太陽(yáng)能技術(shù)在電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用

太陽(yáng)能技術(shù)在電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用

綠色能源的使用已成為各國(guó)制定公共交通工具的重點(diǎn)，尤其是對(duì)太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。所有國(guó)家都在致力于設(shè)定非常快的開(kāi)發(fā)。世界博覽會(huì)上，各國(guó)都令人驚訝的新型太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)，包括它的性能、形狀和過(guò)去的巨大進(jìn)步。我國(guó)在電動(dòng)車(chē)方面的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì),對(duì)綠色能源的應(yīng)用也十分重視,而且得到了快速的發(fā)展,但在車(chē)體造型方面,則略顯不足。針對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)在電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)在造型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題。1太陽(yáng)能光伏技術(shù)太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)是在傳統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)主要構(gòu)件,儲(chǔ)電器/蓄電池和電機(jī)的基礎(chǔ)上增添太陽(yáng)能電池板,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電力,儲(chǔ)電器把太陽(yáng)能變成的電能儲(chǔ)存起來(lái)。從太陽(yáng)電池的輸出特性看,由于太陽(yáng)電池電壓處于0~Vm范圍內(nèi)表現(xiàn)為恒流特性,相當(dāng)于一個(gè)恒流源,不適于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),所以電動(dòng)自行車(chē)都需要配有蓄電池,它可以給直流電動(dòng)機(jī)提供瞬間大電流。因此,太陽(yáng)能技術(shù)在電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用一方面提供車(chē)體啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流,另一方面提供電能,彌補(bǔ)蓄電池的電量不足或減少蓄電池的使用。車(chē)的行駛只要控制流入電機(jī)的電流就可以解決。太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)主要體現(xiàn)在3個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié):太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能、電能的儲(chǔ)存以及將電能最大程度地發(fā)揮到動(dòng)力上。太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮太陽(yáng)能電池、電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)。以電動(dòng)自行車(chē)為例,通常情況下,電動(dòng)車(chē)電動(dòng)機(jī)的額定功率Pn:式中:Tn—摩擦阻力、道路的阻力、風(fēng)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(dòng)車(chē)通行的性能指標(biāo)為:車(chē)速20~30km/h,蓄電池電壓為36V,行使時(shí),平均電流為4~5A。按照上述指標(biāo)以及參照國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池的技術(shù)指標(biāo)(如太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率),太陽(yáng)能電池如果要滿(mǎn)足此類(lèi)電動(dòng)自行車(chē)的運(yùn)行性能,其面積約在1500mm×800mm。太陽(yáng)能電池板的面積偏大,給該類(lèi)電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及推廣帶來(lái)一定的難度。因此太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展成為電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能汽車(chē)研究及其商業(yè)化生產(chǎn)中的重點(diǎn)。如何在現(xiàn)有的太陽(yáng)能技術(shù)上開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē),也成為眾多企業(yè)所關(guān)注的課題。2太陽(yáng)能電動(dòng)技術(shù)應(yīng)具備的應(yīng)用方向目前,國(guó)外太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)出了對(duì)太陽(yáng)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(chē)展,在車(chē)界享有良好聲譽(yù)的世界著名公司Venturi向世人展出了一款“自驅(qū)式”電動(dòng)車(chē)VenturiEclectic見(jiàn)圖1。該款車(chē)?yán)锰?yáng)能、風(fēng)能,在不依賴(lài)任何天然能源的情況下,依然能夠行駛自如。太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)隨著太陽(yáng)能、電動(dòng)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(yáng)能的太陽(yáng)能汽車(chē),轉(zhuǎn)為具有一定的商業(yè)價(jià)值、民用的交通代步工具。其設(shè)計(jì)也開(kāi)始更加注重美學(xué)元素,運(yùn)用造型原理恰到好處的將突兀的太陽(yáng)能電池與車(chē)體造型有機(jī)的融合起來(lái),更加趨于個(gè)性化的造型設(shè)計(jì)和乘坐的舒適性設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足現(xiàn)代消費(fèi)群體的個(gè)性化需求。國(guó)內(nèi),太陽(yáng)能技術(shù)、太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)技術(shù)近年來(lái)也得到了突飛猛進(jìn),與汽車(chē)相媲美的高速太陽(yáng)能汽車(chē)不斷出新,也有相當(dāng)?shù)奶?yáng)能電動(dòng)車(chē)走向市面,如,有網(wǎng)上資料顯示“西藏的10套太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)已于2004年完工,交付使用”。但是,太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)在設(shè)計(jì)上偏向于技術(shù)實(shí)現(xiàn),而造型藝術(shù)上表現(xiàn)薄弱,見(jiàn)圖2。如前所述,因太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)限定問(wèn)題,目前太陽(yáng)能只能用在短途或者行車(chē)速度比較低的場(chǎng)合。針對(duì)于此,本課題研究的重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)一種輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē),設(shè)計(jì)一種盡可能降低車(chē)體負(fù)載的、短途、低速運(yùn)行下的單人代步工具,主要研究輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)造型的藝術(shù)設(shè)計(jì)。3輕便能電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)3.1太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)在車(chē)輛管理中的應(yīng)用由于太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率較低,太陽(yáng)能電池應(yīng)用在短途或者行車(chē)速度比較低的電動(dòng)車(chē)上容易實(shí)現(xiàn)。因此,輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)定位主要針對(duì)短途、車(chē)速低、單人使用或自駕形式的電動(dòng)車(chē)。主要用途為觀光旅游、高爾夫車(chē)、個(gè)人交通工具。其工作原理就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,給電動(dòng)車(chē)的蓄電池進(jìn)行補(bǔ)償充電,以補(bǔ)充車(chē)輛行駛中消耗的一部分能量,從而延長(zhǎng)車(chē)輛的行駛時(shí)間。當(dāng)太陽(yáng)能電池不能滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)需求時(shí),電動(dòng)車(chē)的蓄電池可以通過(guò)電源充電。輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)作為一種新型的綠色交通工具,具有零排放,無(wú)污染的主要特征。其車(chē)身輕小,能大幅度減輕能源的消耗,且行動(dòng)、?？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(yáng)能電動(dòng)車(chē),其用途可用于個(gè)人短途代步工具也可針對(duì)一些弱勢(shì)群體,如老年人、殘疾人等,輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)可作為一種便于出行的代步工具。3.2太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)工藝輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)既要充分考慮太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展與利用,又要充分的考慮到設(shè)計(jì)美學(xué)。設(shè)計(jì)美學(xué)是研究人類(lèi)在造物行為(機(jī)械生產(chǎn)和產(chǎn)品文化創(chuàng)造)過(guò)程中,對(duì)美的規(guī)律進(jìn)行探索的一門(mén)新興學(xué)科,又稱(chēng)“技術(shù)美學(xué)”或“工業(yè)美學(xué)”。這種技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合首先考慮到“功能美”,即通過(guò)設(shè)計(jì)成果———產(chǎn)品或環(huán)境對(duì)審美主體所預(yù)期的要求的滿(mǎn)足和共鳴而顯示的審美價(jià)值。輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的電能轉(zhuǎn)換,但是根據(jù)目前市場(chǎng)的需求來(lái)看,太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)要想進(jìn)入百姓家庭在我國(guó)還需一段時(shí)間,因此如何在太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上,延伸太陽(yáng)能的使用功能成為其有效進(jìn)入市場(chǎng)的必備條件。從太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的輕便性出發(fā),太陽(yáng)能電池可以設(shè)計(jì)成模塊化,當(dāng)它為蓄電池充滿(mǎn)電后,在保證車(chē)體的基本行駛需求下,可方便拆卸下來(lái),也可以達(dá)到減輕車(chē)體負(fù)載的作用,使電動(dòng)車(chē)在同等的電能下,運(yùn)行更遠(yuǎn)。此外,模塊化的太陽(yáng)能電池可根據(jù)用戶(hù)的需求,來(lái)決定是否配備太陽(yáng)能充電系統(tǒng),整個(gè)車(chē)體造型設(shè)計(jì)在不配備太陽(yáng)能時(shí),應(yīng)是一輛造型完整的普通電動(dòng)車(chē)。對(duì)于太陽(yáng)能電池板模塊,增添模塊的獨(dú)立功能,開(kāi)發(fā)出電池板作為其他用途的電能儲(chǔ)備,如手機(jī)充電、電熱燒水等。其次,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到形式美與技術(shù)美的結(jié)合,輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)在設(shè)計(jì)是更加強(qiáng)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(mǎn)足支撐、傳動(dòng)以及車(chē)體的穩(wěn)定性的需求。在材質(zhì)選擇時(shí),以輕型、高強(qiáng)度的材料為主,既減少車(chē)體質(zhì)量、額定功率,又滿(mǎn)足車(chē)體本身的支撐、各種零部件的有效聯(lián)接支撐,尤其是太陽(yáng)能板的連接與支撐,對(duì)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(yáng)能電動(dòng)車(chē),由于車(chē)體負(fù)載大大減小,從而可以減小太陽(yáng)能電池板的面積,使太陽(yáng)能電池與車(chē)體的造型更加容易融合。在產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)時(shí),色彩的選擇應(yīng)該是在色彩的合理性的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上來(lái)突出色彩的藝術(shù)化處理———藝術(shù)性設(shè)計(jì),其中配色與產(chǎn)品色彩風(fēng)格的塑造是把握色彩藝術(shù)性設(shè)計(jì)的主要方面。太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)時(shí),使用合理的配色,既突出產(chǎn)品的高科技、綠色設(shè)計(jì)的風(fēng)格,又要突出色彩的功能性,實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品易于操作的功能特點(diǎn)。4太陽(yáng)能跨界應(yīng)用研究概念設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域里往往是一種預(yù)示未來(lái)的超前設(shè)計(jì),對(duì)于太陽(yáng)能汽車(chē)的研究與設(shè)計(jì)目前各國(guó)都處在一個(gè)不斷努力探索實(shí)現(xiàn)的階段。本課題根據(jù)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,針對(duì)不同的使用領(lǐng)域與消費(fèi)需求,設(shè)計(jì)了以下2款輕便型概念車(chē)。其目的:為進(jìn)一步的研究與設(shè)計(jì)工作提出導(dǎo)向;通過(guò)概念設(shè)計(jì)引起更多的人來(lái)關(guān)注綠色設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)對(duì)綠色能源———太陽(yáng)能利用的意識(shí)。圖3是一款“單人自駕”的輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē),用于老年人、殘疾人的短徒代步工具。單人自駕式電動(dòng)車(chē)或汽車(chē)是一種個(gè)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(chē),其中不乏有輕便型的電動(dòng)車(chē)。此款輕便型單人概念電動(dòng)車(chē),造型設(shè)計(jì)一改傳統(tǒng)老年人、殘疾人電動(dòng)車(chē)的專(zhuān)用設(shè)計(jì)為通用設(shè)計(jì),賦予其造型時(shí)尚的外觀及科技內(nèi)涵,使更多人接納該款車(chē)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(dòng)自由。圖4為以觀光為主的輕便型太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì),定位以中國(guó)家庭人數(shù)特征為主,承載人數(shù)3~4人。車(chē)體造型采用了古典車(chē)型,通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能