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第28章 克服困难,完成研发(1 / 2)

发电机项目启动的第一天,林默就在白板上画满了技术路线图。

小型节能发电机,500W功率,多能源输入(太阳能、风能、手摇),连续工作8小时,成本控制在2000元以内。这个技术指标,放在民用市场里不算高,但要把这么多功能塞进一个低成本的小盒子里,难度不小。

苏清颜端着咖啡站在白板前,看了一会儿,说:“你把太阳能、风能、手摇三种发电方式集成在一起,能量管理会很复杂。”

“所以需要你来做能量管理芯片。”林默说,“三种输入,一个输出,要自动切换、自动调配,还要保证效率。”

“能量管理我可以做,但你需要先确定电池的类型和容量。”

林默想了想:“用磷酸铁锂电池,4串2并,12.8V、40Ah,储能约500Wh。这样即使在没有太阳、没有风的情况下,纯电池供电也能撑8小时。”

“成本呢?”

“电池大概800块,电机和发电机300块,太阳能板200块,风力发电机300块,外壳和控制电路200块。总成本1800左右,在2000以内。”

苏清颜点了点头,在笔记本上记了下来。

接下来的一周,林默和苏清颜进入了“闭关模式”。

林默负责机械部分——设计发电机的外壳、支架、传动机构,选型电机和发电机,做整机的散热和防水设计。苏清颜负责电子部分——设计能量管理电路、电池管理系统(BMS)、输出逆变器。

两人每天在实验室里待到凌晨,周末也不休息。赵总工看他们太拼,让食堂阿姨给他们留了夜宵,每天晚上十点准时送到实验室门口。

“你们俩悠着点,身体要紧。”赵总工在电话里说。

“赵总工,我们年轻,扛得住。”林默一边啃馒头一边回答。

第一个瓶颈出现在第二周。

林默设计的垂直轴风力发电机,在低速风下(风速低于3米/秒)几乎发不出电来。他用了科研助手模拟了不同叶轮形状的气动性能,发现传统的萨沃纽斯转子在低速下效率太低。

“叮——模拟完成。建议改用达里厄与萨沃纽斯混合式转子。达里厄转子利用升力,萨沃纽斯转子利用阻力,两者结合可以在低速和高速下都有较好表现。”

林默按照建议,重新设计了叶轮。混合式转子的结构复杂,加工难度大,他花了一周时间才做出了一个合格的样件。装在户外测试,风速2米/秒时,发电功率达到了15W,虽然不大,但足够给电池涓流充电了。

第二个瓶颈出现在第三周。

苏清颜的能量管理芯片出了Bug。在三种输入同时存在的情况下,芯片的优先级逻辑混乱,经常出现“抢电”现象——太阳能和风能同时给电池充电,互不相让,导致电池管理系统过载保护。

“逻辑应该是这样:太阳能优先,风能次之,手摇最后。”林默说,“因为太阳能和风能是免费的,手摇需要人力,能不用就不用。”

“我也是这么设的,但代码实现有问题。”苏清颜揉了揉太阳穴,“优先级判断的时序没处理好,两个输入同时检测到可用时,芯片会同时打开两个充电通道。”

“能不能加一个硬件互锁?物理上保证同一时间只有一个通道打开。”

苏清颜想了想:“可以。用两个MOSFET背靠背,加一个逻辑门控制。当一个通道打开时,另一个通道自动关闭。”

“改一下试试。”

苏清颜花了两天时间重新设计了电路,加了硬件互锁。测试——太阳能和风能同时输入,芯片优先选择了太阳能,风能通道被锁定,电池管理系统正常工作。切换——太阳能断开,芯片在0.1秒内切换到风能,无缝衔接,电压没有跳变。

“成了。”苏清颜看着示波器上的平滑曲线,嘴角微微上扬。

“你笑起来真好看。”林默说。

苏清颜的笑容僵了一下,然后低下头继续看示波器。“少贫嘴。”

“我说真的。”

“我知道。”苏清颜的耳朵红了,“干活。”

第四个星期,整机装配完成。

林默把所有的零部件——风力发电机、太阳能板、手摇发电机、电池组、能量管理电路——全部塞进了一个铝合金外壳里。整机尺寸40cm×30cm×20cm,重量12公斤,比设计值重了2公斤。

“超重了。”林默皱眉。

“12公斤,一个人能背动,问题不大。”苏清颜说。

“不行,说好10公斤就是10公斤。超重20%,说不过去。”

林默重新审视每一个部件,寻找减重的可能。外壳——铝合金换成镁合金,减重30%;太阳能板的边框——铝合金换成工程塑料,减重50%;手摇发电机的支架——实心钢换成空心钢管,减重40%。一通操作下来,整机重量降到了10.5公斤,还是超了0.5公斤。

“0.5公斤,别纠结了。”苏清颜说。

“不行。”

林默把电池组的外壳拆了,用热缩膜直接包裹电池芯,省去了外壳的重量——减重0.6公斤。整机重量9.9公斤,达标。

苏清颜看着他把电池芯裸奔,眉头皱成了川字。“你这样不安全。电池芯没有机械保护,磕碰一下就可能短路。”

“我知道。所以外壳内部要加一层硅胶缓冲垫,既保护电池,又不增加多少重量。”

苏清颜摇了摇头。“你这个人的优化思路,总是在极限边缘试探。”

“不试探怎么知道极限在哪?”

第五周,整机功能测试。

林默把发电机搬到研究所的楼顶,架好风力发电机和太阳能板。那天天气不错,有风有太阳。苏清颜接上电子负载,开始记录数据。

风力发电:风速4米/秒,发电功率45W。太阳能发电:光照强度800W/平米,发电功率120W。两者同时工作,总功率165W,给40Ah的电池充电,理论充满需要约3小时。

实测:2小时50分钟充满,和理论值吻合。

然后测试纯电池供电——接上500W的负载(模拟一台小型冰箱或几个LED灯),电池从满电到放电截止,持续工作了8小时20分钟,超过了设计要求的8小时。

“续航过关。”苏清颜在记录本上打了一个勾。

接下来测试手摇发电。林默握住手摇把,开始摇。摇了一分钟,累得气喘吁吁,发电功率只有30W。要充满40Ah的电池,需要连续摇十几个小时,不现实。

“手摇发电的定位不是‘主充’,是‘应急’。”林默说,“在完全没有太阳和风的情况下,手摇半小时,能发15Wh的电,足够给手机充电、照明几小时。这就够了。”

苏清颜点了点头,在手摇发电那一栏写上:“应急可用。”

第六周,林默带着发电机去了一个地方——江城以南两百公里外的一个偏远山村。

这个村子在大山里,至今没有通大电网。村民用的是小水电,枯水期经常停电。林默通过陈教授联系了村委会,说想在他们村做一个发电机试用。

村长是个五十多岁的汉子,姓李,黝黑的脸膛,粗糙的大手。他看了林默的发电机,将信将疑。“这个东西,能发电?”

“能。”林默把发电机架在村长家的院子里,接上太阳能板和风力发电机。那天是阴天,没太阳,但山风不小。风力发电机开始转动,能量管理芯片上的指示灯亮了起来,电池开始充电。

村长盯着指示灯看了半天。“这就充上了?”

“充上了。”

“多少钱?”

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