太陽能電動車關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,全世界汽車保有量迅速增加,這在對環(huán)境造成巨大破壞的同時(shí)也使石油資源面臨枯竭。世界各國為了解決日趨嚴(yán)重的環(huán)境和能源問題,爭先恐后的開發(fā)清潔能源,以期實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。 太陽能是一種巨大能源,每秒的輻射量相當(dāng)于500萬噸煤。我國地處北半球歐亞大陸東部,幅員遼闊,太陽能資源十分豐富,隨著太陽能光電技術(shù)的日趨成熟和推廣應(yīng)用,太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率大幅提高的同時(shí)價(jià)格日趨下降,使得太陽能電動車的研究取得了飛速發(fā)展。電動車具有高效、節(jié)能、噪音低、零排放等顯著優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢。太陽能電動車把太陽能技術(shù)、電動車技術(shù)和其他高科技結(jié)合在一起,解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的能源短缺和環(huán)境污染之間的矛盾,將為人類發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。 本文的主要工作是在小型化、輕量化的指導(dǎo)思想下完成了太陽能電動車整車設(shè)計(jì),詳細(xì)論述了太陽能電動車車身和車架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)；對車身進(jìn)行了外圍流場的數(shù)值模擬；提出了一種高效廉價(jià)的提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的新方法；建立了太陽能陣列光伏充電的Simulink數(shù)字仿真模型,驗(yàn)證了此方法的有效性。 論文主要研究內(nèi)容如下： 1、研究了太陽能電動車的關(guān)鍵技術(shù),論證了發(fā)展太陽能電動車的可行性 本文首先研究太陽能在我國的分布及可利用情況,從光伏系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和車身-底盤系統(tǒng)五個(gè)方面綜述了國內(nèi)外太陽能電動車的研究現(xiàn)狀,分析了太陽能電動車的關(guān)鍵技術(shù)并對開發(fā)太陽能電動車的可行性進(jìn)行了分析。 2、構(gòu)建了太陽能電動車實(shí)驗(yàn)和測試平臺 本文完成的電動車設(shè)計(jì)是為將來進(jìn)行太陽能充電實(shí)驗(yàn)提供測試平臺,設(shè)計(jì)的總體原則是小型化,輕量化。根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù),確定了太陽能電動車的整體方案,并詳細(xì)論述了車身輕量化重點(diǎn)部位車身和底盤的設(shè)計(jì)方案。 車身外殼由玻璃鋼制成,輕便且堅(jiān)固。頂部具有一較大的平面,用于安裝太陽能電池板組件。具有流線外形,降低風(fēng)阻系數(shù)。滿足以上條件的前提下,兼顧美觀；車架由高強(qiáng)度鋼管焊接形成,采用邊框式結(jié)構(gòu)。局部具體形狀在前后橋設(shè)計(jì)完成后確定,便于各部件安裝及固定；整車的速度采用電控方式,通過輸入電動機(jī)的電壓和功率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩,省略了傳統(tǒng)的機(jī)械式變速箱和離合器等裝置,進(jìn)一步簡化了機(jī)構(gòu)。 3、對車身進(jìn)行數(shù)值模擬,根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)車身造型 車輛的空氣動力學(xué)已逐步發(fā)展成為空氣動力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支。設(shè)計(jì)空氣動力性能良好的車輛,是提高其動力性和經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。由于目前太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率較低,太陽能電動車設(shè)計(jì)定位主要針對短途、車速低、單人使用的電動車。 本文根據(jù)電動車實(shí)際行駛環(huán)境,進(jìn)行了基于空氣動力學(xué)的車身設(shè)計(jì)。應(yīng)用ANSYS ICEM-CFD軟件劃分網(wǎng)格,選用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε高雷諾數(shù)模型作為湍流模型,在N-S方程的基礎(chǔ)上采用fluent軟件進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化車身造型。從阻力和升力系數(shù)的對比可以看出優(yōu)化后模型分析結(jié)果好于原始模型,行駛起來風(fēng)阻小,動力性、經(jīng)濟(jì)性都有很大改善。 4、研究了太陽能電池的工作原理和提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的幾種方法 本文從太陽能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā),研究了外界條件對電池的主要性能參數(shù)(短路電流、開路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率等)的影響,對現(xiàn)有的幾種提高太陽能電池輸出效率的方法進(jìn)行了比較分析,指出了各方法的優(yōu)缺點(diǎn) 5、提出了提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的新方法 目前,太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低和生產(chǎn)成本高是制約其實(shí)用化的關(guān)鍵因素。研究顯示太陽能電池板的光伏轉(zhuǎn)換效率隨太陽光入射角度增大及工作溫度升高而下降。因此減小太陽光入射角度,保證太陽能電池板在最佳的工作溫度范圍,是提高其轉(zhuǎn)換效率的有效方法。 現(xiàn)有太陽能電池系統(tǒng)普遍采用與空氣接觸,直接散熱的方式,優(yōu)點(diǎn)在于無附加結(jié)構(gòu),成本低。但散熱效果差,電池板溫度高,光伏轉(zhuǎn)換效率低。 本文提出了一種利用水冷系統(tǒng)提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的新方法,通過在電池板表面增加滴流裝置降低電池的運(yùn)行溫度。用水流進(jìn)行表面冷卻的一個(gè)好處是通過熱交換帶走熱量,另一方面由于水的折射使入射角減小,從而增加了輻射的吸收。實(shí)驗(yàn)證明,此方法能以較低的成本有效的提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 研究表明表面水冷方式只適用于電池的靜態(tài)發(fā)電,不能滿足太陽能電動車在行駛中使用。由此進(jìn)一步研究了一種具有微流控散熱結(jié)構(gòu)的車載太陽能電池系統(tǒng)。此系統(tǒng)由水泵帶動水在迷宮流道中循環(huán)流動,使太陽能電池板散熱迅速且均勻,不僅提高了轉(zhuǎn)換效率而且能滿足車輛行駛要求。 以上研究結(jié)果表明,論文設(shè)計(jì)的太陽能電動車滿足小型化、輕量化要求,車身外圍流場的數(shù)值模擬結(jié)果顯示空氣阻力滿足要求,得到了較為理想的車身設(shè)計(jì)方案。本文研究的通過水冷提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的方法成本低、效果明顯,具有普遍推廣應(yīng)用的價(jià)值,推動了太陽能電動車的實(shí)用化進(jìn)程。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電動車 轉(zhuǎn)換效率 車身設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 研究背景及意義13-16
• 1.1.1 研究背景13-15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外太陽能電動車研究現(xiàn)狀16-27
• 1.2.1 太陽能電動車發(fā)展?fàn)顩r22-25
• 1.2.2 太陽能電動車的關(guān)鍵技術(shù)25-27
• 1.3 本文主要內(nèi)容27-29
• 第2章 太陽能電動車輕量化設(shè)計(jì)研究29-43
• 2.1 車身輕量化研究現(xiàn)狀與發(fā)展30-35
• 2.1.1 輕量化車身結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化技術(shù)30-31
• 2.1.2 基于多材料的輕量化車身設(shè)計(jì)研究31-32
• 2.1.3 輕量化車身的制造技術(shù)32-35
• 2.2 太陽能電動車重要部位設(shè)計(jì)35-42
• 2.2.1 底盤設(shè)計(jì)35-37
• 2.2.2 車身設(shè)計(jì)37-41
• 2.2.3 電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-42
• 2.3 本章小結(jié)42-43
• 第3章 車身外圍流場數(shù)值模擬分析43-67
• 3.1 電動車空氣動力學(xué)特性43-49
• 3.1.1 氣動阻力對車輛性能影響研究44-46
• 3.1.2 電動車行駛過程中的氣動力研究46-49
• 3.2 電動車數(shù)值模擬理論研究49-54
• 3.2.1 流體運(yùn)動的基本方程51-52
• 3.2.2 湍流平均運(yùn)動的基礎(chǔ)方程52-54
• 3.3 數(shù)值模擬方案及結(jié)果分析54-65
• 3.3.1 幾何模型的建立54-55
• 3.3.2 數(shù)值模擬方法的確定55-58
• 3.3.3 計(jì)算網(wǎng)格的生成58-61
• 3.3.4 車身數(shù)值模擬結(jié)果及分析61-65
• 3.4 本章小結(jié)65-67
• 第4章 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率研究67-81
• 4.1 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理67-68
• 4.2 太陽能電池的主要性能指標(biāo)68-69
• 4.3 充分利用太陽能電池輸出效率的研究69-79
• 4.3.1 混合型太陽能電池應(yīng)用系統(tǒng)70-72
• 4.3.2 太陽能電池最大功率跟蹤技術(shù)72-75
• 4.3.3 優(yōu)化電池表面結(jié)構(gòu)75-76
• 4.3.4 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)76-79
• 4.4 本章小結(jié)79-81
• 第5章 提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)仿真81-101
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>81
• 5.2 實(shí)驗(yàn)原理81-83
• 5.3 實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建83-88
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置85-86
• 5.3.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)86-87
• 5.3.3 冷卻系統(tǒng)的制作87-88
• 5.4 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析88-94
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)過程88-90
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析90-94
• 5.5 太陽能電池充電系統(tǒng)仿真94-98
• 5.5.1 光伏陣列I-V特性94-96
• 5.5.2 光伏系統(tǒng)仿真模型的建立96-97
• 5.5.3 充電系統(tǒng)仿真97-98
• 5.6 本章小結(jié)98-101
• 第6章 全文總結(jié)101-105
• 6.1 研究工作總結(jié)101-102
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)102
• 6.3 今后工作展望102-105
• 參考文獻(xiàn)105-113
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果113-115
• 后記和致謝115

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再談膠體蓄電池適用于電動車輛    錢學(xué)樓;錢學(xué)海;

工況分析法在電動車輛設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    孫立清;白文杰;王仁貞;王震坡;孫逢春;

電動車輛用電機(jī)及其控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用    貢俊;楊錕;唐名鐘;

電動車與可持續(xù)發(fā)展的交通環(huán)境    馮輝榮;丁藝;

用于電動車輛的開關(guān)磁阻電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)—PI控制    楊岳峰;張奕黃;

前言    孫力;

主題二 城市交通與車輛設(shè)計(jì)創(chuàng)新    劉志國;

輪轂電機(jī)驅(qū)動電動車的測試環(huán)境開發(fā)研究    陳慧;卓桂榮;艾婷婷;

我國電動自行車用鉛蓄電池的發(fā)展    閆智剛;

鋰離子電池高溫反應(yīng)及其影響因素    龐靜;盧世剛;

石獅企業(yè)有望搭上低速電動車“早班車”    記者 劉永紅

城市電動車充換電管理進(jìn)入智能時(shí)代    記者 劉曉峰

電動車突圍新能源    本報(bào)記者 寇建東

北理工電動車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室揭牌    記者 李玉蘭　朱振國

發(fā)展鋰電新能源刻不容緩    本報(bào)記者 李代廣

2005年度電動車輛學(xué)術(shù)會議在武漢召開    見習(xí)記者 呂彩霞

杜炬：搶占世界電動車專利技術(shù)制高點(diǎn)    本報(bào)記者 李啟章 張海志

匯達(dá)電動車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化    黃克兵 過國忠

電動車上路“一慢二看三通過”    本報(bào)記者 張曉鳴

東風(fēng)兩款電動車服務(wù)北京奧運(yùn)    記者 黃磊通訊員 戴菁

應(yīng)用于兩輪電動車輛的永磁無刷直流電機(jī)的研究    譚徽

4WID/4WIS電動車輛防滑與橫擺穩(wěn)定性控制研究    楊福廣

純電動試驗(yàn)車及其相關(guān)技術(shù)研究    張衛(wèi)鋼

電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)研究    高輝松

線控四輪獨(dú)立驅(qū)動輪轂電機(jī)電動汽車穩(wěn)定性與節(jié)能控制研究    李剛

我國新能源汽車的綠色知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略研究    李薇薇

基于電驅(qū)動自動變速器（EMT）的Plug_in并聯(lián)混合動力系統(tǒng)研究    曹正策

太陽能電動車關(guān)鍵技術(shù)研究    李春芳

永磁無刷直流電機(jī)弱磁技術(shù)研究    嚴(yán)嵐

我國電動車管理研究    羅培煜

電動車輛再生制動系統(tǒng)控制策略的研究    郭陳棟

賽豹電動車CAN總線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究    唐海濤

增程式電動車動力總成控制與測試研究    張華

基于STM32的二輪自平衡電動車系統(tǒng)研制    趙智

具有車載智能發(fā)電功能的電動車關(guān)鍵技術(shù)研究    邵成峰

全向驅(qū)動平臺模塊化設(shè)計(jì)及驅(qū)動轉(zhuǎn)向特性研究    王宏健

電動車輛新型能量回收電機(jī)的研制    阮越廣

電動車輛制動能量的再生回收利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)    郭梁

基于動態(tài)規(guī)劃的兩擋電動車速比優(yōu)化設(shè)計(jì)    向羽