太阳能电动车.doc

第十章 太阳能电动车2010年9月16日在上海上海青少年科技活动中心的组织下举行了“首届尚德杯上海市中小学可载人太阳能电动车比赛”太阳能电动自行车可行性分析与实践孟昭渊 摘要：中国是自行车保有量最多的国家，同时也逐步成为电动自行车最多的国家。中国的国情决定了我们的交通工具不可能象欧美发达国家那样全面使用小轿车，电动自行车将有可能成为中国人的主要个人交通工具。太阳电池是为人类提供电能的最理想的方法，它也理所当然将成为为电动自行车提供电能的最理想的方法。太阳能电动自行车的定义是：由太阳电池提供能量的电动自行车，在这个基础上，本文分析了太阳能电动自行车可行性，同时介绍了太阳能电动自行车的四种实现方案，其中前三种是目前就可以产业化的。尚德太阳能电力公司从2002年开始对太阳能电动进行了比较广泛的探讨和实践，制造了多款太阳能电动车，本文对这方面也进行了介绍。1 太阳能电动自行车可行性1.1 电动自行车的特性电动自行车是近十几年发展起来的，它发展的基础是电动车技术的进步和现代高新技术的成果。业内人士把它称为高技术的结合体，这是非常恰当的。电动机采用钕铁硼以后，体积可以做得很小，只有普通电机的1/5，而且重量很轻，现代电力电子技术和单片电子计算机使得电动自行车的控制系统设计得非常完美。电动自行车有如下优点：1） 无有害气体排放，无噪声，如果能够做好蓄电池的回收工作，几乎对环境没有任何污染。2） 节能。内燃机的的效率远比电动机低，根据测定，汽油的能量为12.8KW/Kg，假如摩托车耗油为2L/百公里，能量消耗相当于17.9KWh/百公里，然而电动自行车的实际测定能量消耗为1.25KWh/百公里，当然，电动自行车速度性能和负载能力都比不上摩托车，但是如果仅就城市交通来说，摩托车的能量消耗是电动自行车的17倍。3） 价格便宜。无论一次性购置费用或者每年的使用费用电动自行车都比摩托车便宜得多。1.2 太阳能电动自行车的可行性 单从太阳电池的输出特性看，由于太阳电池在电压处于0-Vm的范围内表现为恒流特性，相当于一个恒流源，这非常不适合驱动直流电动机，好在电动自行车都配有蓄电池，它可以给直流电动机提供瞬间大电流。所以，如果没有蓄电池，太阳能电动自行车要想工作是非常困难的。由直流电动机驱动的太阳能电动自行车的可能性主要决定于电动自行车和太阳电池的特性，对于电动自行车来说，最主重要的是通常情况下电动自行车的额定转矩以及电动机的功率。电动机的额定功率Pn（W） Pn=Tn*N/9.55=0.1047Tn*N (1)公式(1)中, Tn(N*m)包括摩擦阻力，道路的阻力，风阻力和坡度的阻力所产生的转矩， N为额定转速(r/min)。试验表明，无风时，普通自行车在平坦的路面上以20Km/h速度行驶时，需要的牵引力为15-20N，车轮直径为610mm时 ，转矩为4.65-6.2N.m，这时的转速为180r/min，电动机的额定功率为87.6-116W。如果考虑到迎风和道路不平的影响，电动机的额定功率消耗为109.5-145W。实际测试结果是蓄电池电压36V的电动自行车在平坦的路面上以20Km/h速度行驶时的平均电流为4-5A。以上就是太阳电池可以制造电动自行车的基础。2太阳能电动自行车的四种方案2.1 固定太阳能充电器式太阳能电动自行车固定太阳能充电器式太阳能电动自行车的特点是：电动自行车的充电能量是由固定式太阳能电站提供的，最理想的方式是用太阳电池做电动自行车车棚的棚顶，在长江中小下游地区，普通的电动自行车每公里的行驶大约需要10WH的太阳电池提供能量支持，对于12Ah/36V的电动自行车蓄电池，它可以支持电动自行车行驶2-3小时大约40-50公里。如果要在长江中下游地区晴天用一天的时间将这个蓄电池充满电，大约需要255W的太阳电池。当然，在不同光照条件的地区，所需要太阳电池功率是不一样的。 图1太阳能自行车充电站 图2太阳能电站在为电动自行车在充电2.2 便携太阳能充电器式太阳能电动自行车这是一种附带太阳能充电器的电动自行车，太阳能充电器可以折叠存放在电动自行车的行李架上，充电时可以取下来，将太阳电池展开；因为太阳电池的方向和角度都可以任意随时调整，所以它的充电效率比较高。如果将电动自行车也做成可以折叠形式的，它将是一种非常有市场前景的旅游交通工具。图3是专门为电动自行车设计的便携式可以折叠的太阳能电池组件。它的右边是国外的一种折叠式自行车，我们可以参考这个结构，改造为太阳能电动自行车。目前我们还没有试制这种太阳能电动自行车，这里只能提供一个方案。 图3附带太阳能充电器的电动自行车可以非常方便展开、可以折叠的太阳能电池组件。折叠后便于放在自行车上携带，图右边是国外的一种折叠式自行车（可以改造为电动自行车）。2.3太阳能辅助充电器式太阳能电动自行车 太阳能辅助充电器式太阳能电动自行车的太阳电池组件一般建议用比较低的电压，这是因为小功率的太阳电池组件如果要直接做成给36V以上的蓄电池充电是需要100多片电池串联的，这在工艺是不合适的。合理的方法是用比较低的电压组件，然后用DC/DC升压的电路将电压提高后给蓄电池充电。图4是 我们推荐的DC/DC升压的电路。 图4 DC/DC升压的电路。2.4理想中的太阳能电动自行车理想的太阳能电动自行车应该是太阳电池和自行车是完全紧密结合在一起的。由于自行车是两个车轮（否则是三轮车），它的稳定性给太阳电池的安装带来很大的困难；目前太阳电池的能量转换效率还只有15-18%，用这种能量转换效率的太阳电池制造太阳能电动自行车几乎是不可能的，这是因为没有合适的地点安装太阳电池，有人曾经制造过将太阳电池作为自行车顶棚的太阳能电动自行车，但是过高的重心使的得这种车不可能有实际的使用价值。为了自行车的稳定性，我们尝试将太阳电池安装在自行车的左右，可以收缩和展开，如图5所示。但是这也仅仅是一个概念观念车，这是尚德公司的太阳能电动自行车参加展览时被记者拍摄的照片发送在网站上，我们下载的资料。 图5尚德公司设计的太阳能电动自行车（概念车） 图6国外某公司的太阳能电动自行车（概念车）图6是国外某公司的太阳能电动自行车，太阳电池是安装在车轮上的，这是一个非常好的方法，将来有可能达到实用阶段。3 太阳能电动自行车实践无锡尚德太阳能电力公司从2002年起，一直对太阳能电动车进行研究和试验，分别设计并且制造了太阳能高尔夫球车、太阳能三轮车和太阳能自行车。图78是这三种电动车的照片。同时积累了一些经验，下面以太阳能电动自行车为主，作一介绍： 图7太阳能高尔夫球车。2002年 图8太阳能三轮车尚德公司开业时拍摄德公司开业时拍摄。驾驶太阳能车的是施正荣博士，他旁边 是诺贝尔环境奖获得者马丁格林教授温总理在参观我们的太阳能电动车图5所示的太阳能电动自行车所使用的是6块10W太阳电池组件，总功率60W，每两块串联，分三组同时给蓄电池充电。由于太阳电池是水平放置，接受太阳能量的效率比较低，充电电流只可达到600mA，每天可以充电2.1Ah，正常情况下可以行驶10公里。4关于太阳能电动自行车的展望中国是自行车保有量最多的国家，同时也逐步成为电动自行车最多的的国家。中国的国情决定了我们的交通工具不可能象欧美发达国家那样全面使用小轿车，自行车和电动自行车将是中国人的主要个人交通工具；由太阳电池提供能量的电动自行车太阳能电动自行车也将是中国人的主要交通工具。 本文介绍了经过我们多年实践过的太阳能电动自行车四种实施方法，前三种是目前已经可以实现的，是可以产业化发展的。太阳能电动自行车是功在当代、利在千秋的事业，我们希望有实力的企业参加这个事业，同时也希望国家制定相关政策给于扶持。我们有理由相信，太阳能电动车的时代不久即将到来。致谢：在太阳能电动车的研制过程中，温建军、王栋、许志强先生曾经给以支持和帮助，在此表示感谢！参考文献：1电动