2021 年,新能源汽车站在了风口上。华为、小米、大疆、滴滴,知名互联网公司纷纷涉足新能源汽车产业。
纯电动汽车、混合动力汽车、增程式电动汽车,各种新能源汽车解决方案层出不穷。不过,这些新能源汽车方案都不够新奇,普遍采用锂电池与汽油混动方式。
在汽车大厂之外,民间还有不少牛人,他们突破客观规律,脑子充满各种奇思妙想。比如不需要充电的自发电汽车,利用轮胎摩擦发电的汽车等等。千万不要以为只是不切实际的妄想,确实有人将这些设想做了出来,甚至申请了专利。
电动车能量“循环”利用
不依靠外部能源,电动车自行发电,听起来有些匪夷所思。然而小黑在某专利网站,确实看到有牛人申请了《新能源电动汽车自行发电方法》专利。其中涉及到电机、发电机、传动轴等部件。
专利摘要显示,该专利将电机传动轴与发电机传动轴由连接套连接,另一端直接伸入变速箱内,转动变速箱内的齿轮,发出的电储存在汽车电池上供汽车使用。
简单来说,这是一种能源重复利用方式,利用变速箱转动提供的动能发电,储存到汽车电池中重复利用。这种专利并非民间大神独创,丰田、特斯拉等厂商早就将这类技术用到汽车上了。
▲ 丰田制动能量回收装置
不少丰田老司机,都知道丰田有一种制动能量回收装置,其原理为利用汽车制动/刹车装置。汽车在行驶过程中,总会需要刹车场景,这时会暂停发动机动力输出,同时增加一个运行的阻力负荷消耗汽车前行的惯性,这种装置就是制动器。
制动过程中,汽车惯性对制动器做功,使其变成摩擦片的热能。丰田动能回收装置正是通过一定的技术手段将这些能量回收利用,储存到电池中,等需要的时候再利用。
与丰田类似,特斯拉也提供“动能回收”系统,具体表现为车主在使用单踏板模式驾驶时,用户松开油门踏板,“动能回收”系统开始工作。对比丰田,可以发现特斯拉甚至不用踩制动踏板就可以开启“动能回收”系统,使用起来更加简便。当然,单踏板也有缺点,近期特斯拉频频遭遇的“失控”事故,不少业内人士猜测可能就是这个功能所致。
摩擦生电:轮胎发电法
汽车在行驶过程中,有很多零部件都在产生能量。我们的邻国日本,就有一群工程师盯上了轮胎发电。住友橡胶工业株式会社与日本关西大学的团队,一起开发了一种能量收集器,可以在轮胎转动的时候发电,将轮胎静电转化为电能。
技术细节上,工程师们把电极安放在轮胎两层橡胶之间,每层橡胶都覆盖在一个电极上。当轮胎滚动时,两层橡胶之间产生的位移就会摩擦生电。
在国内,同样有一群科学家盯上了绿色发电轮胎。中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林教授团队与玲珑轮胎合作,基于摩擦纳米发电机,完成了发电轮胎研发。
与日本团队不同,中科院团队将导电层置于胎面层中间,使用轮胎胎面作为摩擦纳米发电机的摩擦层。导电层在轮胎滚动的过程中,由于和地面的距离不断地发生改变,进而发生电势的变化。
虽然具体实现形式不一样,但是中日两国研发团队都采用了摩擦生电这一基本原理。在技术上固然先进,但是缺点同样明显。在实验室中,9cm? 该种轮胎胎面材料在实验室就可以得到 21μA 的电流输出和 150V 的电压。由于发电量过低,因此科学家们目前只想到了胎压监测等用途。
脑洞大开:“永动汽车”
动能回收、轮胎摩擦生电,这些技术还处于正经科研范畴。在民间,自然还有一群人,持之以恒地进行着永动机研究。
某贴吧大神就利用电瓶与电机建立了一个独立的供、用电系统。据他所言:“随着电机转速的提高,发电机输出的电流增大,当发电机输出电流大于电机消耗的电流时,开始给电瓶充电或向外输出电功率。”
根据这套原理,他甚至组装了一套“自发电循环装置”,电瓶与电机建立了一个独立的供、用电系统,发电机与电瓶又建立一个发电、储存能量的系统,从而实现能量自循环利用。
永动机老哥的实验装置,在视频中实现了一分钟“自循环”。当然,这位“奇人”的实验并不能当真。从物理角度来讲,将一种能量形式转换成另一种能量同时,还会产生其他形式的能量,永动循环发电的技术永远不可能实现。
此外,能量传输过程中也会产生损耗,比如充电器工作时,控制器工作时,其本身也会消耗一部分电能。理论上,不依靠外部能量,自发电的电动汽车根本不可能实现。
风能、太阳能,自发电汽车新方向?
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律,永动机畅想都是不切实际的瞎想。在永动机之外,依然有新的自发电想法萌发。
小黑在网上看各种自驾游视频,发现不少驴友已经将风能、太阳能用到汽车上。有的驴友将小型风力发电机带在车上,驻车休息的时候就将其置于车顶,利用风力发电为汽车供能;有的驴友直接在房车顶上安放一大块太阳能电池板,利用太阳能发电。
风能与太阳能都属于清洁能源,属于真正意义上的环保汽车。若是风能汽车与太阳能汽车真的可以实现,那么锂电池汽车甚至有可能被取代。
当然,现实远比理想残酷。提供的风力超过小型风力发电需要克服风阻做功,风力发电机转换得到的能量,很大一部分就来自于汽车本身消耗的能量。此外,汽车在行驶过程中速度过快,车顶上的风力发电机并不符合安全驾驶规范。因此,风力发电机只能在驻车的时候使用,车辆行驶过程中并不允许安放风力发电机。
▲ 小型风力发电机参数
最后,风能的转化与汽车实际消耗的能量相差太大。根据驴友体验,一台 600W 功率小型风力发电机,在三级风条件下,可以得到四分之一额定输出电量。也就是说每小时发电 0．15 度电。驻车 12 小时也就能产生 1．8 度电。
纯电动汽车百公里消耗电量在 13 度到 18 度之间。经过简单换算,可以得出 1．8 度电可以让新能源汽车行驶 10 到 13 公里。由此可见,风力发电机根本不足以为新能源汽车供电。
太阳能发电的情况比风力发电稍好。德国公司 Dethleffs e．home 开发了一款太阳能房车,全车由 3000 个太阳能电池板堆砌而成,提供 3KW 电力。根据碳银光伏提供的数据,1KW 组件有效日照 6 小时,不考虑损耗 1 天可以发 6 度电。
由此推算,该房车太阳能电池板一天产生的电能,跑上一百多公里完全没问题。不过考虑到房车需要冰箱、微波炉等电器,日常使用起来还是有些难度。现阶段这款太阳能房车还在概念阶段,并没有正式发售。太阳能电池板有发热高、保养维修困难等难题,且全车包裹太阳能电池板也不符合房车设计,因此发电效率超高的房车基本不会实现。
不管是风能、太阳能、轮胎摩擦动能还是制动能量,都不足以为新能源汽车提供长久续航的能力。因此,主流新能源汽车厂商并没有一家采用这些技术作为主要动力。不过,这些清洁能源可以作为新能源汽车的补充,在动力电池之外,为汽车提供额外能量。在电动汽车一直为续航焦虑的时代,增加风能、太阳能发电组件,关键时刻或许可以有奇效!
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