浅析太阳能电动车的设计与试制

浅析太阳能电动车的设计与试制

邱桂林

关键词：太阳能；三轮电动车；四轮电动车；设计与试制

1.太阳能电动车设计与试制的必要性

当前，地球环境日益遭受到多种行业及交通工具污染的威胁，汽车工业对环境的污染是一个重要的方面，特别是汽车有害排放物像CO、NO2等或者其他的一些微粒，严重污染空气，导致人类疾病和自然灾害的发生。

为了保护、合理利用地球资源和人类的可持续发展，人们不断去寻求一种更新的能源来代替石油，由于太阳能是一种取之不尽、用之不竭的“绿色”能源，因此，人们慢慢将注意力转向太阳能的利用上，充分利用光电转化原理，将太阳能作为电动车的能源。

太阳能电动车是通过贴在车身上的太阳能电池吸收太阳能，通过光电转化将电能储存在车内的电池里，供电机使用以驱动汽车。在光照强度比较大的情况下，太阳能电池吸收的太阳能通过光电转化而来的电流可以直接驱动电机，也可以于蓄电池同时供电。储存在电池中多余的能量可以在不利的天气（例如多云、雨天、深夜）中使用。

2.三轮太阳能电动车的设计与试制

目前市场上的电动三轮车种类很多，可选择范围广。选择时主要考虑方便在车上安装太阳能电池板支架，装好后既可用来接收光照，又可作为车辆的顶棚。此次对电动三轮车的试制采用一款国产老年电动三轮车，该车的整车尺寸为2450×900×850（长×宽×高）；电机种类为无刷直流电机；电机功率为350W；其最高车速为30km/h；该车的蓄电池为48V20Ah铅酸免维护电池；车的净质量为120kg；载重量为200kg；最大行驶距离为40km。

2.1太阳能板的选择与安装

该试验的目的在于将太阳能电动车产品化，市场化。所以选用性价比较高的钢化玻璃太阳能电池板。就三轮车尺寸而言，应选择尽可能大的电池板，最终使用的电池板的开路电压为17.8V；短路电流为2.8A；最大功率为50W；外形尺寸为1065×350×35；重量为4kg；数量为4个。

2.2顶棚和电路的设计与整车安装

将四块电池板串联并水平放置，通过具有最大功率跟踪功能（MPPT）的太阳能充电控制器为蓄电池充电，测得测试的当地地区夏季中午最大充电电流为2.3A，与市电充电器充电电流2.66A接近。将电池板接呈40度角倾斜放置，让阳光直射，测得最大充电电流为2.7A，考虑到电动车顶棚的形状，将电池板前低后高稍微倾斜安装，这样在不影响外观的情况下电池板效率还可以更高，在下雨或洗车时也能方便水从电池板上流下。

顶棚支架材料选用20mm不锈钢方管，壁厚为1mm，在框架转角处增加斜拉杆以增加强度，框架整体焊接而成，与车体采用螺栓连接。在太阳能电池板与框架之间垫上橡胶垫，用螺丝安装，并用结构胶密封以防漏水。

2.3应用结果

在对太阳能电动车辆设计与试制完成并且经过测试后恢复正常使用，平均每天仅行驶约10千米，蓄电池处于浅充浅放状态。同时落灰、落叶等因素伴随着使用全过程，对太阳能电池板的发电效率稍有影响，但由于使用里程少，也从未用进行充电，可完全依靠太阳能。试验发现，一年后虽然电池容量有所下降，但其它性能都正常。由此可见，将太阳能运用到三轮电动车上完全可行。

3.四轮太阳能电动车的设计与试制

电动三轮车的安全性和舒适性稍差。太阳能电池板选用普通钢化玻璃电池，电池板重量较大，安装到车顶后对车辆的稳定性稍有影响。因此有必要继续设计稳定性和安全性更好的四轮太阳能电动车。

3.1设计与试制过程

电动四轮车采用后轮驱动，前轮转向的方式。后驱动有以下两种方案：

（1）两个后轮都采用轮毂电机，这种方案的优点是机械结构简单，悬挂刹车也较为容易；缺点是两个电机分别控制，存在驱动力负荷分配和转向速差的控制问题，目前还处于研究阶段，没有成熟的产品和技术。

（2）使用差速后桥技术，电机输出经过齿轮差速器，通过传动轴分别驱动两个后轮，这种方式的优点是采用单个电机，容易控制；缺点是机械摩擦损耗大。

综合考虑，试验中选用差速后桥方式。

太阳能电动四轮车设计目标为近距离代步，较三轮车而言，其安全性和舒适性有所提高。车体结构采用钢管焊接而成，车顶及前发动机盖位置全部安装太阳能板，前悬挂采用双三角叉弹簧结构，使用方向盘转向。后悬挂采用拖拽臂及弹簧钢板减震，使用四轮油压碟刹。

试验中的太阳能电动四轮车后桥采用750W无刷直流电机驱动的差速后桥，太阳能电池板选用4块100W的电池板，其开路电压为22V；短路电流为5.95A；最大功率为100W；外形尺寸为1200mm×540mm×30mm；重量为9kg。

设计试制好的车辆其整车尺寸为2550mm×1300mm×1800mm（长×宽×高）；电机种类为无刷直流电机；电机功率为750W；最高车速为40km/h；蓄电池采用48V40Ah铅酸免维护电池；净质量为220kg；最大行驶距离为60km。

在车身两侧可以安装太阳能板，但车身侧面安装太阳能板会受自身阴影影响，需要时常改变车辆方向才能采光。车顶采用伸缩机构或车顶两侧吊挂太阳能板，但此举会增加车顶重量，影响车辆的安全性。综合考虑性价比、安全性、可靠性、方便性这些因素，未做此项实验。

3.2四轮太阳能电动车的测试与优缺点

将组装好的四轮太阳能电动车做了简单测试，试验其电机驱动力、转向灵活性及刹车性能。由于条件所限，这些性能未做专业测试，仅做了简单实验。采用人车拔河的方式测试车辆的驱动力，发现车辆的驱动力介于一人到两人力量之间。转向和制动则是与三轮车比较，四轮车总体感觉比三轮车的舒适性好。

随后对车辆的充放电性能进行测试，平均日照一天，可以行使20km以上；日照两天，可以行使40km以上。证明依靠累积储存太阳能的方案是可行的，有使用价值。

四轮太阳能电动车车由于采用钢管焊接、框架结构，可以很好地保证驾乘者的安全，和三轮车相比这是最大的优点。

但在此次试验中，钢管焊接车体时只考虑了安装太阳能电池板和悬挂装置，未做模型分析和力学试验，导致车体过重，因此在该方面还有优化的空间。

太阳能四轮代步车样车车顶安装普通平面的太阳能电池板，车辆四周未密封，影响了车辆美观，后续仍需美化设计。

结束语：

综上所述，本文综合分析了太阳能三轮代步车和四轮代步车试制过程，其均符合太阳能电动车设计与试制的要求，因此，在今后的电动车领域中，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的节能环保能源，相关人员应加强对太阳能电动车的研究，尽最大的力量改进当前其仍然存在的缺陷并加以改进，促进太阳能电动车发展的同时为我国的环保事业贡献出一份力量。

参考文献

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[2]李洋，张建伟，郭孔辉等.四轮驱动电动汽车轴间驱动力和制动力分配[J].吉林大学学报.2015（03）.

[3]邓隐北，张子亮，史谦东，等.太阳能电动车样机的设计和试制[J].电源技术应用.2015（12）.