风光景观电动车设计——新能源创新应用之五

廉雅静，高吉安，王澳鹏，孙博轩，孙延庆，李晓明

（1.太原理工大学，山西 太原030024；2.青岛工学院，山东 青岛266399；3.山西阜丰科技有限公司，山西 太原030032）

众所周知，风光能源是取之不尽的可再生能源，充分利用其互补作用为人类服务是比较理想化的应用。合理布置光伏板、巧妙创造风力利用条件是笔者们设计此款电动车的初衷。

1 结构及设计思路

风光景观电动车的核心结构为：车顶与车顶四侧上方布置不少于3 kW的柔性光伏板，底盘与车顶前方设置两颗能实现逆向等速旋转的风力发电装置，每颗风力机的输出功率不小于4 kW。既不会对行驶车辆产生较大的阻力，又可以巧妙利用车辆行驶时产生的侧向风力资源。

1.1 风力机装置

两个风力机的基本构型为：侧向进风于两个风叶空间，而风的出口位于尾部，防止风能的损失。

车顶装置位于前方光伏板下方，直径150～160 cm；车底装置位于底盘最后的位置，直径200 cm，厚度不超过30 cm。车体为前窄后宽构型。顶板与底盘风力机布局如图1所示。

图1 顶板与底盘风力机布局示意图

风力机内部结构如图2所示，上下两叶片在不同的进风通道里实现双向逆转。

1.2 太阳能电池板

车顶光伏板截面与车头风力机端面如图3所示。其中柔性板弯曲后不超过1.5 m，两边的刚性板每边不超过0.8 m。

图2 风力机内部结构图

图3 车顶光伏板截面与车头风力机端面示意图

车顶6块柔性板，两边各3块刚性板。单块电参数为：36 V、300 W，18 V、200 W。

1.3 车辆配电与蓄电池

车尾底盘风力机和太阳能发出的电量储存在车身自带的蓄电池（72 V三元锂电池）内，车身蓄电池建议安装在尾部风力机上方、乘客座位下方，既便于与较大功率风力机连接，又节省外部空间，还是车辆的主要动力来源。

车顶风力机单独储存电能，电瓶置于驾驶台位置。除了为辅助电器供电外，也为未来的智能化控制系统提供电源。为防止连续阴雨无风天气影响运营，建议在景区设立2019859——电动车风光互补续电装置并并入电网的充电棚。功率规模根据车辆数量设置。

2 输出电能估算

2.1 光伏能量

冬天为6 h有效照射时间，夏天为8 h有效照射时间。

输出为：72 V，3.6 kW。

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

电池容量：28 800/72=400 AH（400 AH的动力电池，足以保证景观车连续运营4 h）。

2.2 风机能量

发电机材料与内部结构仍沿用王鹏兴“2019864——逆向双转风力发电机”。即永磁凸极内转子，钕铁硼凸极外转子（极柱上绕线圈）。按照景区限定车速50～60 km/h设计，V为13.89～16.66 m/s，按V=14 m/s，等速双转取V=28 m/s计算。

车顶直径1.5 m，即d=1.5 m的风机。

式（1）中：取N=250，则ε≈3 V 7 。

底盘部位厚2 m，即d=2 m的风力机。

磁极面积ΔS=LH=6 cm×10 cm=0.006 m2，即电机高度变为10 cm。

式（2）中：取N=265，输出电压就也可达37 V。

控制器都按照36 V考虑，便可以输出：

式（3）中：发电机η效率取0.5；空气密度ρ取1.29 kg/m3。

双转，至少翻倍。即车顶输出3.12 kW，底盘输出5.56 kW。

3 车身要求与项目前景

车身自重不超过500 kg，同时既要实用，又要美观，车身材料选择轻型刚质材料，承运量9～12人。车顶光伏板上有仿古LED灯光造型，夜晚时车身通体发亮，造型如图4所示。

图4 车身造型图

该车还可应用在大型机关、企业、学校，也可以是高档住宅小区的载人用车。若能实现智能化，包括光伏板采光的朝阳化控制、风力机风口的大小控制、车辆驾驶与服务的智能化控制，甚至可以改进为工程运载的自动化车辆，它的用途将更加广泛，效益将更加可观。