英语原文共 4 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
商用太阳能汽车的可行性研究与设计
摘要—随着原油价格的波动（今年大幅下跌），全球温度上升到令人震惊的水平以及光伏行业的规模升级，决策者，研究人员和行业已开始将可再生能源整合到发电并寻找可再生能源运输系统，例如出租车，私家车和公共汽车。作为阿拉伯联合酋长国（UAE）领先的研究中心之一的RAK研究与创新中心（RAKRIC）创建了自己的网络系统，用于生产59kWp绿色能源[1]。为了应对绿色交通需求不断增长的趋势，作者试图探索开发太阳能汽车作为传统汽油动力汽车替代品的可行性。在本文中，作者探索了迄今为止开发的太阳能汽车的类型，并根据输入内容，尝试提出我们针对商业上可行的太阳能汽车的设计。本文还讨论了如何将太阳能用于运输目的。阿联酋是中东和北非地区阳光丰富的国家之一。
关键词-可再生能源；太阳能; 太阳能车 ；环境
1、绪论
多年以来，人类已经使用各种运输方式连通全球，工业化和自动化推动了快速可靠的运输技术的发展，使人类能够快速，可靠和舒适地到达众多目的地。如今，这些快速运输系统已成为我们日常工作中的必需品。内燃机是这些机器中大多数的动力。尽管这些引擎经过多年发展已经变得非常高效，但我们在道路上看到的车辆数量大幅度增加，并且在工厂中使用此类机器极大地增加了二氧化碳排放量，这使我们走向了全球变暖。我们需要考虑一个交通完全独立于石油的未来，考虑更好的清洁替代品，以及提高对太阳能作为可再生能源一部分的重要性的认识。2050年迪拜清洁能源战略旨在使迪拜的能源结构多样化，并在2030年前提供迪拜清洁能源总发电量的25%。这一战略以创新为基础，以研发为基础，为能源的未来发展，制定科技发展的计划和举措。[2]
2、目前市场上的汽车类型
燃油汽车是市场上最主要的汽车类型，也是全球购买量最大的汽车类型。然而，近年来，混合动力和电动汽车的发展可以与传统的燃料动力汽车竞争。如下图所示，电动汽车和混合动力汽车的需求都有所增加。然而，燃料汽车继续主导市场。[3]
2.1燃油（ICE）汽车
作为蒸汽机和传统交通工具（如马）的替代品，燃油汽车是交通工具领域最大的成就之一。燃油汽车是迄今为止使用汽油、柴油或其他生物燃料份额最多的产品。这些燃料燃烧以产生汽车快速运动所需的必要功率。多年来，燃油汽车的发展为交通运输提供了卓越的效率，但要消除它留下的碳足迹是完全不可能的。随着燃料价格的上涨和对世界范围内日益减少的化石能源储量的担忧，传统的燃油汽车正在进行一些升级。电动汽车和混合动力汽车等新技术已经被引入，作为传统燃油汽车的替代品。[4]
2.2电动车
电动汽车是新出现的市场，仅由一个或多个电动机驱动，该电动机使用可充电电池提供的电能。与传统的内燃机不同，特斯拉（Tesla）等电动汽车具有瞬时扭矩，可实现非常快速和平稳的加速。这些电动汽车比传统汽车效率更高，但是由于传统燃油汽车的批量生产，电动汽车往往更昂贵。[5]
2.3混合动力汽车
混合动力汽车也是近几十年来投放市场的新型汽车。混合动力电动汽车将常规的内燃机（ICE）推进系统与电动推进系统结合在一起。电动传动系的存在旨在实现比传统车辆更好的燃油经济性或更好的性能。由于混合动力电动汽车的汽油发动机通常比同等大小的纯汽油燃烧汽车小，因此其排放量较少。迈凯轮P1是由迈凯轮限量生产的插电式混合动力跑车。该超级跑车是最快的混合动力汽车，时速可达219英里每小时（352 km / h）。它具有3.8升双涡轮增压V8汽油发机，可提供727马力以及内部开发的177马力电动机，总功率为903马力。常规混合动力汽车通常比汽油动力汽车贵。[6]
2.4太阳能车
这一类汽车还没有充分发挥其潜力，成为普通消费者可以购买的汽车产品。太阳能汽车完全依赖于太阳提供的能量，取决于地理位置和驾驶地点。太阳能汽车仅由大学和少数公司生产，以测试其作为汽油汽车替代品的潜力。它们完全环保，没有碳足迹。这类汽车在交通工具上有很大的发展潜力。
3、太阳能汽车领域的一些工作
3.1密歇根大学太阳能汽车“ Aurum”
该车具有时尚的车身，并配有碳纤维硬壳式底盘，可将重量降低至600磅。它由一个1.8千瓦（2.4马力）的电动机提供动力，并在车身上装有一个充电座，可以对其进行调节以找到最佳的充电角度，Aurum可以达到65至70 mph的速度，并且在没有阳光的情况下可以行驶约300英里。汽车的车顶装有6平方米的太阳能电池板，可提供1.5千瓦的太阳能电池阵列，可为5千瓦时的锂离子电池组充电[7]。
3.2 Sunswift eVe，新南威尔士大学，澳大利亚
这是第一个合法的道路用太阳能电池汽车。长4.5米，宽1.8米，高1.1米。重430Kg。所使用的太阳能电池是单晶硅（效率gt; 23％）。所使用的座椅由碳纤维制成，底盘由碳纤维硬质泡沫塑料制成。所使用的电动机为双后轮轮毂同步直流电动机，两者均无刷且具有永磁体。计算出的理论速度为140km / h，最大速度为132km / h，电池电量为16kwh [8]。
4、太阳能汽车的主要组成部分
4.1光伏面板/电池阵列：
光伏电池板提供汽车所需的太阳能。电池必须串联，并分成若干区域。如果一个区域失效，其余的区域继续产生能量。如果使用功率跟踪器，阵列电压将不需要匹配电机的电压。为了获得最佳效率，建议使用space-grade太阳能电池
4.2电池：
由于面板的发电率小于电动机的功率消耗率，因此需要电池来存储面板的能量，并在需要时将其提供给电动机。建议使用锂离子电池，因为与其他相同尺寸/容量的可充电电池相比，它们要轻得多。锂离子电池每月仅损失约5％的电量。[10]
4.3电动机：
电动机将面板/电池提供的电能转换为使汽车行驶的机械能。对于电动汽车（如特斯拉），三相交流电动机用于最大功率和起动转矩[11]。但是在太阳能汽车中，最好使用无刷直流轮毂电动机，因为它们更轻，尺寸更小，并且由于它们直接固定在车轮上，因此无需使用齿轮和皮带，因此简化了系统并减少了使用汽车的整体重量。
4.4功率跟踪器：
功率跟踪器将太阳能电池阵列的电压转换为系统电压。它们在太阳能汽车中必不可少。如果汽车在阴影下行驶，功率跟踪器会自动调整功率以匹配系统电压，从而使系统尽可能高效地运行。功率跟踪器对来自太阳能电池阵列的电力进行调节，以使电力最大化，然后将其输送至电池以进行存储或输送至电动机控制器进行推进。当太阳能电池阵列为电池充电时，功率跟踪器有助于防止电池因过度充电而损坏。[12]
4.5充电状态表：
充电状态表可提供有关系统电压，电流消耗，电池剩余电量的信息，并估算出电池电量耗尽之前还有多少时间。[12]
4.6电机控制器：
每个电动机都需要一个控制器。电动机控制器控制电动机性能。它可以确定何时启动或停止电动机，调节产生的速度或转矩，保护电动机免受过载以及选择正向或反向旋转。[13]
4.7转向系统：
任何转向系统的主要目的都是允许驾驶员/使用者引导车辆。有许多类型的转向系统可用。在转向方面，设计主要取决于可靠性和效率。转向系统应准确，精确地对准并放置，因为即使最小的对准误差也可能造成重大损失[14]。齿条齿轮转向系统是最简单，最基础的转向系统。使用齿条齿轮转向系统的优点是重量轻，体积小，结构紧凑，并且具有简单的机构：齿条，管状外壳，小齿轮，小齿轮、横拉杆、球窝接头、调整螺钉。
4.8刹车：
传统的液压制动系统在任何汽车中都是必不可少的。液压制动器是一种制动机构布置，使用制动液（通常含有乙二醇）将压力从控制机构转移到制动机构[15]。
4.9底盘
任何汽车的主要部件。它是汽车的基础，所有东西都被连接和连接起来。理想情况下，碳纤维单体是必要的，因为它的轻，但强硬的性质。这款单体车，也被称为“碳桶”，最早由迈凯轮开发，并介绍了他们的一级方程式赛车，MP4/1。然而，对于更经济的选择，钢/铝空间框架就足够了。[16]
5、太阳能车的可行性
太阳能汽车是由美国拉斯哈伊马大学工程学院院长发起的一个项目，该项目致力于采用绿色高效的交通方式，消除对环境有害的碳足迹。以下是有关规范、约束和我们要实现的目标的详细信息。
5．1拟议模型
目标是设计一款吸引公众的太阳能汽车，这将有助于转向绿色交通。该车满足空气动力学、汽车的标称尺寸、太阳能电池板的位置和尺寸等约束条件。如图1所示，车辆设计为可安全乘坐两人。
该车具有可接受的宽度设计，底宽为2.1m，车顶宽度为1.7m。如图2所示，这种设计可以轻松安装太阳能电池板和乘客。
5.2可行性是可再生能源发展的制约因素
作为可再生能源发展的一个制约因素，太阳能汽车的重量、耐用性/强度、行驶时间和制动功率是其商业可行性的几个障碍。获奖的Sun swift eVe 是迄今唯一的道路合法太阳能汽车。不幸的是，它的造价高达50万美元，看起来既鼓舞人心又有吸引力。为了使太阳能汽车在商业上可行，就必须以最低的成本实现所需的性能。
5.3 AURAK太阳能汽车可行性的制约因素
制约太阳能汽车可行性的一个关键因素是它的重量。为了达到更高的性能和更高的要求，拥有一辆轻量化的太阳能汽车是很重要的。底盘类型和材料在决定重量和性能方面起着至关重要的作用。理想情况下，太阳能汽车是用碳纤维制造的，碳纤维的强度和重量都非常高，但对于公众来说，拥有碳纤维汽车在商业上是不可行的。因此，必须使用较重的金属，如钢或铝合金，因为其可行性，这反过来迫使制造商选择动力强劲的电机和较重的电池。因此，为太阳能汽车优化和找到合适尺寸的部件是非常关键的。
5.4延长驾驶时间和可行性的技术
在不影响重量的前提下，利用外部手段延长电池寿命，可以根据消费者的需求设计出更高的断开功率或更长的行驶时间的太阳能汽车。
用交流电流对电池充电：这将使太阳能汽车变成所谓的太阳能混合动力汽车。此功能允许消费者在夜间或阴天在家中、工作场所或电动汽车充电站直接使用任何交流电源插座为其太阳能汽车充电。这项功能将使汽车更加可行和用户友好。
建设太阳能汽车充电站：这一功能支持在整个地区建立更多太阳能电站的政策。这项功能围绕着现有的想法，即在公共汽车站、房屋或用太阳能电池板建造汽车遮阳棚等地方安装太阳能电池板，太阳能电池板起到发电站的作用。其想法是安装具有外部充电能力的汽车，从而增加驾驶时间，使太阳能汽车更可行和更有吸引力。
再生制动：制动意味着浪费我们已经用来加速的能量。由于太阳能汽车的能源供应非常有限，因此尽可能减少这些损失至关重要。因此，再生制动必须纳入制动机制。制动时，电机反转方向，充当发电机。这有助于减缓汽车的速度，并将制动所需的部分能量反馈到电池中，延长其使用寿命。
6、计算：
6.1所选太阳能电池板产生的功率
光伏面板产生的总功率可以通过以下公式计算。
T （功率）= Np * P （最大）（1）
其中，T （power）是理论功率；Np是面板数；P （max ）是单个面板的最大功率。计划使用三个300W的太阳能面板，总计T （功率）为900W。
光伏面板在25摄氏度时具有最高效率，并且，随着温度的升高，效率会降低。
A （power）= E * T （power）（2）
其中，A （功率）是实际功率；E是效率。制造商提供的信息是，每升高1摄氏度，光伏板的效率就会降低-0.39％。在Ras al Khaimah 的平均工作温度为45摄氏度。在20摄氏度的温度梯度下，光伏面板的效率将达到92.2％。因此，实际产生的功率为830W。
Ras al Khaimah一年中每天有大约11个小时的日照，但是由于种种原因，不幸的是，太阳能光伏板在一天中仅能短暂工作。RAK研究与创新中心已经进行了许多测试和实验，以确定Ras al Khaimah 的平均日照时间，在此期间，光伏面板转换的能量大约为5个太阳时。为了选择合适的电池每天可以充满电，重要的是要知道光伏面板收集的总能量。可以通过以下公式找到它。
每天产生的总能量= 功率*平均太阳时
= 830 * 5 = 4.15千瓦时
6.2直流轮毂电机的驱动时间
任何电动机的驱动时间取决于电池容量。因此，必须选择最佳尺寸的电池以使电动机运行所需的时间。对于所选的消耗10 KW的48 V DC集线器电机，电机额定电流为208.3A。以下等式。
电机额定电流=功率/电压
选择至少1小时的时间段，以提供舒适的驾驶时间。因此，电池容量200Ah由下式得出。
电池容量（Ah）=电机额定电流*运行时间
电池充电时间
建议的电池规格为48V和200Ah，可提供总计9.6 KWh的能量。通过使用以下方程式可发现需要2.3小时的充电时间。
充电时间=电池总电量/每日总PV电量[10]
7、结论：
通过采用先进的计算机模拟支持的计算，我们的团队相信我们可以创造出一款商业上可行的汽车。一旦设计的全部分析完成，并且所有的商用部件都被识别出来，汽车的原型设计就将被建立起来。在我们完成设计方法时，下一篇文章将介绍更详细的分析和设计方法。
8、致谢
作者非常感谢工程学院院长Mousa Mohsen 教授为建造太阳能汽车提供的帮助和指导。作者还要感谢RAK研
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[239063]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
