用学生设计的太阳能电动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来参加世界太阳能挑战赛。这项比赛每两年举行一次，旨在促进太阳能汽车的研究和激发人们对太阳能汽车的兴趣。在最近的比赛中，新南威尔士大学(UNSW)太阳能赛车队的40名研究生和本科生设计并制造了该队的第五代太阳能汽车eVe(图1)。在从达尔文到阿德莱德的3000公里比赛中，我们作为第一个冲过终点线的选手获得了Line荣誉。仅仅9个月后，eVe以107公里/小时(66.5英里/小时)的平均速度单次充电行驶500公里(311英里)，打破了保持了26年的纪录。

而MATLAB^®我们不可能如此积极地追求纪录。为了充分利用《星战前夜》锂离子电池中储存的能量(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应该以多快的速度来最大化电池使用。我们还使用MATLAB来监控eVe在赛道上的性能。

用MATLAB建模eVe电池组

我们需要一个模型来准确地捕捉电池的非线性行为。我们的MATLAB电池模型是基于一套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属性。我们通过运行大量实验确定了这些参数值，在这些实验中，我们在一系列负载下放电电池。在这些实验中，我们使用Data Acquisition Toolbox™和National Instruments DAQ来测量和记录电压和电流，然后使用MATLAB将方程拟合到测量结果中。

我们选择MATLAB来完成这个任务有几个原因。首先，由于MATLAB在新南威尔士大学的整个工程课程中都被使用，太阳雨燕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。新南威尔士大学拥有Total Academic Headcount许可证，这使得学生可以很容易地访问MATLAB用于我们的项目。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监控eVe在比赛中的表现，我们能够快速排除问题。例如，MATLAB对电池放电率的分析表明，在施加手刹后，制动器开始摩擦。我们让司机尽量减少手刹的使用，直到我们能解决这个问题。

我们使用了类似的技术来识别有问题的光伏电池。在比赛之前，我们测量并分析了不同太阳条件下的细胞输出，以在MATLAB中建立基线。通过将eVe的遥测数据与比赛期间的基线进行比较，我们能够在几秒钟内确定出故障细胞。

准备创造世界纪录

在世界太阳能挑战赛之后，Sunswift团队决定尝试打破一项世界纪录，我们心中有一个明确的纪录: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:实际使用太阳能技术。消费者往往不愿意购买电动汽车，因为他们已经拥有了电动汽车里程焦虑，或者担心车辆没有足够的动力到达目的地。我们认为，如果eVe充电一次就能以100公里/小时的典型高速公路速度完成500公里，就能缓解这种担忧。

我们的挑战是确定eVe在500公里后电池几乎没电的情况下可以行驶的最大速度。(《星战前夜》的太阳能电池板将在整个飞行过程中被覆盖。)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。在位于维多利亚州安格尔西的澳大利亚汽车研究中心，为了考虑赛道上的山丘和倾斜弯道，我们在几次测试中收集了GPS数据。我们在MATLAB中处理这些数据，以创建整个轨道的高度剖面，我们可以将其与电池模型一起包含在我们的模拟中(图5)。

我们惊喜地发现，最初的模拟显示eVe可以以超过100公里/小时的速度飞行，并且仍然有足够的能量完成飞行。

越过终点线

我们在大部分时间内以超过110公里/小时的速度巡航，加上进站，平均时速为106.966公里。然而，冲过终点线创造世界纪录被证明更像是一个起点，而不是终点。顶级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践。他们正在重新设计和重建eVe，使其成为澳大利亚第一辆合法上路的太阳能跑车。他们还在继续长期的社区外展项目，团队成员访问当地学校，使用eVe让学生对工程世界杯预选赛小组名单和可再生能源感到兴奋，并激励下一代Sunswift工程专业的学生。