《便攜式電動車太陽能充電器》研究報告.doc

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《便攜式電動車太陽能充電器》 研究報告 本產(chǎn)品通過研究太陽能電池板，將光電轉(zhuǎn)換原理應(yīng)用到電動車充電器上，利用功率電子轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)太陽能與電能的轉(zhuǎn)換，充分利用清潔能源。研制并開發(fā)便攜式微型充電器，盡可能使充電器結(jié)構(gòu)輕巧、便利，合理安裝在電動車上，方便大眾使用。 1、 研制背景及意義 太陽能電動車結(jié)構(gòu)具有輕理、小、巧、美四大特性。車型輕，能大幅度減輕能源的消耗，降低成本；車身小，可在城市中心地帶穿街走巷行駛（不超過兩人并排騎自行車占用的道路面積），增加道路流量，改善交通狀況；結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、實用、緊湊、堅固、耐用；流線型外觀，造型美觀大方。太陽能電動車以光、電代替油，可節(jié)約有限的石油資源。白天，太陽能電池把光能轉(zhuǎn)換為電能自動存儲在動力電池中。在晚間或陰雨天，可以利用家用交流電（220V）進行充電，確保車輛照常行駛。太陽能電動車節(jié)能，耗能少，只需采用3-4平米的太陽能電池組件便可行駛起來。燃油汽車在能量轉(zhuǎn)換過程中要遵守卡諾循環(huán)的規(guī)律來做功，熱效率比較低，約12%-15%,只有1/3左右的能量用在推動車輛前進上，其余2/3左右的能量損失在發(fā)動機和驅(qū)動鏈上；而太陽能電動車的能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)規(guī)律的限制，熱效率要高得多，可達到34%-40%,90%的能量用于推動車輛前進。 對于太陽能汽車的研究與設(shè)計目前各國都處在一個不斷努力探索實現(xiàn)的階段。目前國外太陽能電動車的設(shè)計除了對太陽能的利用外，還大量結(jié)合材料，電子，能源的多種性技術(shù)。例如：2006巴黎車展，在世界享有良好聲譽的世界著名公司venturi向世人展出了一款“自驅(qū)式”電動車該款車利用了，太陽能，風(fēng)能，在不依賴任何天然能源的情況下依然行駛自如。2011年全美首座太陽能快速充電站CHAdeMO日前在三菱汽車北美公司總部亮相。據(jù)了解，這個感應(yīng)式無線充電站是專門為在美國銷售的三菱i系列電動汽車量身定制的。 我國國內(nèi)太陽能光伏運用市場尚處于起步階段，且未來呈加速發(fā)展趨勢。根據(jù)EPIA 資料，2010 年全球16.6GW 的新增組件市場中，中國只使用520MW，占全球市場的3.13%。雖然如此，2010 年中國大陸的新裝機量已經(jīng)超過了過去歷年373MW 的累計裝機量。2011 年8 月，我國首次對太陽能發(fā)電項目設(shè)定了統(tǒng)一的基準(zhǔn)上網(wǎng)電價，加之歐美市場需求下降帶來的全球太陽能光伏產(chǎn)品市場的波動及價格下滑，從另一個角度，大幅降低了國內(nèi)太陽能電廠的設(shè)備采購成本，2011 年以來，國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電項目數(shù)量大幅增加。我國已經(jīng)承諾到2020 年單位GDP 的碳排放量縮減到2005 年的45%的水平，這就必須提高可再生能源的比例。國家工業(yè)和信息化部編制的《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確提出十二五期間將大力發(fā)展我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，到2015 年，我國光伏發(fā)電裝機容量規(guī)模計劃達到10GW，為2010 年全國裝機容量的約11 倍。未來隨著我國太陽能屋頂計劃、金太陽計劃等的實施，國內(nèi)光伏電站的建設(shè)正呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢。 太陽能汽車、太陽能電動自行車目前尚處于“概念車”狀態(tài)。因為太陽能的不穩(wěn)定性、分散性（強烈時大約1千瓦/平方米），以及太陽能收集裝置效率低，成本高，太陽能直接作為汽車或自行車的動力有幾乎是不可逾越的瓶頸，目前還沒有解決的可能。但里利用太陽能電池板固定發(fā)電裝置利用光電轉(zhuǎn)換進行發(fā)電，給電動汽車、電動自行車的蓄電池持續(xù)充電，再利用功率轉(zhuǎn)換裝置進行動力控制，這在目前理論和實踐的基礎(chǔ)上是可以實現(xiàn)的，具有良好的經(jīng)濟性和實用價值。 2、設(shè)計方案 2．1技術(shù)關(guān)鍵： （1） 將太陽能轉(zhuǎn)換成電力,利用研制的太陽能充電器把太陽能變成適合36V到48V蓄電池充電的電能儲存起來。 （2） 為了提高太陽能發(fā)電效率，采用微處理器以一個最大功率點追蹤電路調(diào)節(jié)直流/直流轉(zhuǎn)換器的有源電阻值，反復(fù)微擾來趨近太陽能電池板發(fā)電的最大功率點。 （3）太陽能電池板充電二合一充電器，具備自主設(shè)別充電電源、電源保護、蓄電池充電保護等技術(shù)特點。 2．2主要技術(shù)指標(biāo)： 針對36 V電動車，充電裝置的開路輸出電壓調(diào)節(jié)為42 V。輸出電壓波動不超過1％。在太陽光照強烈的情況下，充電電流峰值約為400mA，在陰雨天時，充電電流也約有30mA。該裝置性能指標(biāo)如下：Ui為10～32 V；Uo為調(diào)節(jié)電位器，輸出35～60 V連續(xù)可調(diào)的電壓；最大輸出電流為5 A；最大輸入電流為16 A；最大輸出功率為120 W；DC／DC模塊轉(zhuǎn)換效率為80％。 3、 工作原理及性能分析 太陽能電動車充電器是在傳統(tǒng)的電動車主要構(gòu)件，即控制器、 蓄電池和電機的基礎(chǔ)上增添太陽能電池板和相應(yīng)實時工作的充電器。系統(tǒng)運行時將太陽能轉(zhuǎn)換成電力, 充電器把太陽能變成的電能儲存起來。將太陽光轉(zhuǎn)化為電能、電能的儲存以及將電能最大程度地發(fā)揮到電機驅(qū)動動力上。下圖是太陽能電池板組件工作原理圖： 為了提高太陽能發(fā)電效率，可在太陽能電池板與直流/直流轉(zhuǎn)換器電路間串入至少一個電容器，檢測電容器充電時電壓及電流值，當(dāng)電容器的電壓與電流增加時，由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調(diào)節(jié)直流/直流轉(zhuǎn)換器的有源電阻值，反復(fù)微擾來趨近太陽能電池板發(fā)電的最大功率點。 將太陽能充電器與蓄電池的有效結(jié)合，太陽能與電能的合理有效的轉(zhuǎn)換，提高光電轉(zhuǎn)換率，再設(shè)計電路，制作模版。注意設(shè)計時的電壓、保護電路，采用單晶硅多晶硅相結(jié)合,表面為多菱采光板體,優(yōu)質(zhì)高效晶硅板,對弱光響應(yīng)特性非常好,光電轉(zhuǎn)換率高達85%以上,無論室內(nèi)外陽光強弱,可以24小時不間斷的吸收光線為電動車自行充電。 該產(chǎn)品的與現(xiàn)有的太陽能充電器相比創(chuàng)新點在，具有集市電與太陽能充電于一體的功能，有效地方便了用戶使用，結(jié)合電動自行車的結(jié)構(gòu)特點，合理設(shè)計太陽能電池板的安裝位置；所設(shè)計集市電、太陽能電池板充電二合一充電器，具備自主設(shè)別充電電源、電源保護、蓄電池充電保護等技術(shù)特點。 下圖是便攜式太陽能充電器二合一充電的原理圖，我們的充電器有兩個模塊，市電和太陽能模塊，這兩個模塊市電模塊優(yōu)先，當(dāng)產(chǎn)生沖突時，斷開太陽能模塊，防止市電模塊的大電流損壞元件。 太陽能電池 板 自動識別模塊 DC-DC 市電 蓄電池 4、創(chuàng)新點 1）集市電與太陽能充電于一體的功能，有效地方便了用戶使用。 2）結(jié)合電動自行車的結(jié)構(gòu)特點，合理設(shè)計太陽能電池板的安裝位置。 3）獨特的過壓保護技術(shù)，防逆充及充滿自動斷開技術(shù)，自動調(diào)壓功能，確保充電設(shè)備的使用安全。 4）獨特的電動車電池保護功能，由于其連續(xù)不斷的給電池補充電能，可以防止和消除電池極板硫化，恢復(fù)電池容量，有效的延長電池壽命，減輕廣大用戶的經(jīng)濟負擔(dān)。 5）所設(shè)計集市電、太陽能電池板充電二合一充電器，具備自主識別充電電源。 6）安裝方便，隨用隨充。 5、推廣前景、經(jīng)濟效益和社會效益 市場大，由于近幾年世界油價的飛速上漲，電力價格的上漲，人民對低碳生活的追求，電動車就應(yīng)運而生，走進千家萬戶。全國電動車銷售量年年翻番。由此可見市場需求量是非常大的。 延長電池壽命，由于本產(chǎn)品能持續(xù)不斷的給電動車補充電能，可以防止和消除電池極板硫化，恢復(fù)電池容量，有效延長電池使用壽命，眾所周知電動車電池使用壽命一般在一年左右，一組電池的價格要幾百元，依此計算，使用一塊太陽能光伏充電器就節(jié)約了很多費用。減輕了廣大用戶的經(jīng)濟負擔(dān)。 更重要的是該充電器可以使續(xù)行里程得到提高，給用戶帶來方便，可以輕松地實現(xiàn)騎行者在城鄉(xiāng)、城際之間的使用，有效地增大用戶的活動半徑，更重要的是在使用過程中沒有“有去無回”的擔(dān)憂或者是長時間充電的等待，這樣的優(yōu)越性不是用價格能夠衡量的。 參考文獻 [1]閆智剛，我國電動自行車用鉛酸蓄電池的發(fā)展，國際電源商情－電池技術(shù)，2006，05， [2]劉向陽，電池技術(shù)及市場新進展，國際電源商情－電池技術(shù)，2006，05， [3]徐保伯，劉務(wù)華，劉怡登，電動自行車的發(fā)展及其動力電池的選型，電池工業(yè)，2003. 10 [4]喬亦男，電動車和電動自行車的幾種清潔電池，中國自行車，2004，07，17-19 [5] J.J.Hwang, D.Y.Wang, N.C.Shih, D.Y.Lai, C.K.Chen, J. power sources 133(2004)223-228 [6]Luciano Cardinali, Saverio Santomassimo, Marco Stefanon, J. power sources 106(2002)384-387 [7]趙劍.電動汽車蓄電池剩余電量預(yù)測方法的研究[D].大連理工大學(xué), 2006 . 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