太陽能技術(shù)在電動車中的應用

太陽能技術(shù)在電動車中的應用

綠色能源的使用已成為各國制定公共交通工具的重點，尤其是對太陽能電動汽車的開發(fā)和設(shè)計。所有國家都在致力于設(shè)定非?？斓拈_發(fā)。世界博覽會上，各國都令人驚訝的新型太陽能電動汽車，包括它的性能、形狀和過去的巨大進步。我國在電動車方面的開發(fā)與設(shè)計,對綠色能源的應用也十分重視,而且得到了快速的發(fā)展,但在車體造型方面,則略顯不足。針對太陽能技術(shù)在電動車中的應用現(xiàn)狀,分析了輕便型太陽能電動車在造型設(shè)計時應關(guān)注的問題。1太陽能光伏技術(shù)太陽能電動車是在傳統(tǒng)的電動車主要構(gòu)件,儲電器/蓄電池和電機的基礎(chǔ)上增添太陽能電池板,將太陽能轉(zhuǎn)換成電力,儲電器把太陽能變成的電能儲存起來。從太陽電池的輸出特性看,由于太陽電池電壓處于0~Vm范圍內(nèi)表現(xiàn)為恒流特性,相當于一個恒流源,不適于驅(qū)動直流電機,所以電動自行車都需要配有蓄電池,它可以給直流電動機提供瞬間大電流。因此,太陽能技術(shù)在電動車中的應用一方面提供車體啟動時產(chǎn)生較大的啟動電流,另一方面提供電能,彌補蓄電池的電量不足或減少蓄電池的使用。車的行駛只要控制流入電機的電流就可以解決。太陽能電動車的開發(fā)主要體現(xiàn)在3個重要的技術(shù)環(huán)節(jié):太陽光轉(zhuǎn)化為電能、電能的儲存以及將電能最大程度地發(fā)揮到動力上。太陽能電動車設(shè)計應充分考慮太陽能電池、電動車驅(qū)動特點。以電動自行車為例,通常情況下,電動車電動機的額定功率Pn:式中:Tn—摩擦阻力、道路的阻力、風阻力和坡度阻力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩;N—額定轉(zhuǎn)速。目前,市面上電動車通行的性能指標為:車速20~30km/h,蓄電池電壓為36V,行使時,平均電流為4~5A。按照上述指標以及參照國內(nèi)太陽能電池的技術(shù)指標(如太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率),太陽能電池如果要滿足此類電動自行車的運行性能,其面積約在1500mm×800mm。太陽能電池板的面積偏大,給該類電動車開發(fā)設(shè)計以及推廣帶來一定的難度。因此太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展成為電動車開發(fā)與設(shè)計、太陽能汽車研究及其商業(yè)化生產(chǎn)中的重點。如何在現(xiàn)有的太陽能技術(shù)上開發(fā)太陽能電動車,也成為眾多企業(yè)所關(guān)注的課題。2太陽能電動技術(shù)應具備的應用方向目前,國外太陽能電動車的設(shè)計出了對太陽能的利用外,還大量結(jié)合材料、電子、能源的多種新技術(shù),例如:2006巴黎車展,在車界享有良好聲譽的世界著名公司Venturi向世人展出了一款“自驅(qū)式”電動車VenturiEclectic見圖1。該款車利用太陽能、風能,在不依賴任何天然能源的情況下,依然能夠行駛自如。太陽能電動車的設(shè)計隨著太陽能、電動技術(shù)的成熟,其研發(fā)方向也從原先偏向高科技技術(shù),如高性能的太陽能的太陽能汽車,轉(zhuǎn)為具有一定的商業(yè)價值、民用的交通代步工具。其設(shè)計也開始更加注重美學元素,運用造型原理恰到好處的將突兀的太陽能電池與車體造型有機的融合起來,更加趨于個性化的造型設(shè)計和乘坐的舒適性設(shè)計以滿足現(xiàn)代消費群體的個性化需求。國內(nèi),太陽能技術(shù)、太陽能電動車的開發(fā)技術(shù)近年來也得到了突飛猛進,與汽車相媲美的高速太陽能汽車不斷出新,也有相當?shù)奶柲茈妱榆囎呦蚴忻?如,有網(wǎng)上資料顯示“西藏的10套太陽能電動車已于2004年完工,交付使用”。但是,太陽能電動車在設(shè)計上偏向于技術(shù)實現(xiàn),而造型藝術(shù)上表現(xiàn)薄弱,見圖2。如前所述,因太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)限定問題,目前太陽能只能用在短途或者行車速度比較低的場合。針對于此,本課題研究的重點放在設(shè)計一種輕便型太陽能電動車,設(shè)計一種盡可能降低車體負載的、短途、低速運行下的單人代步工具,主要研究輕便型太陽能電動車造型的藝術(shù)設(shè)計。3輕便能電動汽車的設(shè)計3.1太陽能電動汽車在車輛管理中的應用由于太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率較低,太陽能電池應用在短途或者行車速度比較低的電動車上容易實現(xiàn)。因此,輕便型太陽能電動車設(shè)計定位主要針對短途、車速低、單人使用或自駕形式的電動車。主要用途為觀光旅游、高爾夫車、個人交通工具。其工作原理就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,給電動車的蓄電池進行補償充電,以補充車輛行駛中消耗的一部分能量,從而延長車輛的行駛時間。當太陽能電池不能滿足電動車驅(qū)動需求時,電動車的蓄電池可以通過電源充電。輕便型太陽能電動車作為一種新型的綠色交通工具,具有零排放,無污染的主要特征。其車身輕小,能大幅度減輕能源的消耗,且行動、?？空镜乜臻g小;方便易于駕駛,其低速的行駛環(huán)境安全性高,適用于觀光旅游自駕形式。如果是單人的太陽能電動車,其用途可用于個人短途代步工具也可針對一些弱勢群體,如老年人、殘疾人等,輕便型太陽能電動車可作為一種便于出行的代步工具。3.2太陽能電池設(shè)計工藝輕便型太陽能電動車的設(shè)計既要充分考慮太陽能技術(shù)的發(fā)展與利用,又要充分的考慮到設(shè)計美學。設(shè)計美學是研究人類在造物行為(機械生產(chǎn)和產(chǎn)品文化創(chuàng)造)過程中,對美的規(guī)律進行探索的一門新興學科,又稱“技術(shù)美學”或“工業(yè)美學”。這種技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合首先考慮到“功能美”,即通過設(shè)計成果———產(chǎn)品或環(huán)境對審美主體所預期的要求的滿足和共鳴而顯示的審美價值。輕便型太陽能電動車的主要功能就是實現(xiàn)太陽能的電能轉(zhuǎn)換,但是根據(jù)目前市場的需求來看,太陽能電動車要想進入百姓家庭在我國還需一段時間,因此如何在太陽能電動車的基礎(chǔ)上,延伸太陽能的使用功能成為其有效進入市場的必備條件。從太陽能電動車的輕便性出發(fā),太陽能電池可以設(shè)計成模塊化,當它為蓄電池充滿電后,在保證車體的基本行駛需求下,可方便拆卸下來,也可以達到減輕車體負載的作用,使電動車在同等的電能下,運行更遠。此外,模塊化的太陽能電池可根據(jù)用戶的需求,來決定是否配備太陽能充電系統(tǒng),整個車體造型設(shè)計在不配備太陽能時,應是一輛造型完整的普通電動車。對于太陽能電池板模塊,增添模塊的獨立功能,開發(fā)出電池板作為其他用途的電能儲備,如手機充電、電熱燒水等。其次,設(shè)計時應考慮到形式美與技術(shù)美的結(jié)合,輕便型太陽能電動車在設(shè)計是更加強調(diào)產(chǎn)品的形、色、質(zhì),把握好造型與結(jié)構(gòu)的相輔相成,確保其結(jié)構(gòu)能夠滿足支撐、傳動以及車體的穩(wěn)定性的需求。在材質(zhì)選擇時,以輕型、高強度的材料為主,既減少車體質(zhì)量、額定功率,又滿足車體本身的支撐、各種零部件的有效聯(lián)接支撐,尤其是太陽能板的連接與支撐,對于乘坐人數(shù)的質(zhì)量支撐等等。如基于單人自駕式的太陽能電動車,由于車體負載大大減小,從而可以減小太陽能電池板的面積,使太陽能電池與車體的造型更加容易融合。在產(chǎn)品色彩設(shè)計時,色彩的選擇應該是在色彩的合理性的設(shè)計基礎(chǔ)之上來突出色彩的藝術(shù)化處理———藝術(shù)性設(shè)計,其中配色與產(chǎn)品色彩風格的塑造是把握色彩藝術(shù)性設(shè)計的主要方面。太陽能電動車設(shè)計時,使用合理的配色,既突出產(chǎn)品的高科技、綠色設(shè)計的風格,又要突出色彩的功能性,實現(xiàn)該產(chǎn)品易于操作的功能特點。4太陽能跨界應用研究概念設(shè)計在設(shè)計領(lǐng)域里往往是一種預示未來的超前設(shè)計,對于太陽能汽車的研究與設(shè)計目前各國都處在一個不斷努力探索實現(xiàn)的階段。本課題根據(jù)太陽能技術(shù)應用現(xiàn)狀,針對不同的使用領(lǐng)域與消費需求,設(shè)計了以下2款輕便型概念車。其目的:為進一步的研究與設(shè)計工作提出導向;通過概念設(shè)計引起更多的人來關(guān)注綠色設(shè)計以及增強對綠色能源———太陽能利用的意識。圖3是一款“單人自駕”的輕便型太陽能電動車,用于老年人、殘疾人的短徒代步工具。單人自駕式電動車或汽車是一種個人的交通工具,目前世界上已經(jīng)推出了多款單人自駕式概念車,其中不乏有輕便型的電動車。此款輕便型單人概念電動車,造型設(shè)計一改傳統(tǒng)老年人、殘疾人電動車的專用設(shè)計為通用設(shè)計,賦予其造型時尚的外觀及科技內(nèi)涵,使更多人接納該款車型,使這種短途代步工具具有更廣的使用通用性且乘坐方便舒適,行動自由。圖4為以觀光為主的輕便型太陽能電動車設(shè)計,定位以中國家庭人數(shù)特征為主,承載人數(shù)3~4人。車體造型采用了古典車型,通過對太陽能