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朱玉龙:IND4汽车人资深注册用户。整车企业资深汽车电子工程师,从业近十年,涉及新能源汽车和智能汽车,著有《汽车电子硬件设计》等专著。

最近想把连载的目光拉回电气化领域,选择一些可以探讨的话题进行。本文主要就太阳能发电单元,在插电式混合动力和纯电动汽车上的应用做一些探讨。

1) Prius Prime的太阳能车顶

丰田Prius上面是较早采用太阳能车顶的,在之前采用了半幅车顶,留出了天窗的空间;整个功率为60W。前后两个类型的太阳能单体的实际构造,如图1所示。

  

  

图1 上一代Prius的60W 太阳能车顶

而最近发布的Prius Prime(欧洲和日本版本)对太阳能电池板进行了革新,它的电池系统只有8.8Kwh(120kg,351.5V),这个太阳能板在整个系统里面主要包括三部分:

1) 太阳能车顶模块:如图所示,官方声称的最大输出为180W

2) 12V镍氢电池:作为容纳太阳能发电的首要电源

3) DCDC变化器:如图3所示,DCDC有高压输出,分两个接头在两种模式下转换

a.可以经由车载充电机到电池系统

b.也可以直接进入输出总线,在车辆驱动的时候输出部分能量

图2 Prius Prime的系统(电气化部分)

如下图2所示,车顶模块有两片构成,根据文献3里面每块的输出设计最大为94W。

图3 太阳能三件套

在前期设计的考虑的时候,主要是根据选择样本点,选择不同的时间上来监测实际的太阳能发电输出效能;而实际车主是可以通过整个大屏后台的显示数据,来监控头顶上的这个东西,在当前时刻的功率,以及在整个使用寿命过程中,到底发了多少电,相对应的是多少的续航里程。

图4 太阳能的实用效率和显示界面

在目前的效能来看,不同季节、不同的工作日和不同的功率电池配比等因素下,太阳能板对整个系统的供电是不同的,根据参考文献1,可以根据文献中1kW的20%的折算,粗略的估计下的效能为10%左右,每天0.5Kwh。

·不同的时间段停放的区域会导致挺大的不同

·不同季节因素大约有5%的差异,可以参见参考文献4

图5 不同Solar Panel的影响因素

2) 太阳能汽车是否可行?

其实这个问题,可以和国内的一家做太阳能汽车的企业结合在一起。同样,我 们可以看到工程师们,给某辆改装车.通过这个案例的实际分析,我们可以对这个类型获得更多的质疑和探讨的角度。在这个实际改装配置中,平均的发电的情况为 2.09 kWh/天,相当于续航里程14.6 km;最大的发电量为4.23 kWh/天,对应的续航里程约为29.6 km。

图6 把太阳能电池扩展到车身上

整车的电能效率问题:太阳能汽车布置在不同位置的发电效能是不同的,这个问题是客观存在的,因此在不同的时段,按照理想估算和实际测试的结果会有挺大的差异;而如图6所示,不同的太阳能发电模组,需要通过线缆进行汇总和桥接之后汇集到DCDC变换器里面,里面需要通过半导体器件分离,就会存在导线阻抗压降、半导体压降和整个转换器的转换效率等影响整体发电效率的一些问题。

图7 车顶、前后和两侧各个位置的差异

小结:总体来看,目前在车顶配太阳能电池板,在PHEV配合小电池组(5~10kWh)这个配置上,可以发挥一些作用。

  

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