太阳能充电系统在纯电动汽车上的应用及节能化设计的实践研究

兴树森 王凤蕴

摘 要：文章通过研究太阳能充电系统为纯电动汽车提供电能补充的合理应用，探索太阳能充电板最佳充电角度变化，以提供最高充电效率。针对充电系统的安全性、成本，对纯电动汽车车身进行轻量化、节能化设计，以在同等功能区间内探索出最佳节能方案。

关键词：太阳能;充电系统;纯电动汽车;节能

中图分类号：U469.72

文献标识码：A

一、国内外新能源汽车发展现状 

我国的太阳能电动车事业起步較晚，与太阳能汽车相关的专利不多。总体来说，太阳能在汽车上应用一般只涉及汽车的辅助电源系统。太阳能电池所提供的能量只能用于车辆的电器、仪表等，或是对车载蓄电池进行充电。现今有部分量产车在其天窗顶部添加了太阳能电池，经控制器、逆变器驱动车载空调工作。国外主要国家新能源利用技术及普及利用率已经取得了长足进步，但是太阳能技术在新能源汽车上的应用还比较欠缺，发展潜力巨大。

二、探索设计及研究成果

1.光电技术

最早问世的太阳能电池是单晶硅太阳能电池，用硅来制造太阳能电池，原料可谓不缺，但是提炼它却不容易。所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时，又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。另外可供制造太阳能电池的半导体材料很多，除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳能电池。

2.车体技术

考虑到车体的有效利用率和太阳能提供的电能有限，因此在车体的设计中，减轻车体的重量是主导思想，最好采用市场上最轻的材料做车架（有条件可使用航空材料）;尽量降低车体的风阻系数和轮胎滚动阻力系数来减小车体的整体损耗（有条件可以做风洞实验）。

3.电力驱动技术

动力传动装置是太阳能电动车的心脏，必须根据系统要求匹配动力特性和传动系统。电驱动系统包括三方面，即电机技术、控制器、功率电子器件。永磁无刷直流电动机功率密度高，转矩与重量比大，目前它最适合于太阳能电动车系统的运行。

4.储能电池技术

太阳能电动车的开发已有几十年的历史了，但是，至今还没有达到商业化应用的阶段。这主要是因为储能电池与汽车用的汽油燃料相比，从特性上，使用方便性、可靠性以及价格方面都有相当大的差距。因此，储能电池的发展是电动车发展的重要环节。

5.能量管理系统

太阳能电动车能量管理系统对其整车整体性能有着重要的意义。对电池及其能量系统的有效管理、合理匹配及正确使用与维护都有很大影响，并将会大大提高太阳能电动车的续驶里程，提高电池的使用寿命并降低成本。但是，由于储能电池的容量与电压、电流严重非线性，能量管理系统还缺乏准确的数学模型，所以能量管理系统的研究是太阳能电动车研发过程中亟待解决的问题。

三、为后续太阳能电动汽车提供几点建议

1.选择太阳能电池类型

硅（silicon）为目前通用的太阳能电池之原料代表，而在市场上又区分为单结晶硅、多结晶硅、非结晶硅。综合各项性能指标，由于单晶硅太阳能电池板技术成熟，已可成批量生产，且价格相对低廉，使用范围广泛，所以适用于太阳能电动车。

基于各元件的种类特性，结合本课题实际情况作以下选择：太阳能电池，选择某厂家商用电池（单晶体硅太阳能电池）;蓄电池，采用铅酸电池;电动机，采用永磁无刷直流电动机。

2.对车身进行节能化设计

太阳能电动车是以太阳能为主要能源的电动车，由于其能量转化效率及太阳能电池的效率相对较低，而且还要满足一定的规范要求，所以要使太阳能电动车达到高速，必须保证具有较小的行驶阻力。因此，无论是从国内还是从国外来看，为改善和提高太阳能电动车的性能，太阳能电动车的车身设计都有共同之处。比如，为了增加电池电量，在遵守规范和要求的前提下，尽可能增大车身表面面积以提高能量吸收效率;为了减少空气阻力的影响，采取的主要措施主要有：车身外形设计成流线型并尽量减少正面投影面积，车身材料选用轻型材料以减轻整车质量。

参考文献：

[1]陈 达，张 靖，杨 艳.基于博弈论的入网电动汽车最优经济调度优化[J].贵州电力技术，2016（3）.

[2]冯顶军，朱玉龙.电动汽车充电网络[J].电子技术应用，2015（4）.