随着城市的快速扩张发展，汽车早已走入了千家万户。北京的机动车保有量超过530万辆，每年消耗燃油700多万吨。汽车给人带来生活便利的同时，排放的尾气也造成了大气污染。来自环保部门的数据显示，北京的大气污染物PM2.5，有22%就来源于机动车。
于是各种电动汽车出现了，但它们也存在充电时间长、续航里程短等问题。有没有一种汽车，既能够满足人们的出行需要，又能够最大限度降低能耗呢?北京工业大学环境与能源工程学院汽车工程系的研究生占子奇和同学们一起，研发出了一辆综合利用风能、光能、电能的汽车，通过制动能量回收等技术，可以节省近三成能耗。这辆“风光电互补节能车”在该校科技节上获得最佳人气作品奖，并参加了去年“诺贝尔奖获得者北京论坛”的展出，得到中外专家的一致好评。
创意展示：带风扇的“小QQ” 时速超60公里
记者近日在北工大环境与能源工程学院楼内见到了这辆“风光电互补节能车”。站在侧后方看，这辆蓝白色的车外观、尺寸与小排量微型轿车无异，两米多长，一米多高。标准轮胎，照明灯、转向灯，反光镜等一应俱全。
“亮点在这里。”占子奇边说边领着记者走到车前方。只见车头中间位置上装了一个直径约80厘米的螺旋桨风扇，车顶部则覆盖了一块长1.2米，宽0.67米的太阳能面板，“除了蓄电池，这辆'小QQ’的动力就靠这两个家伙了。”占子奇笑道。
打开车门，记者尝试着坐进车里。与普通轿车不同，这辆车的前排只有一个驾驶席座位，后排才是乘客区，因此方向盘就安装在仪表台的中间位置，两侧是空调的出风口。 三人乘坐，不显拥挤。
整台车的燃料系统就在座位底下，4组12伏的电池块，总质量达100公斤。“风能、太阳能产生的电都汇聚到这四块电池里，它们能驱动这台“小QQ”跑到时速60公里以上。”占子奇说，去年诺贝尔奖获得者北京论坛在首都图书馆举行“新材料与新能源”展，他直接驾驶这辆车从学校驶到首图参加展出。
创意缘起：风光电齐利用 既方便又互补
2011年，21岁的占子奇进入北工大汽车工程系攻读硕士研究生，师从冯能莲教授。在学习中，他了解到，目前太阳能、风能等新能源已经开始得到应用，但每一种新能源都有时间或者地域上的限制，“我一直在想，能不能将多种不同的新型能源综合利用，设计出一台车，最大程度实现能源的高效利用?”
2012年，冯教授获得了一个国家自然科学基金的项目课题，正好可以开展这方面的研究。在导师的支持下，占子奇和同学们开始调研新能源车的研究现状。结果发现，目前国内外纯电动车已经开始推广，少部分利用风能、太阳能的概念车处于研发状态，而综合利用风能、太阳能以及蓄电能的车几乎没有发现。
“风能、太阳能都是广泛存在于自然界的能源，易于采集。更重要的是，这两种能源有互补性，晚上没有太阳，却依旧有风，完全可以整合应用，不能让大自然的馈赠白白浪费。”占子奇说，他们于是决定设计一台整合利用风、光、电三种能源的车。
攻坚克难：轮毂上装电机 巧用刹车能量
2012年4月，占子奇和同学花数万元在车厂订了一台小型电动汽车。到货后，研发正式开始。“不做不知道，做了吓一跳，真的是困难重重。”占子奇回忆说，“把过去所有学过的知识用上都不够!”于是大家一边做研究，一边疯狂“补课”，请教老师，常常工作到半夜。
他们首先解决了太阳能和风能两大发电系统的选材问题：使用一块覆盖整个车顶的单晶硅太阳能板，在冬季也只需6个小时就能充满一块12伏特的电池，夏季因为光照强则时间更短;轻巧又结实的加固玻璃钢是风电系统风叶的最好材料，6片风叶组成的风扇在风力驱动下转动，产生电流，大约10小时充满一块12伏特的电池。
“很明显，风能和太阳能的发电效率完全不一样，这就带来全车四组电池电量不均的问题，在行车中很容易出现有的电池过度放电，有的电池放电不足。这样既影响动力输出，也容易损坏电池。”占子奇说，他们通过研究攻关，设计出了一套电池均衡系统——通过一个超级电容平衡协调四块电池的电量，“就像长江和鄱阳湖、洞庭湖互相调节水位。”
占子奇查阅资料发现，一辆汽车在城市道路行驶时，能耗的一半用在了刹车制动过程中，“应该尽可能利用起这部分能耗。”占子奇说，普通燃油车使用的是机械制动，能耗只能白白流失，但电动车使用的是电机制动——电机向前转推动车辆向前运行，电机反转让车辆制动，反转的过程也可以产生电能，“我们于是设计加装了一套能量回收系统。”经过测试显示，未安装回收系统的车在标准路况行驶1400秒后电池电量下降了30%，而安装了回收系统的车行驶同样时间，电池电量只下降了15%，刹车产生的能量被很好利用起来了。
此外，同学们还将电机装在了车轮的轮毂里面，大大减少了普通电动车电机传导动力到轮轴这一过程带来的能耗流失，也增加了车辆的行驶灵活性。
未来完善：提高风扇效率 期待全新材料
2013年4月，历时一年研发的这台“小QQ”终于完工。在综合测试中，这台“风光电互补节能车”交出了满意的答卷：总用电量480安时，外接电源充电占73%，剩下的27%电量都是由太阳能、风能和车辆自身能量回收来实现。“这意味着使用这种车能省近三成电费。”占子奇说。
占子奇也坦言，目前这台节能车还存在一些有待改进的问题。比如风扇需要在风速3米/秒以上时才能开始发电，而在大城市由于受到高楼阻挡等因素的制约，风扇发电效率很低;此外风扇露天装在车头位置既影响了美观，也影响了整车的空气动力学结构。“我们现在想的是能不能把风扇装进车的前格栅里面。未来我们希望能将这种风扇发电装置安装在涡轮增压汽车的发动机后部，利用增压后的涡流气体来增加风扇的发电效率，这也是节能的有效手段。”
今年占子奇就将硕士毕业，不过他说自己对新能源车的研究探索不会止步。电动车发展的最大瓶颈就是电池，无法承受长时间、高频率的快速充放电，直接导致现在的电动车充电时间过长、行驶里程较短。“或许人类需要找到一种新材料电池去替代现有的锂、镍氢、铅酸。真有一天找到这种材料的那个人，就是当之无愧的诺贝尔奖获得者。”
