qiáng),從而提高了太陽(yáng)能汽車的安全和使用效能。
航行——拉力是什么
航行工程師對(duì)物體周圍的空氣流進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)方法。一個(gè)航行的物體的研究得出在設(shè)計(jì)車身的外形時(shí)一定要盡量的使空氣的阻力達(dá)到最小??諝忉尫懦龅淖枇亩柚刮矬w移動(dòng)通過。空氣阻力影響了物體的外形。
空氣阻力產(chǎn)生了一個(gè)航行的拉力。如果一個(gè)物體是流線的,空氣在它的周圍平滑的流動(dòng)并且產(chǎn)生的拉力很少,因此這樣需要很小的能量就能移動(dòng)物體。這樣設(shè)計(jì)中就必須考慮“航流”。當(dāng)一個(gè)物體產(chǎn)生很小的空氣流時(shí),需要更多的能量來推動(dòng)他向前移動(dòng)。
我們的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車時(shí)它具有最小的航行拉力。但仍能保持太陽(yáng)能陳列有一個(gè)平滑的表面,并為駕駛員和組件提供足夠舒適的空間。在一至兩天的時(shí)間測(cè)試運(yùn)動(dòng)形狀的工作就能完成。首先是建造一個(gè)平滑的模型用來測(cè)試。在風(fēng)道里檢測(cè)太陽(yáng)能汽車通過空氣流的過程。第二,就是使用一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算程序?qū)諝饬鞯哪M試驗(yàn)用計(jì)算機(jī)來控制模型汽車。
深紫色區(qū)域標(biāo)明動(dòng)力空氣但是它是向下流動(dòng),紅色區(qū)域高的動(dòng)力空氣向上部流動(dòng)。對(duì)分離流大家都很清楚,太太陽(yáng)能汽車后車輪有一點(diǎn)動(dòng)力流出現(xiàn)。
蓄電池
我們生活在一個(gè)電池能量的世界,從高爾夫兩輪運(yùn)貨車到電視設(shè)備。我們生活中對(duì)電力的需求是有限的但它卻是我們的生活必需品。太陽(yáng)能汽車通過太陽(yáng)能光伏組件給蓄電池充電(一般可以從早上到下午一整天的時(shí)間)。高效的電力經(jīng)太陽(yáng)能汽車陣列通過蓄電池儲(chǔ)存幫助我們獲得最大的能量。常州作為生產(chǎn)制造基地,蓄電池的成熟程度已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模,而且隨著常州電動(dòng)車市場(chǎng)的逐漸成熟,帶動(dòng)蓄電池廠家研發(fā)力度。為我們太陽(yáng)能汽車的蓄電池提供可靠的保證。
蓄電池是一種最輕便的電力資源。由一個(gè)及多個(gè)太陽(yáng)能光伏電板串聯(lián)起來,使轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存電力。按照同樣的方式將所有光伏電板連起來,在兩個(gè)光伏電池板之間流動(dòng)的電流叫電極,電極通常是不同的材料,電極被分為含有電磁的材料,這種物質(zhì)引導(dǎo)離子運(yùn)動(dòng),當(dāng)兩個(gè)電極通過一個(gè)長(zhǎng)的導(dǎo)線連接起來時(shí),一個(gè)環(huán)行的電路就形成了。
化學(xué)物質(zhì)將化學(xué)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔??;瘜W(xué)物質(zhì)通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化成電能。這種反應(yīng)就是通過原子的移動(dòng)走向另一端引起電子的運(yùn)動(dòng),在這時(shí)化學(xué)反應(yīng)就自己產(chǎn)生。電極兩端就形成了電壓。電壓端是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。在電解液內(nèi),反應(yīng)產(chǎn)生了電流從陽(yáng)極流出通過電線從陽(yáng)極穿過。這樣通過電線形成電壓,也就是充電。當(dāng)所有的化學(xué)能量都被使用后,電壓就降至到零。在有電壓的情況下,如果化學(xué)反應(yīng)在反向運(yùn)行,那就開始充電了。
太陽(yáng)能汽車的電池組電壓必須達(dá)到電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓。組合起來的電池組就形成了一個(gè)“電池包”,通過額外的能量使其達(dá)到最高峰值。當(dāng)太陽(yáng)被云層遮蓋時(shí)就為太陽(yáng)能車子提供電力。電池組通過光伏陣列補(bǔ)充能量。最初的蓄電池使用完后就隨便給丟掉了,它們被用在手電筒、照相機(jī)、手提收音機(jī)和玩具等上面。第二種蓄電池就是可以重復(fù)充電的蓄電池,這就是我們經(jīng)常說的“可充蓄電池”。在機(jī)動(dòng)車上使用最多的是鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池是很便宜的。相對(duì)安全而且可以重復(fù)利用。但是鎳鎘蓄電池現(xiàn)在或不久的時(shí)間將被大量的應(yīng)用。在相同的重量情況下鎳鎘蓄電池是鉛酸蓄電池的兩倍效率,另外一種蓄電池能夠提供強(qiáng)勁能量的就是鋰電池,在今后蓄電池的儲(chǔ)存能力將會(huì)更高。
綜上所述,太陽(yáng)能汽車在制造過程中并不復(fù)雜,如果有相關(guān)的企業(yè)和單位投入更高的熱情和對(duì)未來充滿信心,誰(shuí)占領(lǐng)這片先機(jī)市場(chǎng)則誰(shuí)就是這個(gè)市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊,他將帶來的是一個(gè)產(chǎn)業(yè),形成的是未來王國(guó)。
太陽(yáng)能汽車上的太陽(yáng)能電池板的有效面積為8平方米,太陽(yáng)光照射到電池板每平方米電池上的輻射功率為1千瓦,在晴天,電池對(duì)太陽(yáng)時(shí)產(chǎn)生的電壓為120伏,并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供10安的電流
求太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為多少
120*10/8*1000=15%
如果這輛汽車的電動(dòng)機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為75%,當(dāng)汽車受到的牽引力為150牛并在水平面上勻速行駛時(shí),汽車的行駛速度為多大
120*10*75%=900瓦
900/150=6米/秒
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