中國儲能網(wǎng)訊：隨著城市的快速擴張發(fā)展，汽車早已走入了千家萬戶。北京的機動車保有量超過530萬輛，每年消耗燃油700多萬噸。汽車給人帶來生活便利的同時，排放的尾氣也造成了大氣污染。來自環(huán)保部門的數(shù)據(jù)顯示，北京的大氣污染物PM2.5，有22%就來源于機動車。
于是各種電動汽車出現(xiàn)了，但它們也存在充電時間長、續(xù)航里程短等問題。有沒有一種汽車，既能夠滿足人們的出行需要，又能夠最大限度降低能耗呢?北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院汽車工程系的研究生占子奇和同學們一起，研發(fā)出了一輛綜合利用風能、光能、電能的汽車，通過制動能量回收等技術，可以節(jié)省近三成能耗。這輛“風光電互補節(jié)能車”在該?？萍脊?jié)上獲得最佳人氣作品獎，并參加了去年“諾貝爾獎獲得者北京論壇”的展出，得到中外專家的一致好評。
創(chuàng)意展示：帶風扇的“小QQ” 時速超60公里
記者近日在北工大環(huán)境與能源工程學院樓內(nèi)見到了這輛“風光電互補節(jié)能車”。站在側后方看，這輛藍白色的車外觀、尺寸與小排量微型轎車無異，兩米多長，一米多高。標準輪胎，照明燈、轉向燈，反光鏡等一應俱全。
“亮點在這里。”占子奇邊說邊領著記者走到車前方。只見車頭中間位置上裝了一個直徑約80厘米的螺旋槳風扇，車頂部則覆蓋了一塊長1.2米，寬0.67米的太陽能面板，“除了蓄電池，這輛‘小QQ’的動力就靠這兩個家伙了?！闭甲悠嫘Φ?。
打開車門，記者嘗試著坐進車里。與普通轎車不同，這輛車的前排只有一個駕駛席座位，后排才是乘客區(qū)，因此方向盤就安裝在儀表臺的中間位置，兩側是空調(diào)的出風口。 三人乘坐，不顯擁擠。
整臺車的燃料系統(tǒng)就在座位底下，4組12伏的電池塊，總質(zhì)量達100公斤?！帮L能、太陽能產(chǎn)生的電都匯聚到這四塊電池里，它們能驅(qū)動這臺“小QQ”跑到時速60公里以上?！闭甲悠嬲f，去年諾貝爾獎獲得者北京論壇在首都圖書館舉行“新材料與新能源”展，他直接駕駛這輛車從學校駛到首圖參加展出。
創(chuàng)意緣起：風光電齊利用 既方便又互補
2011年，21歲的占子奇進入北工大汽車工程系攻讀碩士研究生，師從馮能蓮教授。在學習中，他了解到，目前太陽能、風能等新能源已經(jīng)開始得到應用，但每一種新能源都有時間或者地域上的限制，“我一直在想，能不能將多種不同的新型能源綜合利用，設計出一臺車，最大程度實現(xiàn)能源的高效利用?”
2012年，馮教授獲得了一個國家自然科學基金的項目課題，正好可以開展這方面的研究。在導師的支持下，占子奇和同學們開始調(diào)研新能源車的研究現(xiàn)狀。結果發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外純電動車已經(jīng)開始推廣，少部分利用風能、太陽能的概念車處于研發(fā)狀態(tài)，而綜合利用風能、太陽能以及蓄電能的車幾乎沒有發(fā)現(xiàn)。
“風能、太陽能都是廣泛存在于自然界的能源，易于采集。更重要的是，這兩種能源有互補性，晚上沒有太陽，卻依舊有風，完全可以整合應用，不能讓大自然的饋贈白白浪費?！闭甲悠嬲f，他們于是決定設計一臺整合利用風、光、電三種能源的車。
攻堅克難：輪轂上裝電機 巧用剎車能量
2012年4月，占子奇和同學花數(shù)萬元在車廠訂了一臺小型電動汽車。到貨后，研發(fā)正式開始?！安蛔霾恢溃隽藝樢惶?，真的是困難重重?！闭甲悠婊貞浾f，“把過去所有學過的知識用上都不夠!”于是大家一邊做研究，一邊瘋狂“補課”，請教老師，常常工作到半夜。
他們首先解決了太陽能和風能兩大發(fā)電系統(tǒng)的選材問題：使用一塊覆蓋整個車頂?shù)膯尉Ч杼柲馨?，在冬季也只?個小時就能充滿一塊12伏特的電池，夏季因為光照強則時間更短;輕巧又結實的加固玻璃鋼是風電系統(tǒng)風葉的最好材料，6片風葉組成的風扇在風力驅(qū)動下轉動，產(chǎn)生電流，大約10小時充滿一塊12伏特的電池。
“很明顯，風能和太陽能的發(fā)電效率完全不一樣，這就帶來全車四組電池電量不均的問題，在行車中很容易出現(xiàn)有的電池過度放電，有的電池放電不足。這樣既影響動力輸出，也容易損壞電池。”占子奇說，他們通過研究攻關，設計出了一套電池均衡系統(tǒng)——通過一個超級電容平衡協(xié)調(diào)四塊電池的電量，“就像長江和鄱陽湖、洞庭湖互相調(diào)節(jié)水位?！?
占子奇查閱資料發(fā)現(xiàn)，一輛汽車在城市道路行駛時，能耗的一半用在了剎車制動過程中，“應該盡可能利用起這部分能耗。”占子奇說，普通燃油車使用的是機械制動，能耗只能白白流失，但電動車使用的是電機制動——電機向前轉推動車輛向前運行，電機反轉讓車輛制動，反轉的過程也可以產(chǎn)生電能，“我們于是設計加裝了一套能量回收系統(tǒng)。”經(jīng)過測試顯示，未安裝回收系統(tǒng)的車在標準路況行駛1400秒后電池電量下降了30%，而安裝了回收系統(tǒng)的車行駛同樣時間，電池電量只下降了15%，剎車產(chǎn)生的能量被很好利用起來了。
此外，同學們還將電機裝在了車輪的輪轂里面，大大減少了普通電動車電機傳導動力到輪軸這一過程帶來的能耗流失，也增加了車輛的行駛靈活性。
未來完善：提高風扇效率 期待全新材料
2013年4月，歷時一年研發(fā)的這臺“小QQ”終于完工。在綜合測試中，這臺“風光電互補節(jié)能車”交出了滿意的答卷：總用電量480安時，外接電源充電占73%，剩下的27%電量都是由太陽能、風能和車輛自身能量回收來實現(xiàn)。“這意味著使用這種車能省近三成電費?！闭甲悠嬲f。
占子奇也坦言，目前這臺節(jié)能車還存在一些有待改進的問題。比如風扇需要在風速3米/秒以上時才能開始發(fā)電，而在大城市由于受到高樓阻擋等因素的制約，風扇發(fā)電效率很低;此外風扇露天裝在車頭位置既影響了美觀，也影響了整車的空氣動力學結構?！拔覀儸F(xiàn)在想的是能不能把風扇裝進車的前格柵里面。未來我們希望能將這種風扇發(fā)電裝置安裝在渦輪增壓汽車的發(fā)動機后部，利用增壓后的渦流氣體來增加風扇的發(fā)電效率，這也是節(jié)能的有效手段?！?
今年占子奇就將碩士畢業(yè)，不過他說自己對新能源車的研究探索不會止步。電動車發(fā)展的最大瓶頸就是電池，無法承受長時間、高頻率的快速充放電，直接導致現(xiàn)在的電動車充電時間過長、行駛里程較短?！盎蛟S人類需要找到一種新材料電池去替代現(xiàn)有的鋰、鎳氫、鉛酸。真有一天找到這種材料的那個人，就是當之無愧的諾貝爾獎獲得者。”
