太阳能电动车技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

因为太阳能的不稳定性、分散性（强烈时大约1千瓦/平方米）以及太阳能收集装置效率低、成本高，太阳能直接作为汽车或自行车的动力是很困难的，而用固定装置大规模收集太阳能用以发电，给电瓶汽车、电瓶自行车充电作动力是比较现实的，现在就可以做到。

随着石油资源的紧缺、燃料价格上涨，各个国家在太阳能电动车的研发上取得了一些成绩。2003年澳大利亚太阳能汽车比赛上，由荷兰学生制造的“NunaII”（纽纳2号）太阳能汽车取得了冠军，纽纳2号安装了欧洲太空局发明的太阳能细胞，它以30小时54分钟的时间跑完了3010公里的路程，创造了太阳能汽车最高时速170公里的新世界纪录。2006年，我国首辆太阳能轿车在南京亮相，这辆可以直接切换电能的太阳能汽车行驶速度最高可达每小时88公里。如果加上电能，这辆车晚上能跑220公里，白天可跑290公里。

目前太阳能电动车广泛应用的技术是加大太阳能的受光面积，即在车体的顶部加大了太阳能电池板的使用量，通过受光面积的增加来提高太阳能的转化率。在太阳能电动车的储能装置方面提高了蓄电池的容量，以使达到为车体提供更充足的动力。

虽然新型研发的太阳能电动车也具备了相当长的日行里程，但是太阳能车大范围替代燃油车在目前还不能实现，主要是因为太阳能电池能量密度小、转化效率低、价格昂贵，技术还不成熟，但是太阳能电动车是最清洁、最有发展前景的绿色环保汽车，所以它的推广还是非常有前景的。

第二节 产品工艺特点或流程

1、太阳能电动车原理

在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置，它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀，也是一种供卫星用电的太阳能电池板。

太阳能电池依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼，另一面掺入一些磷，并在硅片的两面装上电极，它就能将光能变成电能。

这些太阳能电池在阳光的照射下，电极之间产生电动势，然后通过连接两个电极的导线，就会有电流输出。通常，硅太阳能电池能把10%～15%的太阳能转变成电能。它既使用方便，经久耐用，又很干净，不污染环境，是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。

2、太阳能电动车系统构造

1）电力系统

太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成，电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用，太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组，但是当太阳能汽车开动后，是通过太阳能阵列提供能量，从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因，大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。而且设备也还要分不同类型蓄电池，在美国太阳能蓄电池主要有：铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锂电池、锂聚合物电池。

镍镉、镍氢和锂电池比普通的铅酸蓄电池远远提高蓄电能力，重量比普通电池要轻的多。但是他们很少在太阳能汽车中被广泛使用，主要是维护起来很小心，并且很昂贵。

电池组是由几个独立的模块连接起来，并形成系统所须的电压。代表性地，可以使用的系统电压在84-108V，依靠它的电力系统，有时在太阳能汽车运动时降低系统电压。

在太阳能汽车里最高级的组件部分就是电力系统。它们包括峰值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最基本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。绝大部分我们在安装电力组件时去除辅架，虽然我们在安装时也有传统性的组件或者适用我们太阳能汽车的一般性组件。

峰值电力监控仪条件电力来源于太阳能光伏阵列，光伏阵列把能量传递给另外的蓄电池用于储存或直接传递给发动机控制器用于推动发动机。当太阳能光伏阵列正在给蓄电池充电的时候，电池组电力监控仪会保护蓄电池组因过充而被损坏。电池组电力监控仪的号码数值随我们的设计而被使用在太阳能汽车里。峰值电力监控仪是非常的轻质材料构成，并且一般效率能达到95%以上。发动机控制器控制发动机的启动，而发动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对发动机控制器电力管理是通过程序来完成的。而这些都在我们讨论的范畴。由于发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器。当然也能够根据发动机工作原理设计图纸来买一台控制器。很多太阳能汽车使用精确数据检测系统来管理整个太阳能汽车的电力系统，其中包括，太阳能光伏阵列、蓄电池组、发动机控制器和发动机。

2）驱动轮

在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制，一般额定的是2-5HP，大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈交流（DC）无刷机，这种交流（DC）无刷机是相当轻质的材料机器，在额定的RPM（每秒转速）达到98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要昂贵的多。由于在太阳能汽车里多齿轮传送装置使用很少，双线圈性发动机是常用的传送动力装置。在双线圈之间转换改变了发动机的速度频率。低速线圈为太阳能车子的启动和减速提供高的“转力距”，而高速线圈则为太阳能汽车运行提供高效率和最佳的运行效果。

在太阳能汽车里有三个基本类型的传动力方式的变化：单减引导式驱动、变频履带式驱动、轴式驱动。以前，一般大多数使用直接引导式驱动传送动力。发动机是通过一个链条或一个履带同一个单一的齿轮传送装置并与车论连接。如果组件定位准并小心安装的话，维护传送装置是很可靠而且容易。当整个设计全部完成使用效率应超过75%。有很少人使用变频履带式驱动传送动力给车论。齿轮比的改变引起发动机速度的增加。在低速度下引起发动机启动速率的增大。但仍能保持太阳能汽车以一个高速度高效率的行驶效果。变频履带式发动机需要精确的安装和有效精细的配置。

自1995年以来，当有些人使用轴式驱动设计太阳能汽车时，高速度，舒适的驾驶受到人们的欢迎。一个轴式发动机去除了许多外加的传送设备。这大大提高了驾驶车辆的效率，缩减了用于驱动车论而需要的能量。轴式驱动使用低转速原因是齿轮传动装置的减少，这样会轻微的降低它的效率。但是它们仍能够达到95%的高效率运行。

3）机械系统

太阳能汽车中机械系统在概念里是很简单的，但是在设计中，应尽量减少摩擦力和重量，根据不同的路况来设计需要的强度。轻质金属如铝合金和合成金属是常用的，使重量和强度达到最大程度。针对重量和强度的比例从而制造高效率的组件。机械系统包括刹车制动、方向盘和轮胎等。机械组件必须是可见的，但是也有些太阳能汽车在设计中没有任何的标准。

典型的太阳能汽车一般有3个或4个车轮(ASC规则规定必须至少有三个)，一般三个车轮的配置是两个前轮和一个后轮（通常是驱动轮）。四个轮子的太阳能汽车一般跟普通的机动车是一样（其中后面一个轮子是驱动轮）。另外四轮太阳能汽车的两个后轮并排靠近中央位置（类似于普通三轮机动车的配置）。

太阳能汽车中有多档位制动被安装。太阳能车子之间由于在实际中车身与底盘的不同而各异。在太阳能汽车里大部分使用前制动档位闸的比较普遍。而且有两个A手挂档设置，这与普通的机动车很相似。具有代表性的，后退制动档类似于在摩托车的前面使用而此时用在后面。设计这些挂档足见是有利于太阳能汽车自由的移动和滑行从而达到最佳的效果。当然，这样设计需要进行适当的调整，从而便于组合与维护。

在整个行驶中太阳能汽车的安全是重中之重，太阳能汽车必须有高效的刹车性能并符合标准，这是每一辆太阳能汽车所必须具备的，一般有两个独立的刹车系统。在太阳能汽车中圆盘刹车是普遍采用的一种。因为它们很适合，并有很好的制动力，有些使用机械型刹车，利用的是水力学的原理。机械刹车比水力性刹车要小而且轻，但是不需提供如此多的刹车阻力而是需要相互协调。为了达到最好的效果，刹车被设计成通过刹车操作杆自由移动，从而使刹车垫摩擦刹车表面进行刹车。

在太阳能汽车的驾驶系统，像驾驶员制动系统变化是很大的。必须制造一个弧型半径，按要求用特殊方式使用。但是设计必须是很自由活泼的。专业设计的理念应是保证驾驶的可靠性和安全高效。驾驶系统必须经过精确的驾驶测试才能设计。因为任何细微的失误都可能导致无法估量的后果，进而造成轮胎爆裂。在过去的比赛中，由于自行车车轮和车胎重量轻而且很小的摩擦力，经常被使用到太阳能汽车上（滚动摩擦力小）。当支撑起整个太阳能汽车时这些车轮和车胎就出现超重情况了。从而影响太阳能汽车的驾驶和安全性能。ASC规则中明确规定不准出现太阳能汽车车轮和车胎出现超载现象。幸运的是，现在流行的太阳能汽车竞赛敦促一些轮胎生产厂家制造符合太阳能汽车的轮胎。使用先进的轮胎，重量轻、摩擦力强，从而提高了太阳能汽车的安全和使用效能。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

1、太阳能电池板技术

目前太阳能电动车发展中最重要的影响因素是太阳能电池的技术水平，为了提高太阳能电动车的稳定性和可应用性，太阳能电池的光电转换效率、整线生产效率及生产成本的降低是迫切需要解决的。因此，未来太阳能电池的技术发展将始终围绕着以下几方面进行：

1）提高单机自动化水平、增加批次装片量、提高单机生产效率。

2）设备间机械手自动传送、在线检测、提高整线生产效率，减少人工干预，降低碎片率。

3）将更先进的工艺技术物化于设备，进一步提高太阳能电池的光电转换效率、降低每瓦成本。

4）进一步发展适合大尺寸硅片（从最初的适用于103mm×103mm、125mm×125mm方硅片发展到目前主流的156mm×156mm方硅片，及未来的210mm×210mm方硅片等）。

2、提高太阳能转化率

在提高太阳能转化率的问题上，关键是要增加光伏板的采光量，可以通过特殊的材料和物理方法将太阳能光伏板附近的光反射到光伏板上，这样相当于扩大了光伏板的采光面积，因而 研究 和选择新型材料来提高光伏板的光电转化率是该技术的重点。

3、智能化

电子控制单元智能化是太阳能电动车发展过程中的一个比较重要的环节。另外，防盗报警功能，电源自动识别功能，自动识别电机、智能锁功能等人性化设计都是技术上的发展方向。控制器需要更丰富的附加功能，例如防盗报警，电机程序自动判别，倒车助力，电池电量管理等。这类设计主要满足生产者对组装方便性要求，以及最终客户对舒适性，安全性等的要求。一般设计的复杂度不高，但需要单片机有更多的程序和数据空间。

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