新能源在汽车的应用

新能源在汽车的应用何杰（上海宝钢工业技术服务有限公司，上海２００９４１）摘要：太阳能电池的工作原理和分类，太阳能作为汽车驱动动力源和汽车辅助设备能源２个方面的技术路线和工作原理，目前大阳能汽车存在的缺陷以及对未来技术发展的展望。关键词：太阳能电池；汽车；驱动动力；节能环保ＤＯＩ：１０．ｌ６６２１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉＳＳｎ〗００１－０５９９．２０１６．Ｓ１．０５中图分类号：Ｕ４６８．３文献标识码：Ｂ〇引言验室转换效率单晶桂最高传统的石油资源日益枯竭，人们对石油资源的依赖性和石达２４．７％，多晶硅达油储量的不断锐减形成了鲜明的反差。而太阳是一个巨大的能１８．６％，非晶桂相对转换稳源，它以光辐射的形式向太空发射能量。太阳辐射到地球大气层定性较差。的能量约３．７５ｘ１０２６Ｗ，每秒辐射量相当于５００Ｗｔ煤，即使把２太阳能发电在汽车上的地球表面０．１％的太阳能转为电能，转化率为０．５％，那么每年发应用电量也可达５．６ｘ１０１２ｋＷ，ｈ，相当于目前全世界能耗的４０倍。目前，太阳能发电在汽可见，太阳能是一个极其巨大的、不可取代的能源１１１将太阳能转车上的应用主要有两大类，■■鼴化为电能是大规模利用太阳能的重要手段，太阳能光伏电池是一是太阳能作为驱动动力｜现这？转化过程的主钽部件，夂ｍ能光伏电池坫？种祕痛在源：ｎｍ能作为汽个：辅１阳光下便会产生直流电的发电装置。助设备的能源。１太阳能光伏电池２．１汽车驱动力１．１太阳能电池Ｔ作原理（Ｉ）太阳能汽车驱动原、’？１９５４年，美酿学家雜誠嫌在美觀尔实验室首ＳＬ太随雜电池板将次制成了实用的单晶硅太阳能电池。光电效应太阳能电池的被安装与汽车上，由光照胃２工作原理是当太阳光照在半导体ｐ－ｎ结上，形成新的空穴一产生电流去驱动电子对，在ｐ－ｎ结电场的作用下，空穴由ｎ区流向ｐ区，电子电动机，从而带动由ｐ区流向ｎ区，接通电路后就形成电流（图１）。如图１传动系统驱动车｜太阳阵列所示。辆行驶。太阳能汽，－１＼Ｗ＇（―——１．２太阳能电池的分类车驱动原理如图｜光伏，器Ｈ电机Ｈ传动系统ｈ太阳能电池根据所用阳光Ｎ区负３所示。其中电机１Ｌ＆的材料不同，主要有硅太阳－电极！线＿蓄电池可以由充蓄电池组ｕ能电池、多元化合物薄膜太ｌｅｅｅｅｅｅＱｅｅｅＱ＇＾ｉ放电控制器以一阳能电池、聚合物多层修饰ｌ？ｅ？０？？？？？？＾＿ｇｌ＋定模式进行充放图３太阳能汽车驱动原理示意图电极型太阳能电池、纳米晶ｐ区正电极导线电。＾｜太酿电池、有机太阳能电图’太！；日能电池工作原理ｋＡＵｋＡ＆池。其中硅太阳能电池以其应用的程度，主要在宽度、转换效率、环境友好性、稳定性等方酿能优越，成为目有两类，－是太阳前发展最雌的，在应用中居主导地位太阳能电池。如今量产的能作为第－驱动太阳能电池，几乎９５％以上是硅基的，剩下不到５％是由其他无力驱动汽车；二是机材料制成的〇硅系列太瞧輸關細的不離力单祕、多帛麵汽车。硅麵和非晶桂麵太阳能电池三种￥２所示为非晶桂薄⑵太瞧汽膜太阳能电池。转换效率是衡量太阳能电池性能的重要指标，车结构。太阳能？汽表示太阳能电池将光辐射转化为电能的效率和能力，目前实车主要由太阳能Ｕ．１２设备篇理马组膣工作研究电池板、车身、电力系统、驱动系统、蓄电池、机械系统、底盘等部印发节能与新能源汽车产业发展规划（２０１２－２０２０年）中指出分组成＼图４为１９９６年清华大学研制的第一代太阳能赛车。汽车产业是国民经济的重要支柱产业，在国民经济和社会发该车使用转换效率为１４％的矩形单晶硅电池阵列，向直流永展中发挥着重要作用因此加快培育和发展节能汽车与新能磁无刷电机提供８００Ｗ的动力，结构上采用前２后１的３轮源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续式布置，后轮驱动。最高时速达８０ｋｍ／ｈ：发展的紧迫任务。相应的规划与政策的引导必将引起更多的２．２汽车辅助电源企业和科研人员的重视和研发，太阳能汽车以其清洁、环保的在传统汽车上可以用太阳能作为辅助动力，以减少常规燃特点，必使国内外对太阳能发电在汽车上的应用有广阔的前料的消耗，而且现代汽车的电器化程度日益提高，各辅助设备的景。耗电量也因此急剧增加。这方面的应用主要形式有：①太阳能用（２）技术发展。太阳能汽车就其主要的组成部分太阳能电作汽车蓄电池的辅助充电能源；②用于驱动风扇和汽车空调等池阵列、车身、电力系统、驱动系统、蓄电池、机械系统、底盘等系统。方面都需要进行技术改进。①提高电池阵列的转换效率。太阳（１）辅助充电。在汽车上加装太阳电池后，可在车辆停止能电池的转换效率在慢慢提高，而且新的材料的使用也在不使用时，继续为电池充电，从而避免电池过度放电，节省能断被研发。如日本有开发出了转换效率高达４３．５％的太阳能电源池。美国德州大学正致力于利用量子点来解决转换效率问题，（２）辅助设备能源。汽车在阳光下停泊，由于车内空气不期望能达到６６％的转换效率。②提高汽车设计技术。随着材料流通，使得车体成了收集太阳能的温室，造成车内温度升高，技术、工艺技术、设计思想等的进一步发展，有关汽车车身、汽使车内释放大量的有害物质，从而使车内空气品质变糟。若加车底盘、机械系统、蓄电池等方面将会获得进一步的提高，届装太阳能装置，比如加装太阳能风扇等，则可以为车辆在停泊时太阳能汽车将以轻量化、高性能等特点来减少对电能的需期间无能耗提供新风并降温，保证车辆再次上路时有良好的求。如巴西圣大保罗大学的科研人员设计的名为“波利”的太空气品质。目前国内销售的车型当中，奔驰Ｅ级，奥迪Ａ８，阳能汽车，其全部使用太阳能作为驱动能源，最高时速超过Ａ６丨，，Ａ４、途锐等部分车型都已配备了太阳能天窗。太阳能天１００ｋｍ％其最新奇之处在于发动机和车轮之间没有任何传输窗是指在汽车天窗的玻璃下方设置有太阳能电池，太阳能电装置，由装在车轮上的发动机直接带动车轮。研究表明其可以池与设置的控制单元输入端相连接，输入端连接车辆空调系大大减少汽车的能耗。统的温度传感器，同时输人端还与蓄电池和点火器相连接。玻太阳能发电除直接装载与车身直接利用外，也可以利用其璃下方的太阳能电池吸收太阳能，经汽车天窗控制单元可对为汽车充电。如瑞士早在１９８９年就开辟了太阳能汽车租赁站，蓄电池进行充电，保证蓄电池电能充足，同时延长蓄电池使用其太阳能汽车的电能则是由车站建筑物上的２．４ｋＷ太阳能装寿命。置提供的。且多余的电量将送入公共电网。目前一些美、日、欧国３发展前景家的国际组织已经开展空间太阳能发电站的研究Ａ将利用该空３．１存在问题间站转换获得的电能将以微波形式传输至地面系统，一旦该空太阳能虽然普照大地，无需开发和运输，且不会污染环境间太阳能发电站取得成功，必将为今后的能源结构和能源传输能量巨大，但太阳能能量密度低，分散性大，易受到昼夜、季带来革命性的影响。节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨３．３汽车生活需求等随机因素的影响，稳定性差，目前太阳能利用装置，如太阳目前太阳能汽车还只是停留在赛车以及观光旅游等主题方能电池，效率偏低，成本较高，因此太阳能在汽车上的应用还面，但太阳能在汽车上辅助设备能源的应用必将越来越广泛，如不是很普遍。其次太阳能汽车在价格、续航里程、行驶速度以太阳能风扇、太阳能空调、太阳能辅助蓄电池等，这些提高汽车及舒适性、外观等方面还不能与传统的汽车相比拟，还不能为舒适性以及安全性等方面的应用必将为太阳能日渐溶入我们的大众普遍接受。目前太阳能汽车除很多国家的太阳能赛车外汽车生活带来了广阔的前景。主要的应用在观光服务领域，如动物园观光游览车，高尔夫球４总结场用车等等。国内依据有关机动车法规还没有能进人产品目太阳能发电技术自出现以来，在航天航空、建筑、照明等很录，真正上路行驶的太阳能汽车还没有明确的规定，这也限制多领域获得了广泛的应用虽然太阳能发电在汽车上的应用目了太阳能汽车的发展。前还比较局限，但随着政策的引导、技术的发展、汽车生活的需３．２前景展望求必将有越来越广阔的前景。（１）政策引导。随着能源的枯竭以及环境污染的加重，各参考文献国都在致力于新能源的开发和利用２０１２年８月６日国家能［丨］吴基安，吴洋．新能源汽车知识读本［Ｍ］．人民邮电出版社．２〇０９，（０９）．源局组织制定的《可再生能源发展“十二五”规划》（以下简称Ｕ］胡兴军．探索中的太阳能汽车［？！］．交通与运输．２〇〇９，（１）：５６＿５７．《规划》）和水电、风电、太阳能、生物质能四个专题规划进行了［３］赵云峰等．太阳能电池在汽车上的应用分析［？！］．农业装备与车辆发布。《规划》中指出２０１５年太阳能发电２１００万ｋＷ，太阳能工段２〇１１，＾０：３９￣４２＿＾热利用累计集热面积４亿ｍ３。２０１２年６月２８日国务院关于Ｃ编辑；支瑞３工作研究设留曽理与组腊１３