風(fēng)光景觀電動(dòng)車設(shè)計(jì)
——新能源創(chuàng)新應(yīng)用之五

廉雅靜，高吉安，王澳鵬，孫博軒，孫延慶，李曉明

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原030024；2.青島工學(xué)院，山東 青島266399；3.山西阜豐科技有限公司，山西 太原030032）

眾所周知，風(fēng)光能源是取之不盡的可再生能源，充分利用其互補(bǔ)作用為人類服務(wù)是比較理想化的應(yīng)用。合理布置光伏板、巧妙創(chuàng)造風(fēng)力利用條件是筆者們?cè)O(shè)計(jì)此款電動(dòng)車的初衷。

1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路

風(fēng)光景觀電動(dòng)車的核心結(jié)構(gòu)為：車頂與車頂四側(cè)上方布置不少于3 kW的柔性光伏板，底盤與車頂前方設(shè)置兩顆能實(shí)現(xiàn)逆向等速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電裝置，每顆風(fēng)力機(jī)的輸出功率不小于4 kW。既不會(huì)對(duì)行駛車輛產(chǎn)生較大的阻力，又可以巧妙利用車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向風(fēng)力資源。

1.1 風(fēng)力機(jī)裝置

兩個(gè)風(fēng)力機(jī)的基本構(gòu)型為：側(cè)向進(jìn)風(fēng)于兩個(gè)風(fēng)葉空間，而風(fēng)的出口位于尾部，防止風(fēng)能的損失。

車頂裝置位于前方光伏板下方，直徑150～160 cm；車底裝置位于底盤最后的位置，直徑200 cm，厚度不超過30 cm。車體為前窄后寬構(gòu)型。頂板與底盤風(fēng)力機(jī)布局如圖1所示。

圖1 頂板與底盤風(fēng)力機(jī)布局示意圖

風(fēng)力機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，上下兩葉片在不同的進(jìn)風(fēng)通道里實(shí)現(xiàn)雙向逆轉(zhuǎn)。

1.2 太陽能電池板

車頂光伏板截面與車頭風(fēng)力機(jī)端面如圖3所示。其中柔性板彎曲后不超過1.5 m，兩邊的剛性板每邊不超過0.8 m。

圖2 風(fēng)力機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 車頂光伏板截面與車頭風(fēng)力機(jī)端面示意圖

車頂6塊柔性板，兩邊各3塊剛性板。單塊電參數(shù)為：36 V、300 W，18 V、200 W。

1.3 車輛配電與蓄電池

車尾底盤風(fēng)力機(jī)和太陽能發(fā)出的電量?jī)?chǔ)存在車身自帶的蓄電池（72 V三元鋰電池）內(nèi)，車身蓄電池建議安裝在尾部風(fēng)力機(jī)上方、乘客座位下方，既便于與較大功率風(fēng)力機(jī)連接，又節(jié)省外部空間，還是車輛的主要?jiǎng)恿碓础?/p>

車頂風(fēng)力機(jī)單獨(dú)儲(chǔ)存電能，電瓶置于駕駛臺(tái)位置。除了為輔助電器供電外，也為未來的智能化控制系統(tǒng)提供電源。為防止連續(xù)陰雨無風(fēng)天氣影響運(yùn)營(yíng)，建議在景區(qū)設(shè)立2019859——電動(dòng)車風(fēng)光互補(bǔ)續(xù)電裝置并并入電網(wǎng)的充電棚。功率規(guī)模根據(jù)車輛數(shù)量設(shè)置。

2 輸出電能估算

2.1 光伏能量

冬天為6 h有效照射時(shí)間，夏天為8 h有效照射時(shí)間。

輸出為：72 V，3.6 kW。

冬天光伏能量為3.6 kW×6 h=21.6 kW·h，夏天光伏能量為3.6 kW×8 h=28.8 kW·h。

電池容量：28 800/72=400 AH（400 AH的動(dòng)力電池，足以保證景觀車連續(xù)運(yùn)營(yíng)4 h）。

2.2 風(fēng)機(jī)能量

發(fā)電機(jī)材料與內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍沿用王鵬興“2019864——逆向雙轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)”。即永磁凸極內(nèi)轉(zhuǎn)子，釹鐵硼凸極外轉(zhuǎn)子（極柱上繞線圈）。按照景區(qū)限定車速50～60 km/h設(shè)計(jì)，V為13.89～16.66 m/s，按V=14 m/s，等速雙轉(zhuǎn)取V=28 m/s計(jì)算。

車頂直徑1.5 m，即d=1.5 m的風(fēng)機(jī)。

式（1）中：取N=250，則ε≈3 V 7 。

底盤部位厚2 m，即d=2 m的風(fēng)力機(jī)。

磁極面積ΔS=LH=6 cm×10 cm=0.006 m2，即電機(jī)高度變?yōu)?0 cm。

式（2）中：取N=265，輸出電壓就也可達(dá)37 V。

控制器都按照36 V考慮，便可以輸出：

式（3）中：發(fā)電機(jī)η效率取0.5；空氣密度ρ取1.29 kg/m3。

雙轉(zhuǎn)，至少翻倍。即車頂輸出3.12 kW，底盤輸出5.56 kW。

3 車身要求與項(xiàng)目前景

車身自重不超過500 kg，同時(shí)既要實(shí)用，又要美觀，車身材料選擇輕型剛質(zhì)材料，承運(yùn)量9～12人。車頂光伏板上有仿古LED燈光造型，夜晚時(shí)車身通體發(fā)亮，造型如圖4所示。

圖4 車身造型圖

該車還可應(yīng)用在大型機(jī)關(guān)、企業(yè)、學(xué)校，也可以是高檔住宅小區(qū)的載人用車。若能實(shí)現(xiàn)智能化，包括光伏板采光的朝陽化控制、風(fēng)力機(jī)風(fēng)口的大小控制、車輛駕駛與服務(wù)的智能化控制，甚至可以改進(jìn)為工程運(yùn)載的自動(dòng)化車輛，它的用途將更加廣泛，效益將更加可觀。