用学生设计的太阳能电动汽车创造了世界速度纪录

来自世界各地的大学团队设计和制造太阳能汽车，参加世界太阳能挑战赛。这项比赛每两年举行一次，旨在促进研究和激发对太阳能汽车的兴趣。在最近的比赛中，新南威尔士大学(UNSW)太阳能赛车团队的40名研究生和本科生设计并制造了该团队的第五代太阳能汽车eVe(图1)。我们在从达尔文到阿德莱德3000公里的比赛中第一个冲过终点线，赢得了Line Honors。仅仅9个月后，eVe打破了保持了26年的纪录，单次充电行驶500公里(311英里)，平均速度107公里/小时(66.5英里/小时)。

而MATLAB^®我们不可能如此积极地追求纪录。为了充分利用储存在《星战前夜》锂离子电池中的能量(图2)，我们需要确切地知道电池在不同充电状态和不同负载下的表现。MATLAB模型使我们能够预测电池性能，并确定eVe应该以多快的速度运行，以最大化电池利用率。我们还使用MATLAB来监控eVe在赛道上的性能。

用MATLAB对eVe电池组进行建模

我们需要一个精确捕捉电池非线性行为的模型。我们的MATLAB电池模型是基于一组广泛使用的电池动力学方程。为了使模型准确，我们必须调整这些方程中使用的参数，以匹配我们所使用的电池的特定特性。我们通过进行大量的实验来确定这些参数值，在这些实验中，我们将电池在一定范围的负载下放电。我们使用Data Acquisition Toolbox™和National Instruments DAQ在这些实验中测量和记录电压和电流，然后使用MATLAB将方程与测量结果拟合。

我们选择MATLAB来完成这项任务有几个原因。首先，由于MATLAB在新南威尔士大学的工程课程中被广泛使用，Sunswift团队的大多数学生之前都使用过它来解决工程问题。其次，MATLAB是现成的。新南威尔士大学有一个Total Academic Headcount许可证，使学生很容易访问我们的项目的MATLAB。第三，MATLAB代码易于工程师理解，这意味着团队的新成员可以快速上手。

实时性能监控

通过使用MATLAB在比赛过程中监控eVe的性能，我们能够快速排除问题。例如，MATLAB对电池放电速率的分析表明，在使用手刹后，刹车开始摩擦。在我们解决问题之前，我们让司机尽量少用手刹。

我们使用了类似的技术来识别故障的光伏电池。在比赛开始前，我们测量并分析了不同太阳条件下的电池输出，在MATLAB中建立了基线。通过将赛程中eVe的遥测数据与这一基线进行比较，我们能够在几秒钟内确定出现故障的细胞。

准备创造世界纪录

在世界太阳能挑战赛之后，太阳雨燕团队决定尝试打破一项世界纪录，我们心中有一个具体的纪录:最快的电动汽车行驶500公里。我们选择这张唱片是因为它符合团队的首要目标之一:将太阳能技术实际应用。消费者通常不愿意购买电动汽车，因为他们有里程焦虑，或者担心车辆没有足够的动力到达目的地。我们相信，如果eVe能够以100公里/小时的典型高速公路速度单次充电跑完500公里，就可以缓解这种担忧。

我们的挑战是确定《星战前夜》在行驶500公里后电池几乎没有剩余电量时的最大速度。(《星战前夜》的太阳能电池板将在全程覆盖。)在出发之前，我们用MATLAB电池模型进行了模拟，看看eVe能跑多快。为了考虑赛道上的丘陵和倾斜的弯道，我们在维多利亚州安格利西亚的澳大利亚汽车研究中心收集了几次测试运行期间的GPS数据。我们在MATLAB中处理这些数据，为整个轨道创建一个高度剖面，我们可以将电池模型包括在我们的模拟中(图5)。

当最初的模拟显示eVe能够以超过100公里/小时的速度前进并且仍然有足够的动力去完成这段路程时，我们感到非常惊喜。

越过终点线

我们以110公里/小时的速度在大部分时间里行驶，平均每小时106.966公里/小时的进站速度创造了纪录。然而，事实证明，冲过终点线创造世界纪录更像是一个起点，而不是终点。顶尖工程公司的招聘人员对Sunswift团队的成就以及我们系统解决挑战性问题的能力印象深刻。我们中的许多人现在已经在这些公司开始了我们的工程生涯。

eVe将参加2015年世界太阳能挑战赛，该挑战赛于10月18日在达尔文开始，10月25日在阿德莱德结束。与此同时，目前的Sunswift团队已经开始了自己雄心勃勃的项目，将太阳能技术付诸实际应用。他们正在重新设计和重建eVe，使其成为澳大利亚第一辆道路上合法的太阳能跑车。他们还在继续长期以来的社区拓展项目，团队成员访问当地学校，利用eVe让学生对世界杯预选赛小组名单工程和可再生能源感到兴奋，并激励Sunswift工程专业的下一代学生。