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

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

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的，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造，如圖1所示。

圖1 上一代Prius的60W 太陽能車頂

而最近發布的Prius Prime（歐洲和日本版本）對太陽能電池板進行了革新，它的電池系統只有8.8Kwh（120kg，351.5V），這個太陽能板在整個系統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換

a.可以經由車載充電機到電池系統

b.也可以直接進入輸出總線，在車輛驅動的時候輸出部分能量

圖2 Prius Prime的系統（電氣化部分）

如下圖2所示，車頂模塊有兩片構成，根據文獻3里面每塊的輸出設計最大為94W。

圖3 太陽能三件套

在前期設計的考慮的時候，主要是根據選擇樣本點，選擇不同的時間上來監測實際的太陽能發電輸出效能；而實際車主是可以通過整個大屏后臺的顯示數據，來監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，到底發了多少電，相對應的是多少的續航里程。

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、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的供電是不同的，根據參考文獻1，可以根據文獻中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域會導致挺大的不同

·不同季節因素大約有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，可以和國內的一家做太陽能汽車的企業結合在一起。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疑和探討的角度。在這個實際改裝配置中，平均的發電的情況為2.09 kWh/天，相當于續航里程14.6 km；最大的發電量為4.23 kWh/天，對應的續航里程約為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果會有挺大的差異；而如圖6所示，不同的太陽能發電模組，需要通過線纜進行匯總和橋接之后匯集到DCDC變換器里面，里面需要通過半導體器件分離，就會存在導線阻抗壓降、半導體壓降和整個轉換器的轉換效率等影響整體發電效率的一些問題。

圖7 車頂、前后和兩側各個位置的差異

小結：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