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攻坚克难:轮毂上装电机 巧用刹车能量
2012年4月,占子奇和同学花数万元在车厂订了一台小型电动汽车。到货后,研发正式开始。“不做不知道,做了吓一跳,真的是困难重重。”占子奇回忆说,“把过去所有学过的知识用上都不够!”于是大家一边做研究,一边疯狂“补课”,请教老师,常常工作到半夜。
他们首先解决了太阳能和风能两大发电系统的选材问题:使用一块覆盖整个车顶的单晶硅太阳能板,在冬季也只需6个小时就能充满一块12伏特的电池,夏季因为光照强则时间更短;轻巧又结实的加固玻璃钢是风电系统风叶的最好材料,6片风叶组成的风扇在风力驱动下转动,产生电流,大约10小时充满一块12伏特的电池。
“很明显,风能和太阳能的发电效率完全不一样,这就带来全车四组电池电量不均的问题,在行车中很容易出现有的电池过度放电,有的电池放电不足。这样既影响动力输出,也容易损坏电池。”占子奇说,他们通过研究攻关,设计出了一套电池均衡系统——通过一个超级电容平衡协调四块电池的电量,“就像长江和鄱阳湖、洞庭湖互相调节水位。”
占子奇查阅资料发现,一辆汽车在城市道路行驶时,能耗的一半用在了刹车制动过程中,“应该尽可能利用起这部分能耗。”占子奇说,普通燃油车使用的是机械制动,能耗只能白白流失,但电动车使用的是电机制动——电机向前转推动车辆向前运行,电机反转让车辆制动,反转的过程也可以产生电能,“我们于是设计加装了一套能量回收系统。”经过测试显示,未安装回收系统的车在标准路况行驶1400秒后电池电量下降了30%,而安装了回收系统的车行驶同样时间,电池电量只下降了15%,刹车产生的能量被很好利用起来了。
此外,同学们还将电机装在了车轮的轮毂里面,大大减少了普通电动车电机传导动力到轮轴这一过程带来的能耗流失,也增加了车辆的行驶灵活性。
未来完善:提高风扇效率 期待全新材料
2013年4月,历时一年研发的这台“小QQ”终于完工。在综合测试中,这台“风光电互补节能车”交出了满意的答卷:总用电量480安时,外接电源充电占73%,剩下的27%电量都是由太阳能、风能和车辆自身能量回收来实现。“这意味着使用这种车能省近三成电费。”占子奇说。
占子奇也坦言,目前这台节能车还存在一些有待改进的问题。比如风扇需要在风速3米/秒以上时才能开始发电,而在大城市由于受到高楼阻挡等因素的制约,风扇发电效率很低;此外风扇露天装在车头位置既影响了美观,也影响了整车的空气动力学结构。“我们现在想的是能不能把风扇装进车的前格栅里面。未来我们希望能将这种风扇发电装置安装在涡轮增压汽车的发动机后部,利用增压后的涡流气体来增加风扇的发电效率,这也是节能的有效手段。”
今年占子奇就将硕士毕业,不过他说自己对新能源车的研究探索不会止步。电动车发展的最大瓶颈就是电池,无法承受长时间、高频率的快速充放电,直接导致现在的电动车充电时间过长、行驶里程较短。“或许人类需要找到一种新材料电池去替代现有的锂、镍氢、铅酸。真有一天找到这种材料的那个人,就是当之无愧的诺贝尔奖获得者。”
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