【太阳能车】“揭秘”“天津号”“纯太阳列车”“黑科技”是什么？

4月11日，天津市科技奖励大会正式公布了“天津号”纯太阳列车。在野外晒一天太阳，“天津号”可以满足大部分城市上班族上下班通勤的需求。汽车从此可以告别加油站和充电桩，实现能源“自给自足”。

随着生态环境保护理念的普及和节能碳减排目标的确立，新能源汽车正在加速取代传统燃油车。

燃油汽车——混合动力汽车——充电车.汽车进化的下一站是什么？

以后汽车不需要加油也不需要充电，真的能实现“零使用成本”、“零碳排放”吗？

在4月11日举行的天津市科技奖励大会上，2021年天津市重大科技创新攻关成果正式公布了名为“天津号”的纯太阳能汽车。这是一款只要晒太阳就能开的高级智能车。共有42个部门参与联合攻关，攻克了太阳能能效转换、高密度储能、轻质材料等多个领域的先进技术，集成了镁合金、钙钛矿、碳纤维、高阻燃降噪材料等47项先进技术。

测试数据显示，在晴朗的天气下，“天津号”每天平均发电量达到7.6度，续航里程超过70公里，可以满足大部分城市上班族的上下班需求。即使在阴天，太阳能电池组件仍然可以发电。

所以“天津号”彻底告别了加油站和充电桩。

首先看一下参数。

“天津号”是天津市推进“双碳”目标、实施重大科技攻关“揭牌”的产物，由天津阿尔特汽车工程技术开发有限公司“揭牌”领导，中电科18家，力新基地、中汽中心、南开大学、天津工业大学核心零部件100家。

(“天津”车身及其内部)

“天津号”的车辆设计、制造及车辆综合调试由天津阿尔特承担。该公司多年来在汽车设计领域积累了丰富的经验，总经理王彦辉带领团队开发了威来汽车、一汽奔腾、高级定制卡尔曼汽车等数百种车型的设计。

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（“天津号”的“产床”——天津阿尔特公司总装四工位）

因为完全依赖太阳能行驶，“天津号”的研发首先要解决太阳能充电量和车身轻量化的课题。

研究人员创造性地采用可电动伸展折叠机构和高光电转化效率太阳能电池组件技术。为了减轻车体重量，使用了全铝车身骨架、碳纤维加铝合金的车门和车轮、RTM碳纤维复材、碳纤维覆盖件、PC玻璃等，使得整车重量降低到1020kg，相比同类研发车型减重50%以上。

接下来咱们一起看看，这辆“未来之车”究竟有哪些“黑科技”，让汽车彻底甩掉“能源尾巴”，“自给自足”跑起来。

01

飞马展翅

设计单位：天津阿尔特公司

“天津号”在行驶状态下，车顶双侧太阳能电池板处于收合状态。车辆停驶时，太阳能电池板展开，增大受光发电面积，把更多太阳光转化为电能。

能源带来动力。得到能源、把能源转化为行驶动力，是汽车的根本。

以现有的技术，造一辆太阳能汽车并不难，难的是这辆汽车要具有实用性，能够满足日常出行的电量需求。按照天津市“揭榜挂帅”榜单要求，“天津号”续航里程不能低于50公里，最高车速不低于每小时50公里，搭载人数不能少于3人。

50公里的续航里程，覆盖了我国大多数城市居民日常出行往返距离。《2021年度中国主要城市通勤监测报告》显示，中国主要城市单程平均通勤距离在14公里以内，北京单程平均通勤距离为11.1公里，天津的数字则为8.4。即便考虑到个体差异，50公里续航里程也可以满足多数人的代步需求，具备了实用性。

根据工作人员测算，满足每天50公里续航要求，车顶至少要铺装8平方米的太阳能电池板，普通汽车车顶面积根本达不到这一要求。阿尔特公司先后考虑了抽拉、翻转等多种方案，最后决定使用双侧电动鸥翼展开式太阳能电池板。

02

砷化镓太阳能发电系统

研发单位：中国电子科技集团公司第十八研究所

“大国重器”为“天津号”整车供电。这一系统光电转化效率达31%，远超一般光伏发电装置，还具有轻型超薄、使用寿命长等特点，广泛应用于我国神舟十二号飞船和“天河”空间站核心舱等航天器。

太阳能电池板面积达到要求后，接下来要解决的难题是太阳能电池板的光电转化效率，设计要求是达到31%。但目前市面上光电转化效率高的太阳能电池板，只能达到20%左右。

坐落在天津的中国电子科技集团公司第十八研究所，拿出了自己最先进的空间砷化镓薄膜太阳能电池组件技术。这一技术被用在了我国神舟十二号飞船和“天河”空间站核心舱的太阳翼上，是名副其实的“国之重器”。

（我国空间站“天河”号核心舱）

这是十八所的砷化镓太阳电池第一次从太空走向地面应用。当太阳光穿过大气层，光谱大幅衰减之后，光电转化率下降到了25%。研究人员经过反复优化，电脑模拟转化率终于可以达到31%。在地面试验中，尽管当天到了下午云层增厚，太阳时隐时现，全天充电量仍然达到6.6度，而“天津号”连续行驶50公里只需5度电，达到要求。

03

钙钛矿太阳能电池

研发单位：南开大学张晓丹团队、天津理工大学曹焕奇团队

钙钛矿太阳能电池负责为“天津号”LED内饰灯等部件供电。南开大学研发的钙钛矿晶硅叠层太阳电池成本低，光电转化效率达28.59%，处于国内外先进水平。天津理工大学研发的曲面钙钛矿太阳电池还可以铺设于复杂零件表面。

除了十八所提供的整车供电之外，阿尔特公司还决定尝试性加入另一种新型技术——钙钛矿太阳能电池，南开大学张晓丹和天津理工大学曹焕奇的团队，承担了这项任务。这种电池的一项用途是在前风挡内侧，为LED内饰灯供电；另一项是贴合在自动驾驶摄像头上，展示其柔性功能。“见缝插针”的铺设，使“天津号”车身的太阳能电池覆盖尽可能达到极致。

据了解，钙钛矿电池是公认的下一代太阳能电池技术，也被称作新概念太阳能电池。这种电池发电性能优异，而且原材料易获取、成本相对低廉。此次在“天津号”上应用，也是为今后的产业化探路。

04

力神高比能电池

研发单位：天津力神电池股份有限公司

重量仅为普通电池的一半，电芯能量密度高达330Wh/Kg，具有长循环、高功率、高低温性能优的特点，随时为“天津号”存储电量。

太阳光转化为电能后，必须储存在储能电池里。而衡量电池技术的重要参数是能量密度，它是指单位质量或体积内储存的能量。在国内电池行业领域，天津力神电池科研实力雄厚，此前成功把锂离子动力电池能量密度水平提升到了300 Wh/Kg。

根据“天津号”的轻量化要求，留给电池的重量仅65公斤，只有常规电池的一半，因此电池能量密度必须达到330Wh/Kg。力神电池项目组为此展开了科研攻关，通过对材料和配方重新优化，最终达到了要求。

除了“零碳”、“轻质”，“天津号”还立足于运用最前沿的汽车驾驶技术——智能驾驶。

坐落在天津的中国汽车技术研究中心，是中国汽车行业权威的技术研究机构。他们让“天津号”实现了国内领先的L4+级自动驾驶。

对于“天津号”而言，使用自动驾驶技术首先面临的难题是能量限制。在整车全天总用电量5度的设计指标下，留给自动驾驶“运算大脑”的电量不足1度电。

科研人员不断优化算法，采用最先进的融合感知定位技术，使得“天津号”不仅能识别各种类型的红绿灯、应对各种恶劣天气和复杂路况，甚至在丢失卫星导航信号的情况下还能自如驾驶。

一辆仅靠太阳能、不依赖其他任何外部能源驱动的零排放、高等级智能汽车，由此诞生。

据了解，“天津号”纯太阳能车从图纸设计，到去年10月29日在天津体育馆外的试跑场地试跑，仅仅用了5个多月。

“天津号”纯太阳能车的成功研制，是天津市研发制造实力的集中展现，彰显了天津门类齐全、根基深厚的制造业基础。“天津号”也是天津集成创新能力的实际检验，集成42家单位的47项先进技术，其中16项达到了国际或国内领先水平，促成了12项高校科研成果落地示范应用，实现了多学科、多领域和不同产业间的交叉融合。

（部分图片由天津阿尔特公司提供）

来源：津云·津报观察工作室