朱玉龍：IND4汽車人資深注冊用戶。整車企業(yè)資深汽車電子工程師，從業(yè)近十年，涉及新能源汽車和智能汽車，著有《汽車電子硬件設(shè)計》等專著。

最近想把連載的目光拉回電氣化領(lǐng)域，選擇一些可以探討的話題進行。本文主要就太陽能發(fā)電單元，在插電式混合動力和純電動汽車上的應(yīng)用做一些探討。

1） Prius Prime的太陽能車頂

豐田在Prius上面是較早采用太陽能車頂?shù)�，在之前采用了半幅車頂，留出了天窗的空間；整個功率為60W。前后兩個類型的太陽能單體的實際構(gòu)造，如圖1所示。

圖1 上一代Prius的60W 太陽能車頂

而最近發(fā)布的Prius Prime（歐洲和日本版本）對太陽能電池板進行了革新，它的電池系統(tǒng)只有8.8Kwh（120kg，351.5V），這個太陽能板在整個系統(tǒng)里面主要包括三部分：

1） 太陽能車頂模塊：如圖所示，官方聲稱的最大輸出為180W

2） 12V鎳氫電池：作為容納太陽能發(fā)電的首要電源

3） DCDC變化器：如圖3所示，DCDC有高壓輸出，分兩個接頭在兩種模式下轉(zhuǎn)換

a.可以經(jīng)由車載充電機到電池系統(tǒng)

b.也可以直接進入輸出總線，在車輛驅(qū)動的時候輸出部分能量

圖2 Prius Prime的系統(tǒng)（電氣化部分）

如下圖2所示，車頂模塊有兩片構(gòu)成，根據(jù)文獻3里面每塊的輸出設(shè)計最大為94W。

圖3 太陽能三件套

在前期設(shè)計的考慮的時候，主要是根據(jù)選擇樣本點，選擇不同的時間上來監(jiān)測實際的太陽能發(fā)電輸出效能；而實際車主是可以通過整個大屏后臺的顯示數(shù)據(jù)，來監(jiān)控頭頂上的這個東西，在當前時刻的功率，以及在整個使用壽命過程中，到底發(fā)了多少電，相對應(yīng)的是多少的續(xù)航里程。

圖4 太陽能的實用效率和顯示界面

在目前的效能來看，不同季節(jié)、不同的工作日和不同的功率電池配比等因素下，太陽能板對整個系統(tǒng)的供電是不同的，根據(jù)參考文獻1，可以根據(jù)文獻中1kW的20%的折算，粗略的估計下的效能為10%左右，每天0.5Kwh。

·不同的時間段停放的區(qū)域會導(dǎo)致挺大的不同

·不同季節(jié)因素大約有5%的差異，可以參見參考文獻4

圖5 不同Solar Panel的影響因素

2） 太陽能汽車是否可行？

其實這個問題，可以和國內(nèi)的一家做太陽能汽車的企業(yè)結(jié)合在一起。同樣，我們可以看到工程師們，給某輛改裝車.通過這個案例的實際分析，我們可以對這個類型獲得更多的質(zhì)疑和探討的角度。在這個實際改裝配置中，平均的發(fā)電的情況為2.09 kWh/天，相當于續(xù)航里程14.6 km；最大的發(fā)電量為4.23 kWh/天，對應(yīng)的續(xù)航里程約為29.6 km。

圖6 把太陽能電池擴展到車身上

整車的電能效率問題：太陽能汽車布置在不同位置的發(fā)電效能是不同的，這個問題是客觀存在的，因此在不同的時段，按照理想估算和實際測試的結(jié)果會有挺大的差異；而如圖6所示，不同的太陽能發(fā)電模組，需要通過線纜進行匯總和橋接之后匯集到DCDC變換器里面，里面需要通過半導(dǎo)體器件分離，就會存在導(dǎo)線阻抗壓降、半導(dǎo)體壓降和整個轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率等影響整體發(fā)電效率的一些問題。

圖7 車頂、前后和兩側(cè)各個位置的差異

小結(jié)：總體來看，目前在車頂配太陽能電池板，在PHEV配合小電池組（5～10kWh）這個配置上，可以發(fā)揮一些作用。

參考文獻：

1) Techno-Economic Analysis of Solar Hybrid Vehicles Part 1: Analysis of Solar Hybrid Vehicle Potential Considering Wellto-Wheel GHG Emissions

2) Techno-Economic Analysis of Solar Hybrid Vehicles Part 2: Comparative Analysis of Economic, Environmental, and Usability Benefits

3) Solar Module Laminated Constitution for Automobiles

4) Effectiveness and Issues of Automotive Electric Power Generating System Using Solar Modules