把電池放在車頂，行駛中無需停車即可更換電池，續(xù)航能力“一日千里”；利用太陽能制冷加熱，讓汽車告別酷暑寒冬……這些聽上去像科幻片里的場(chǎng)景，出自一群大學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)想。

近日舉行的東風(fēng)汽車杯第十一屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽決賽上，年輕創(chuàng)客們聚焦新能源汽車，為未來汽車設(shè)計(jì)創(chuàng)意出行方案。天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的“千里電車——應(yīng)用于車頂快換電池的電動(dòng)汽車高續(xù)航技術(shù)”獲得大賽特等獎(jiǎng)、“出行無憂——基于光伏發(fā)電與半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合的汽車車窗自動(dòng)恒溫系統(tǒng)”獲得一等獎(jiǎng)。

充電問題一直是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵性問題之一。目前電動(dòng)汽車難以取代傳統(tǒng)汽車，還是因?yàn)槔@不開充電的煩惱：充電時(shí)間長、續(xù)航里程不長、充電不便……

天津大學(xué)力學(xué)專業(yè)本科生苗軒博和同學(xué)們腦洞大開，把電動(dòng)汽車的電池移到車頂，經(jīng)過換電站的時(shí)候，通過可控鎖緊、軌道配合、云臺(tái)移動(dòng)等機(jī)械機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)行駛中快速且無感地完成電池安裝與拆卸。也就是說，“用戶不需要停車，在行駛中即可更換電池實(shí)現(xiàn)續(xù)航增程”。

他們的設(shè)想吸引了來自計(jì)算機(jī)、工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械等各個(gè)專業(yè)的同學(xué)一同參與，激起了許多創(chuàng)意火花。他們?cè)O(shè)想，可利用夜間時(shí)段等用電低谷時(shí)間為電池充電，錯(cuò)峰用電降低能耗；此外，他們還綜合考慮了光伏、風(fēng)電等可再生能源電力為電池充電的可能性。

“傳統(tǒng)電動(dòng)汽車未妥善回收的電池會(huì)造成二次環(huán)境污染，現(xiàn)在傳統(tǒng)的電樁充電方式對(duì)電網(wǎng)的硬要求也進(jìn)一步限制了電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用。”團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師之一、天津大學(xué)教授趙軍認(rèn)為，這項(xiàng)設(shè)計(jì)抓住了電動(dòng)汽車存在的充電慢和續(xù)航里程短的痛點(diǎn)。

眾多車企也在研究各類更換電池的方案。“北汽集團(tuán)提出了在電車后備箱換電池的方案，蔚來汽車提出了在電車底盤位置進(jìn)行替換。但是目前各類手段仍然存在換電設(shè)施建設(shè)成本高、效率低等問題，不能有效滿足市場(chǎng)需求。”趙軍說，“千里電車”方案中設(shè)計(jì)的換電站可直接架設(shè)于公路之上，也可鋪設(shè)匝道架設(shè)，有利于用地緊缺的大城市建設(shè)投產(chǎn)。

目前該設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)搭建出項(xiàng)目的模型，并完成測(cè)試。大賽評(píng)委組認(rèn)為，根據(jù)大學(xué)生們的方案，在汽車頂部行李架進(jìn)行換電設(shè)計(jì)，不需要大幅度改變車體架構(gòu)，大車能用，小車也能用，具有目前市場(chǎng)上方案所不具備的高普適性。

“汽車車窗自動(dòng)恒溫系統(tǒng)”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的同學(xué)關(guān)注到每一個(gè)司機(jī)的切身感受：夏日炎炎，停在室外的汽車暴曬之后溫度急劇升高，座椅、方向盤滾燙；一到冬天，車窗容易積雪結(jié)霜，開空調(diào)除霜速度慢。

“我們專門進(jìn)行了網(wǎng)上調(diào)研，結(jié)果顯示超過八成的駕駛員對(duì)這個(gè)問題感到困擾，而且目前沒有好的解決辦法。”團(tuán)隊(duì)成員劉天野說，同學(xué)們討論出一個(gè)全新的解決方案——用太陽能幫助汽車調(diào)節(jié)溫度，于是產(chǎn)生了“車窗自動(dòng)恒溫系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案。

這套裝置主要采用太陽能供能，融合光伏發(fā)電與半導(dǎo)體技術(shù)有效調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度，改善駕車舒適度，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師之一、天津大學(xué)朱強(qiáng)老師介紹，這套系統(tǒng)共分為三部分，最上方是光伏板，用于吸收太陽能為半導(dǎo)體供電。在夏季，由于半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，蓄電后靠近車窗的裝置將發(fā)揮功效制冷降溫。為了使冷量分布均勻，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了與車窗貼合的槽型銅板，內(nèi)側(cè)覆蓋隔熱涂層，以減少冷量的流失。而到了冬季，裝置中的半導(dǎo)體將由車載電源給電。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到氣溫過低時(shí)會(huì)自動(dòng)將半導(dǎo)體正負(fù)極反接，這樣一來，靠近車窗的一端就變成了熱端，為汽車融雪除霜。該系統(tǒng)裝置采用全自動(dòng)、無按鍵設(shè)計(jì)，通過傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，自動(dòng)判斷開啟制冷還是制熱電路，實(shí)現(xiàn)傻瓜式操作。

“我們還有很多想法，比如將產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使裝置更輕更薄，實(shí)現(xiàn)手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)控制等。”劉天野說，希望自己的創(chuàng)意給未來出行帶來改變。