太陽能電池在電動汽車上的應用

展寶生，展茂東

（1.中國石油大學勝利學院 教育系，山東 東營257000；2.勝利油田勝利泵業(yè)有限責任公司 電泵廠，山東 東營257000）

現(xiàn)在開發(fā)生產(chǎn)的純電動汽車，雖然已經(jīng)在污染排放方面作出了貢獻，但由于主要電力都是來自發(fā)電廠，間接增加了發(fā)電廠釋放的污染物。因此，推廣和使用太陽能汽車，可大大降低汽車對環(huán)境的間接污染。傳統(tǒng)小轎車的功率一般在幾十千瓦，而太陽輻射功率最多1kW／m2，目前的光電轉(zhuǎn)換效率小于30%，因此全部用太陽能驅(qū)動轎車，需要幾十平方米的接收面積，顯然難以達到。但是把太陽能電池作為汽車、電動汽車的輔助充電能源的確是可行的。尤其是在老年電動觀光車上應用太陽能電池更加實用、有效［1］。

1 設計思路與可行性分析

設計思路。太陽能電池＋時風電動觀光車＝（時風）太陽能電動車。

可行性分析。

（1）時風電動觀光車，車中備有型號為3-EVF-200Ah的蓄電池10塊，串聯(lián)組成60V的電池組對整個電動汽車供電，電池組的額定電壓為60V，總?cè)萘繛? 000Ah。有完善的市電充電系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)，車頂有行李架，時風電動觀光車有加裝太陽能電池板的基礎條件。

（2）紹興合田新能源有限公司生產(chǎn)的太陽能電池板，封裝好的電池板：每塊18V、2.2A、38W，長×寬×高為67.5cm×39cm×5cm。購置5塊串聯(lián)后為90V，可以為60V的蓄電池組充電（太陽能電池板給蓄電池充電的電壓一般為蓄電池額定電壓的1.5倍）。

（3）太陽能電池板總面積不超出車頂面積，最大充電功率為190W，最大充電電流為2.2A。

2 太陽能電池板的設計與安裝

首先拆掉時風電動車車頂?shù)男欣罴?，保留固定行李架?個螺絲。根據(jù)時風電動車的車頂現(xiàn)狀，設計一個能固定5塊太陽能電池板的車頂架子。架子材料可以是鋁合金，也可以是角鐵，然后通過噴漆實現(xiàn)所需要的顏色。為避開車頂收音機天線，設計方案如下：

（1）太陽能電池板的布局如圖1所示。

圖1 太陽能電池板的布局

（2）車頂架子的設計方案見圖2。

圖2 車頂架子設計

3 電路設計方案

將5塊太陽能電池板串聯(lián)后（90V）與蓄電池組的正負極連接。為確保蓄電池組的安全，在電路中串接熔斷器（5A左右）兩個，同時串接一個工作電流為10A的空氣開關（QF）。為防止無光照時蓄電池組對太陽能電池板反向充電，在太陽能電池板和蓄電池組之間串接一個10A的二極管，同時在每塊太陽能電池板的兩個極間都并聯(lián)一個10A的二極管。最終電路設計如圖3所示。

圖3 電路設計示意圖

4 充電數(shù)據(jù)測試

4.1 晴朗天氣

2013年4月29日，中國石油大學勝利學院第一教學樓前，天氣晴朗，無云，氣溫15～23℃。使用數(shù)字萬用表測量太陽能電池組對電動車蓄電池組的充電電流，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 2013年4月29日充電電流與時間的關系

由數(shù)據(jù)可見，東營地區(qū)4月29日，太陽能電池板對蓄電池組的有效充電時間為7：00-16：50，中午時段太陽直射時充電電流最大。

4.2 中午時段

2013年5月10日中午時段，東營天氣晴朗，無云，氣溫32℃，使用數(shù)字萬用表的電流量程測量太陽能電池組對電動車蓄電池組的充電電流，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 2013年5月10日充電電流與時間的關系

由數(shù)據(jù)可見，中午太陽垂直時太陽能電池板對蓄電池的充電電流最大。太陽光垂直照射電池板時，光電轉(zhuǎn)化效率最高。

4.3 陰雨天氣

2013年5月9日星期四上午，東營天氣陰有雷陣雨，氣溫13～20℃。陰雨天氣，太陽能電池板仍能對電動車的蓄電池進行充電，只是充電電流比較小而已。充電電流測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 2013年5月9日陰雨天氣充電電流與時間的關系

4.4 充電電壓、電流、電功率和電能的測試

利用直流數(shù)字電能表，可以測量太陽能電池板對電動車電池組的充電電壓、充電電流、充電功率和充電電能。2012年5月20日利用蘇州迅鵬儀器儀表有限公司生產(chǎn)的直流數(shù)字電能表對太陽能電池板對蓄電池的充電情況進行了檢測，檢測數(shù)據(jù)從早晨7：00開始，每隔半小時測量一次，持續(xù)到下午18：00，測試數(shù)據(jù)見表4，當天天氣晴，氣溫18～27℃。

表4 充電電壓、電流、電功率和電能隨時間的變化關系

5 結(jié) 論

（1）5塊18V、38W太陽能電池板安裝在時風電動汽車上串聯(lián)使用，在晴朗天氣每天能為電動車提供0.9kW·h的電能。晴好天氣，太陽能電池組每天能為電動汽車增加16km續(xù)航能力，從節(jié)能環(huán)保的角度值得提倡。

（2）由于車頂面積太小，太陽能電池板的面積不可能做的很大，因此目前設計所提供的充電電功率太小，還不能直接推動電動機工作，因此太陽能電池組只能作為電動汽車的補充充電系統(tǒng)使用。如果能把太陽能電池做成像人造革一樣的柔軟板材，能夠貼在汽車的所有表面，同時光電轉(zhuǎn)換率又能提高到30%以上，那么太陽能電池板在電動汽車上的應用將更有價值。

［1］陳杰.太陽能汽車 名副其實的零污染高效動力［EB／OL］.［2013-05-01］.http：／／auto.qq.com／a／20120528／000297.htm.