基于部分太阳能供电的纯电动汽车设计

基于部分太阳能供电的纯电动汽车设计

一般认为，电动汽车的能源效率约是传统内燃机汽车的3倍，但该结果并没有考虑电能产生、电能传送和电池充电效率等因素。电能主要来源于火力发电和核电，电能产生的综合效率为33%。此外，电能传输效率为93%、充电器的充电效率为70%、电池的充电效率为90%，而电动汽车的整体效率约为23%，这一结果并不明显高于传统内燃机汽车的能源效率（20%）。因此，研究人员开始对发电方式进行分析，而太阳能发电是最理想的一种发电方式。对于普通乘用车，可接受太阳辐射的面积约为4～5m2，光照条件良好时太阳辐射能约为1000W/m2，太阳能光伏板的转换效率约为30%。因而，仅依靠太阳能发电不能满足纯电动汽车的功率需求。本文对采用部分太阳能供电的纯电动汽车的结构进行了设计，以提高其能源效率。

汽车效率很大程度上取决于汽车质量大小，因而进行电动汽车设计时，首先进行轻量化设计。车架采用质量较轻的管状结构，管状结构虽然容易传递发动机产生的振动、热和噪声，但是由于纯电动汽车采用振动较小的牵引电机，因而可忽略车架传递的振动、热等。所设计整车宽1.52m、长2.23m、高1.55m，配备4个155/80 R13轮胎，整车质量500kg。电动汽车前部采用两个牵引电机，采用前轮驱动有利于进行再生制动。双牵引电机能够省去限滑差速器和锁止差速器，进一步减轻了整车质量。电池采用72V、48Ah、3.5kWh的磷酸铁锂电池组，其上共包含96个3.2V、12Ah的圆柱形磷酸铁锂电池。采用美国奥立龙（Orion）生产的电池管理系统（BMS）对电池组荷电状态进行估计，并防止过充、过放和高电流等电池冲击。原型车试验在韩国国立首尔大学进行，行驶路段长为5km、高度差为165m，包括乘员和驾驶员在内的整车车重为660kg，太阳能电池板每小时产生140Wh能量，整段路原型车行驶了约15min，消耗能量675Wh。整车能源效率提高至31%，相比之前的能源效率得到了显著改善。

刊名：IEEE Transactions on Smart Grid（英）

刊期：2014年第9期

作者：Jaemin Kim

编译：张振伟