太阳能电池在电动汽车上的应用

展宝生，展茂东

（1.中国石油大学胜利学院 教育系，山东 东营257000；2.胜利油田胜利泵业有限责任公司 电泵厂，山东 东营257000）

现在开发生产的纯电动汽车，虽然已经在污染排放方面作出了贡献，但由于主要电力都是来自发电厂，间接增加了发电厂释放的污染物。因此，推广和使用太阳能汽车，可大大降低汽车对环境的间接污染。传统小轿车的功率一般在几十千瓦，而太阳辐射功率最多1kW／m2，目前的光电转换效率小于30%，因此全部用太阳能驱动轿车，需要几十平方米的接收面积，显然难以达到。但是把太阳能电池作为汽车、电动汽车的辅助充电能源的确是可行的。尤其是在老年电动观光车上应用太阳能电池更加实用、有效［1］。

1 设计思路与可行性分析

设计思路。太阳能电池＋时风电动观光车＝（时风）太阳能电动车。

可行性分析。

（1）时风电动观光车，车中备有型号为3-EVF-200Ah的蓄电池10块，串联组成60V的电池组对整个电动汽车供电，电池组的额定电压为60V，总容量为2 000Ah。有完善的市电充电系统和电力控制系统，车顶有行李架，时风电动观光车有加装太阳能电池板的基础条件。

（2）绍兴合田新能源有限公司生产的太阳能电池板，封装好的电池板：每块18V、2.2A、38W，长×宽×高为67.5cm×39cm×5cm。购置5块串联后为90V，可以为60V的蓄电池组充电（太阳能电池板给蓄电池充电的电压一般为蓄电池额定电压的1.5倍）。

（3）太阳能电池板总面积不超出车顶面积，最大充电功率为190W，最大充电电流为2.2A。

2 太阳能电池板的设计与安装

首先拆掉时风电动车车顶的行李架，保留固定行李架的8个螺丝。根据时风电动车的车顶现状，设计一个能固定5块太阳能电池板的车顶架子。架子材料可以是铝合金，也可以是角铁，然后通过喷漆实现所需要的颜色。为避开车顶收音机天线，设计方案如下：

（1）太阳能电池板的布局如图1所示。

图1 太阳能电池板的布局

（2）车顶架子的设计方案见图2。

图2 车顶架子设计

3 电路设计方案

将5块太阳能电池板串联后（90V）与蓄电池组的正负极连接。为确保蓄电池组的安全，在电路中串接熔断器（5A左右）两个，同时串接一个工作电流为10A的空气开关（QF）。为防止无光照时蓄电池组对太阳能电池板反向充电，在太阳能电池板和蓄电池组之间串接一个10A的二极管，同时在每块太阳能电池板的两个极间都并联一个10A的二极管。最终电路设计如图3所示。

图3 电路设计示意图

4 充电数据测试

4.1 晴朗天气

2013年4月29日，中国石油大学胜利学院第一教学楼前，天气晴朗，无云，气温15～23℃。使用数字万用表测量太阳能电池组对电动车蓄电池组的充电电流，测试数据见表1。

表1 2013年4月29日充电电流与时间的关系

由数据可见，东营地区4月29日，太阳能电池板对蓄电池组的有效充电时间为7：00-16：50，中午时段太阳直射时充电电流最大。

4.2 中午时段

2013年5月10日中午时段，东营天气晴朗，无云，气温32℃，使用数字万用表的电流量程测量太阳能电池组对电动车蓄电池组的充电电流，测试数据见表2。

表2 2013年5月10日充电电流与时间的关系

由数据可见，中午太阳垂直时太阳能电池板对蓄电池的充电电流最大。太阳光垂直照射电池板时，光电转化效率最高。

4.3 阴雨天气

2013年5月9日星期四上午，东营天气阴有雷阵雨，气温13～20℃。阴雨天气，太阳能电池板仍能对电动车的蓄电池进行充电，只是充电电流比较小而已。充电电流测试数据见表3。

表3 2013年5月9日阴雨天气充电电流与时间的关系

4.4 充电电压、电流、电功率和电能的测试

利用直流数字电能表，可以测量太阳能电池板对电动车电池组的充电电压、充电电流、充电功率和充电电能。2012年5月20日利用苏州迅鹏仪器仪表有限公司生产的直流数字电能表对太阳能电池板对蓄电池的充电情况进行了检测，检测数据从早晨7：00开始，每隔半小时测量一次，持续到下午18：00，测试数据见表4，当天天气晴，气温18～27℃。

表4 充电电压、电流、电功率和电能随时间的变化关系

5 结 论

（1）5块18V、38W太阳能电池板安装在时风电动汽车上串联使用，在晴朗天气每天能为电动车提供0.9kW·h的电能。晴好天气，太阳能电池组每天能为电动汽车增加16km续航能力，从节能环保的角度值得提倡。

（2）由于车顶面积太小，太阳能电池板的面积不可能做的很大，因此目前设计所提供的充电电功率太小，还不能直接推动电动机工作，因此太阳能电池组只能作为电动汽车的补充充电系统使用。如果能把太阳能电池做成像人造革一样的柔软板材，能够贴在汽车的所有表面，同时光电转换率又能提高到30%以上，那么太阳能电池板在电动汽车上的应用将更有价值。

［1］陈杰.太阳能汽车 名副其实的零污染高效动力［EB／OL］.［2013-05-01］.http：／／auto.qq.com／a／20120528／000297.htm.