资源目录
压缩包内文档预览：
编号：482683
类型：共享资源
大小：595.91KB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-04
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
30
积分
- 关 键 词：
-
机械毕业设计车辆工程
- 资源描述：
-
CL01-138@多功能供电车设计,机械毕业设计车辆工程
- 内容简介：
-
哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 包金财 学号： 1079312221 专业： 交通运输（汽车运用工程） 毕业设计（论文）题目： 多功能供电车设计 工作起止日期： 2010 年 10 月 11 日起 2010 年 12 月 29 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人 评阅 意见： 评阅教师签字 ： 评阅教师职称： nts 答辩委员会评语： 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定： 学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为 ： 对毕业设计（论文）的特殊评语： 答辩委员会主任（签字） 职称： 答辩委员会副主任（签字）： 职称 ： 答辩委员会委员（签字）： 年 月 日 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓名： 包金财 院（系）： 汽车工程系 专业： 汽车运用工程 班 号： 0793122 任务 起止日期： 2010 年 10 月 11 日至 2010 年 12 月 29 日 毕业 设计（论文）题目： 多功能供电车设计 立题 的目的和意义： 野外或断电时的供电问题，会对某些工作产生不利影响，多功能供电车可集成多种发电功能，如太阳能发电、内燃机发电，可以解决某些偏远地区或野外对电力的需求，以及停电时对电力的紧急需求问题，亦可以在平时将太阳能转变为电能，存储在大型蓄电池中，供需要时使用 技术 要求与主要内容： 1、 1、 装配图 0 号，一张； 2、 2、 装配图 0 号，一张； 3、 零件图 3 号，一 张； 4、 4、不少于 12000 字的设计说明书 nts 进度 安排： 第 第 1 2 周：选题，进行调研，收集资料，完成开题报告。 第 3 4 周：确定总体方案，完成总体和详细设计计算任务。 第 5 6 周：进行总体设计，完成一张总装图。 第 7 8 周：进行详细设计，完成部件装配图和必要的零件图。 第 9 10 周 :完成设计修改，进行分析；整理完成设计说明书。 第 11 周：解题，完成图纸和说明书错误修改，打印提交正式稿。 同组 设计者及分工 ： 指导 教师签字 年 月 日 系（ 教研室）主任意见： 系（ 教研室）主任签字 年 月 日 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 题 目 多功能供电车设计 专 业 汽车运用工程 学 号 1079312221 学 生 包金财 指导教师 刘海波 答辩日期 2010 年 12 月 29 日 哈工大华德学院 nts - 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的背景 1.1.1 电力短缺 中国已成为继美国之后的世界第二大电力消费大国，电力对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。 我们经常听到夏季全国闹电荒 ，去年南方大雪导致南方大面积停电，一些城市沦为死城，今年 5 月 12 日的8.0 级强烈地震又使电力系统瘫痪。 电力行业整体不适应社会进步的问题越发显露 。多年的电荒已经使一部分人产生恐慌。面对灾害，医院 、 通信等重要部门由于缺电导致不能展开抢救工作。 电力的健康发展直接关系到国家的能源安全、整体竞争能力的提高、人民群众的切身利益、环境 保护和可持续发展等问题，它应该受到全社会的关注。 1.1.2 太阳能的开发和利用 21 世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源 （ 如煤、石油、天燃气等）的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关住的焦点。其中，可再生能源主要有以下几个方面： （ 1）太阳能 ： 据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在 45 亿年，太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类 能源消耗的 1.2 万倍； （ 2）氢能源：利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢，或者由太阳能光催化水分解氢 1 ； （ 3）风力发电、小水电与潮汐发电：可提供可观的电力； （ 4）生物能：包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等，这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的，只要有人类的存在，就会有生物能，所以这nts - 2 种能源也可以说是用之不竭的； （ 5）核能：与传统能源的发电厂相比，核能的利用率较高，对环境的污染小，并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本，而核燃料所释放出来的能 量却远远高于传统能源所释放出来的能量。 太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关行业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点 2 ： （ 1）数量巨大：每年到达地球表面能供人类利用的太阳辐射相当于一颗原子弹爆炸时所发出的能量； （ 2）时间长久，用之不竭：太阳按目前功率辐射能量其时间约可持续100 亿年； （ 3）普照大地，取之不尽：不需要开采和运输； （ 4）清 洁无污染：无任何物质的排放，既不会留下污染物，也不会向大气中排放废气。 太阳能的开发利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形式。光热利用是将太阳能转换为热能储存起来，其中太阳能热水器是光热利用最成功的领域，有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等，有些技术尤其在我国的北方和西部应用较广，成效显著。以太阳能电池技术为核心，太阳能光伏利用成为太阳能开发利用中最重要的应用领域，利用太阳能发电，具有明显的优点 3 ： （ 1）结构简 单，体积小且轻：能独立供电的太阳能电池组件和方阵结构都比较简单，输出 4550W 的晶体硅太阳能电池组件，体积约为450mm750mm45mm，质量为 7kg； （ 2）容易安装运输，建设周期短：只要将太阳能电池支撑并面向太阳即可发电，宜于制成小功率移动电源； （ 3）维护简单，使用方便：如遇风雨天，只需检查太阳电池表面是否被站污、接线是否可靠、蓄电池电压是否正常即可； nts - 3 （ 4）清洁、安全、无噪声：光伏发电本身不向外界排放废物，没有机械噪声，是一种理想的能源； （ 5）可靠性高，寿命长，并且应用范围广：晶体硅太阳能 电池的寿命可以长达 2035 年，在光伏系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命可以达到 10 多年。太阳能几乎无处不在，太阳能电池在中国大部分范围内都能作为独立的电源。 1.2 选题的目的和意义 野外或断电时的供电问题，会对某些工作产生不利影响，多功能供电车可集成多种发电功能，包括太阳能光伏发电、内燃机发电，可以解决某些偏远地区或野外对电力的需求，以及停电时对电力的紧急需求问题，亦可以在平时将太阳能转变为电能，存储在大型蓄电池中，供需要时使用 。 1.3 供电车的现状和发展趋势 中国 供电车 车企业从 20 世纪 70 年代 起步，至今已有 30 多年的历史。到目前为止，生产企业已由当时的 4、 5 家发展到 100 余家。行业几个骨干企业通过近几年的技术改造，其生产规模不断扩大，都形成了各具特色的产品系列，企业的各项主要经济指标逐步上升 ， 经济效益也逐年提高 ，但还不 能满足国内市场的需要。根据协会对会员单位初步统计 ， 2006 年中国 供电车 的产量为 942 台，出口 67 台 ; 2007 年为 1042 台，出口 84 台。虽然这些年国内 供电车产业 发展很快，但企业发展很不平衡，企业之间出现了较大的差距。 国内 供电车设计制造 发展现状主要表现在 ： 发电功率的不断增加。 在北京，发电量为 1000W 的供电车已经投入市场。但国内所生产的的供电车基本上发电方式单一，仅仅以柴油发电机或汽油发电机发电。 国外 供电车产业 发展迅速，技术水平不断提高。工业发达国家一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营，如美国 GROVE（ 格鲁夫 ） 公司和 GENIE（ 吉尼 ） 公司 ， 英国 COLES 公司 和 SI-MON（ 西蒙 ） 公司 ， 意大利 RICO（利高） 公司， 芬兰 BRONTO（ 波浪涛）公司、日本的多田野和爱知株式会社 等。 有些企业注重环保，生产的供电车以天然气为燃料发电，或者利用太阳nts - 4 能、风能等渠道发电。随着太阳能 、 风能 发电 技术的成熟，必将出现多功能供电车。 中国电力短缺问题依然严重，使得供电车的设计制造被多家专用车厂家提上日程。随着自卸车、消防车等其它专用车的市场饱和，人们必将把目光投向供电车这个新型专用车的设计与制造。 1.4 太阳能光伏发电的广阔前景 1.4.1 国外光伏发电的发展 太阳能光伏发电自 20世纪 80年代以来持续高速发展，每年以 30%40%的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国，普遍受到重视。尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点，但是其发电的价格比常规电力价格高出许多，在电力 市场上无法与常规能源进行竞争。 20 世纪 90 年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村、无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美日德等西方发达国家为主。从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域，并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力。 1.4.2 我国光伏发电的发展 我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快 4 。我国的光伏电池技术是从 60 年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从 70 年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在 80 年代中期建立起来。 80 年代中期，我国光伏产业初步形成。经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。至 90 年代初中期，我国光伏产业已处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了 17 千瓦 和 7 千瓦 的光伏发电屋顶系统。 1999 年，我 国光nts - 5 伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室和中试产品，但在 2000 年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。为了推动光伏技术及其产业发展，2003 年 10 月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资 100 亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用，计划到 2005 年全国光伏发电系统总装机容量达到 300 兆瓦。至 2003年底，我国光伏产业总的生产能力达到 38 兆瓦，太阳能电池组件的实际生产量达到 13 兆瓦。在市场方 面，截至 2003 年底我国光伏系统累计装机容量达到 45 兆瓦。 2004 年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达 1兆瓦，年发电能力约为 100万千瓦时； 2008 年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现； 2005 年 2月 28 日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的中华人民共和国可再生能源法自 2006 年 1 月 1 日 起正式施行，国家鼓励可再生能源利用。我国光伏产业在满足国内市场需要和提高边远无电 地区人民的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要作用。 1.5 本文主要研究的内容 本设计的目标是设计一种 多功能供电车 ，其性能参数与所选底盘车接近。 设计 过程安 排如下 ： （ 1）二类底盘的选择； （ 2）太阳能光伏发电； （ 3）太阳能电池举升机构的选择与设计计算； （ 4）柴油机发电机组的选择； （ 5）车厢中的各类装置的布置。 nts - 6 第 2 章 二类底盘的选择 2.1 总体主要参数的确定 2.1.1 尺寸参数的确定 供电车 车都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，保证性能参数与原车基本保 持不变。只有整车的高度由于举升机构高于车头的顶部，所以整车的高度会有所增加 5 。 2.1.2 整车整备质量 整车整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时整车质量。参考同类 供电 车的整车整备质量m0，在此基础上在增加工作装置的质量，便可估算 供电 车的整车整备质量m0。 供电 车的整车整备质量约为： 5000150035000 m kg 2.1.3 总质量 所谓总质量是指专用汽车整备齐全，满载（规定值）货物及乘 员时的质量。 总质量计算公式为： 526046550000 pa mmm kg 式中 mp 乘员质量（ kg），按每人 65 kg 计。 2.2 底盘的选择 根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行nts - 7 局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。 因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可 分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。 汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎 80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计。 在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求 ： （ 1） 适用性 对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进 行 改装造型设计。 （ 2） 可靠性 所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。 （ 3） 先进性 应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。 （ 4） 方便性 所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。 在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格，它是专 用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。 nts - 8 考虑到要求供电车能在高原等野外恶劣的环境正常工作，所以选择军用底盘比较合适。 东风、解放以及红岩等品牌中，东风公司的 军用底盘市场中占有率较大，评价较高。 东风汽车公司 3.5吨级 66越野汽车分为长头驾驶室和平头驾驶室两大系列。长头驾驶室系列主要车型有 EQ2100E(EQ245)、 EQ2100E6D、 EQ2100E6DY等车型 。平头驾驶室系列主要车型有 EQ2102、 EQ2102G等车型。 EQ2100E车型是东风汽车公司最早的 3.5吨级 6 6汽油越野汽车，现已停产，被柴油机 EQ2100E6D车型取代。 EQ2100E6D车型是以 EQ2100E车型为基础，换装上康明斯 6BT5.9增压柴油机、外径 350单片螺旋弹簧离合器，其它系统相应改进设计的新一代长头驾驶室 3.5吨级越野汽车； EQ2102车型是部队装备的第二代 3.5吨级越野汽车，采用许多新型总成部件，整车雄壮、威武，体现了军车的特点。主要总成包括康明斯 6B5.9增压柴油机，该发动机 具有良好的低温起动性能，不使用辅助装置可在零下 12 度以上起动，采用 PTC电热陶瓷冷起动装置，可在零下 40度顺利起动。该车型装备有远距离液压气动助力操纵的外径 350单片离合器、五档变速器、高低档两档分动器、前中后桥三桥驱动、引进 TRW公司技术生产的整体式动力转向器、与日产柴公司联合开发的平头双排四门五座驾驶室、东风金狮轮胎公司研制的 12.5R20子午线混合花纹加宽型越野轮胎、内长 4270mm 高栏板车箱。 根据部队的需求，以 EQ2102车型为基础，换装平头一排带卧二门驾驶室和内长 4800mm车箱而开发的 EQ2102G车型，主要用于满足特殊用户的改装需要。 表 2=1 主要特征 车型 EQ2100E6D EQ2102 EQ2102G 车型主要特征 长头驾驶室、循 环球转向器 平头双排驾驶 室、动力转向器 平头 排半驾驶 室、动力转向器 目前市场上平头式的要比长头式的销售好，并且考虑到工作人员大于 2人，驾驶室里最好能容纳 4人，所以参照表 2-1中的 3种底盘的主要特征，选择EQ2102底盘。 nts - 9 2.3 底盘的主要参数 底盘主要参数如表 2-2。 表 2-2 底盘主要参数 车型 EQ2102 车型主要特征 平头双排驾驶 室、动力转向器 空载整备质量 5480kg 空载前轴轴载质量 3165kg 空载后轴轴载质量 2675kg 允许最大总质量 10940kg 允许前轴最大轴载质量 3660kg 允许后轴最大轴载质量 8000kg 钢板弹簧刚度前 1972143.5N/mm 钢板弹簧刚度后 4856392N/mm 外形总长 7586mm 外形总宽 2198mm （续） 外形总高 2740mm 轴距 前中 3475mm 轴距 中后 1250mm 前悬 1408mm 后悬 1453mm 后轮胎最外尺寸 2198mm 车架外宽 861mm 车架可用长度 4402mm 质心位置（距前轴中心） 1880mm 重心高度 880mm nts - 10 2.4 本章小结 本章主要进行多功能供电车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们各方面因素选择比较适用的底盘；综合各方面情况最后选用东风 EQ2102 底盘 作为本次 供电 车的底盘 。 nts - 11 第 3 章 车厢和副车架的设计 3.1 车厢的 设计 3.1.1 车厢的参数 车厢是实现该车功能所需仪器、设备、工具的载体。采用铝合金大板方舱开式结构 6 。车厢壁板采用加筋大板夹层结构 ， 框架采用铝合金型材 ， 蒙皮采用铝合金板材 ， 隔热层采用硬质聚胺脂泡沫板。厢体外形尺寸为4400mm2400mm1950 mm ,左右两侧采用翻板结构 ， 左侧设计两副上翻板 ，尺寸为 1237mm772mm， 右侧与左侧相同。为了上、下的方便 ， 在门处设有专用抽拉梯 7 。为了便于采光 ， 车厢左右侧各布置两个侧窗 ， 均为活动窗并安装卷帘式防空窗帘。考虑到发电装置的通风散热问题 ， 在厢体前壁下部开一个换气口。电站的布线采用布线槽 ， 置于顶板四周 ， 并考虑到维修方便 ，设计为活动盖板式。车厢后壁外平面与汽车底盘牵引钩平齐。车厢内壁选用乳白色醇酸磁漆。车厢内、外布置有灭火器 ， 以满足防火安全性要求。车厢内部两侧设有工作台 ， 右工作台由前至后依次存放的有军用背囊、电工服、五个移动电缆盘 ； 左工作台由前至后依次存放的有各种附属油、电工工具箱、防爆应急工作灯、固定式电缆盘等。 3.1.2 配电系统 整车电气系统主要由控制 柜、净化电源、车内照明、电缆和分线盒等组成。电机组安装在底盘车后部 8 。净化电源安装在车厢内左侧前方 ,主要用于改善供电品质 ,包含功率为 1KW的 24V /220V逆变器。车厢顶部共有 6盏长方形高效荧光灯 ,其中 1盏值班灯 ,解决车厢内部照明的问题。 500 m电缆、分线盒供远距离定点供电。车厢外部左侧前方下部外接线盒 ,用于电源的输入、输出 9 。 nts - 12 3.1.3 通讯设备 驾驶室与车厢内装有有线对讲机等通信设备。 3.1.4 防护 车厢外部可根据用户要求喷相应的漆。底盘纵梁以下喷黑色面漆。 3.1.5 工作台设计 金属骨架结构 ， 骨架颜色采用乳白色 ； 台面采用 25mm厚高密度板 ， 上铺 3mm厚绿色耐油橡胶板 ,不锈钢包边 ； 外形尺寸为 650mm860mm； 抽屉、锁选型美观大方 ， 安置位置适中 ， 工具箱固定可靠 ， 使用方便 10 。 3.1.6 生命支持系统及其它辅助设备 生命支持系统是运用变压吸附技术 ， 在常温下直接从空气中分离出高浓度氧气的机电一体化的制氧设备 ， 专供高原使用 ， 装载在车辆上 ， 提高空气含氧 量的一种制氧装备。 其它辅助设备及器材有 :工兵锹镐、消防平斧、工兵锤、撬杠、风扇、医药箱、易损件、随车附件等。 3.2 副车架 设计 副车架采用框架式焊接结构 ， 由两根纵梁、六根横梁组成 ， 纵梁、横梁用 Q345钢板折制成槽形。考虑到横梁受扭力大 ， 将横梁设计成整体式。纵、横梁间采用 T506焊条焊接 ， 整体重量轻、强度高。副车架纵梁与汽车底盘加厚度为 20mm的传动橡胶带 ， 作为减振。副车架与车厢用均布的 M10高强度螺栓连接 ， 使车厢与副车架整体受力均匀 ， 连接可靠 1 。 3.3 本章小结 本章主要内容是 车厢的布置及副车架的选择。根据二类底盘的车架确定了车厢的尺寸。 副车架采用框架式焊接结构 ， 由两根纵梁、六根横梁组成。确定了部分辅助设备的类型及其布置。 nts - 13 第 4 章 太阳能光伏发电系统 4.1 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成 12 。 太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能 光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。 太阳能控制器：太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。 逆变器：逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成 220伏交流 电，供给交流负载使用。 蓄电池（组）：蓄电池（组）的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量大时，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电；当日照量小时，这部分储存的能量将逐步放出。 4.2 太阳能光伏发电系统的分类 根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种 13 。 4.2.1 独立供电的光伏发电系统 独立供电的太阳能光伏发电系统如图 4.1所示。整个独立供电的光伏发电nts - 14 系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。 太阳能电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。根据负载的需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电 ;当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制组成。逆变器的作用是将直流电转换为与交流负载同相的交流电。 图 4-1 独立运行的太阳能光伏发电系统结构框图 4.2.2 并网光伏发电系统 太阳能电池板 DC/DC 蓄电池 直流负载 控制器 逆变器 交流负载 nts - 15 图 4-2 并网光伏发电系统结构框图 并网光伏发电系统如图 4.2所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的 作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。 4.2.3 混合型 光伏发电系统 太阳能电池板 DC/DC 逆变器 电网 交流负载 控制器 nts - 16 图 4-3 混合型光伏发电系统结构框图 图 4.3为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。本次设计就采用此系统。 4.3 太阳能光伏电池的原理 太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，这一现象称为光 伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。对于半导体 P一 N结，光伏效应更明显，因此，太阳能光伏电池都是由半导体构成的。下面以硅半导体为例，对太阳能光伏电池的工作原理加以说明。当 N型硅和 P型硅结合时， N型区的电子扩散到 P型区， P型区的空穴扩散到 N型区，此时， N型带正电， P型带负电，在硅半导体内部产生电场。当太阳光照在半导体 P一 N结上时，形成新的空穴一电子对，在 P一 N结电场的作用下，空穴由 N型区流向 P型区，电子由 P型区流向 N型区，当接通电路后就形成电流。太阳能电池板 主开关 发电机组 控 制 器电池板 直流负载 交流负载 逆 变 器电池板 蓄 电 池电池板 nts - 17 这就是光电效应太阳能光伏电池的 工作原理，如图 4-4所示。 a 太阳能半导体晶片 b 晶片受太阳光照射过程中带正电的空穴向 P 型半导体区移动带负电的电子向 N 型半导体区移动 太阳光 电子 空穴 N 型半导体 P 型半导体 nts - 18 c 晶片受太阳光照射以后电子从 N 区负电极流出负电，空穴从 P 区正电极流出正电 图 4-4 太阳能光伏电池工作原理图 将太阳能光伏电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能光伏电池组件，其功率可达几瓦、几 十瓦甚至上百瓦，若干太阳能光伏电池组件按需要进行串、并联后形成太阳能光伏电池阵列。 4.4 太阳能光伏电池的分类 一个太阳能光伏电池最重要的部分是半导体材料层，即用来产生电流的部分。目前，有许多材料可以用来做太阳能光伏电池的半导体层，但是能产生高能量转换效率的光伏材料并不多。全世界应用和研究的光伏材料主要包括单晶硅、多晶硅、砷化稼晶体材料以及非晶硅、磅化锡等薄膜材料。从对太阳能光吸收效率、能量转换效率、制造技术的成熟与否以及制造成本等多个因素来看，每种光伏材料各有其有缺点。 太阳光 nts - 19 4.4.1 单晶硅太阳能光伏电池 硅 系列太阳能光伏电池中，单晶硅太阳能光伏电池转换效率最高，技术最成熟（一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术），使用寿命也最长。但是，由于受单晶硅太阳能光伏电池材料价格及相应的繁琐的电池工艺的影响，使得单晶硅成本价格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困难的。 4.4.2 非晶硅薄膜太阳能光伏电池 由于非晶硅薄膜太阳能光伏电池资源丰富、制造过程简单并且成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但是与晶体硅太阳能光伏电池相比光电转换效率较低，稳定性较差。 4.4.3 多晶硅薄膜太阳能光 伏电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350450pm的高质量硅片上制成的，为了节省材料，人们采用化学气相沉积法制备多晶硅薄膜电池，通常先用低压化学气相沉积在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，另外还采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，无效率衰退问题，并且还有可能在廉价衬底材料上制备，其成本价格远低于单晶硅电池， 而效率又高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能光伏电池市场上占据主导地位。 4.5 光伏发电系统的计算 本设计采用 JMD型光伏电池板，其单板的电气参数如表 4-1所示： 表 4-1 JMD型光伏电池板单板的电气参数 电器特性 规格 额定输出最大功率 （ WP） 12.2W nts - 20 额定电流MPPI(A) 0.709A 额定电压MPPV(V) 17.2V 开路电压SCV(V) 19V 负载电压为 48V，功率为 200 W，每天工作 10小时，最长的连阴雨天为 10天，两个最长的连阴雨天相隔的天数为 15天，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为 55.2V。其水平太阳辐射数据参照表 4-2“我国主要城市的辐射参数表”资料，实际计算如下： 表 4-2 我国主要城市的辐射参数表 城市 纬度 日辐射量Ht 最佳倾角op 斜面日辐射量 修正系数 Kop 哈尔滨 45.68 12703 3 15838 1.1400 长春 43.90 13572 1 17127 1.1548 沈阳 41.77 13793 1 16563 1.0671 北京 39.80 15261 4 18035 1.0976 天津 39.10 14356 5 16722 1.0692 呼和浩特 40.78 16574 3 20075 1.1468 太原 37.78 15061 5 17394 1.1005 乌鲁木齐 43.78 14464 12 16594 1.0092 西宁 36.75 16777 1 19617 1.1360 兰州 36.05 14966 8 15842 0.9489 银川 38.48 16553 2 19615 1.1559 西安 34.30 12781 14 12952 0.9275 上海 31.17 12760 3 13691 0.9900 南京 32.00 13099 5 14207 1.0249 nts - 21 合肥 31.85 12525 9 13299 0.9988 杭州 30.23 11668 3 12372 0.9362 南昌 28.67 13094 2 13714 0.8640 福州 26.08 12001 4 12451 0.8978 济南 36.68 14043 6 15994 1.0630 郑州 34.72 13332 7 14558 1.0476 武汉 30.63 13201 7 13707 0.9036 长沙 28.20 11377 6 11589 0.8028 广州 23.13 12110 7 12702 0.8850 海口 20.03 13835 12 13510 0.8761 南宁 22.82 12515 5 12734 0.8231 成都 30.67 10392 2 10304 0.7553 贵阳 26.58 10327 8 10235 0.8135 昆明 25.02 14194 8 15333 0.9216 拉萨 29.70 21301 8 24151 1.0964 4.5.1 光伏电池组件串联数 将光伏电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压。另外，太阳能光伏电池方阵对蓄电池充电时，光伏电池组件的串联数必须适当。如果串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电。当串联组件的输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当光伏电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。计算方法如下 : / ( ) / ( 5 5 . 2 0 . 7 1 ) / 1 7 . 2 4S R O C F D C O CN U U U U U U （ 4-1） 式中：RU 光伏方阵输出最小电压； OCU 光伏电池组件的最佳工作电压； nts - 22 FU 蓄电池的浮充电压； DU 二极管压降，一般取 0.7V； CU 其他因素引起的压降。 蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关，应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。 4.5.2 光伏电池组件并联数 在确定这个问题之前，我们先确定其相关量的计算方法。 （ 1） 将光伏电池方阵安装地点的太阳能日辐射量iH，转化成在标准光强下的平均日照辐射时数 H(以中国的 中心城市西安的辐射参数为例 ) 2.778/1000（ hrm m / kJ） 为将日辐射量换算为标准光强 1000 2/Wm下的平均日辐射时数的系数。 2 . 7 7 8 / 1 0 0 0 0 1 2 7 8 1 2 . 7 7 8 / 1 0 0 0 0 3 . 5 5iHH （小时） （ 4-2） （ 2） 光伏电池组件日发电量pQ0 . 7 8 3 3 . 5 5 0 . 9 2 7 5 0 . 8 2 . 0 6p O C O P ZQ I H K C (安时 ) （ 4-3） 式中：OCI 光伏电池组件最佳工作电流； OPK 斜面修正系数； ZC 修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取 0.8。 （ 3） 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数WN，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量 nts - 23 1 . 2 4 1 . 6 1 0 4 9 9 . 2o b L LB A Q N (安时 ) （ 4-4） 2 0 0 / 4 8 1 0 4 1 . 6LQ W V H (安时 ) （ 4-5） （ 4） 光伏电池组件并联数的计算方法 ( ) / ( ) ( 4 9 9 . 2 1 5 4 1 . 6 ) / ( 2 . 0 6 1 5 ) 3 6 . 4 3 7P o b W L P WN B N Q Q N （ 4-6） 表达式意为：并联所用光伏电池组件数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发 电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。 （ 5） 光伏电池方阵的功率计算 根据光伏电池组件的串并联数，即可得出所需光伏电池方阵的功率： 1 2 . 2 4 3 7 1 8 0 6O S PP P N N W （ 4-7） 式中：OP 光伏电池组件的额定功率 （ 6） 计算结果 由于光伏电池板既要给蓄电池充电，又要给负载提供所需的电量，因此本设计选用功率为 1806W的光伏电池方阵，需额定功率为 17.2 W的光伏 电池板 4块串联， 37块并联。 4.6 光伏发电系统蓄电池的选用 4.6.1 蓄电池的概念 蓄电池又称二次电池。它与原电池 (又称一次电池 )不同，原电池经放电后，不能使用充电方法使其活性物质复原。而蓄电池经放电后，可用充电方法使活性物质复原，再放电，故能以充电、放电方式循环多次使用。 4.6.2 光伏发电系统蓄电池的选用 光伏发电系统的储能装置主要是蓄电池，其作用是将光伏电池转换出来的电能储存起来以便使用。与光伏电池方阵配套的蓄电池通常在浮充状态下nts - 24 工作，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的电能量比 用电负载所需的电能量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与光伏电池匹配，要求蓄电池工作寿命长而且要维护简单。 能够和光伏电池配套使用的蓄电池种类很多，但目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍锡蓄电池、铿电池等。光伏发电系统中应用的蓄电池一般为铅酸蓄电池，它的价格便宜 ;高低温性能良好 (可在-40-60 的条件下工作 )；易于浮充使用，没有“记忆效应”。国内目前最主要使用的蓄电池为铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的光伏电 源系统，特别是无人值守的工作站。而普通铅酸蓄电池由于需要较强的维护能力及环境污染较大，所以主要用于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅使用于较为特殊的场合。锂电池从各方面性能来看都非常突出且比较轻，配备锂电池当然是首选，但价格昂贵。因此在本设计中选用铅酸蓄电池。 铅酸蓄电池的应用非常的广泛。现在市面上有各种用途的铅酸蓄电池，如固定型防酸式、牵引用、铁路客车用、内燃机用、摩托车用、矿灯用、航标用、航空用等光伏系统中常用的蓄电池是固定型防酸式铅酸 蓄电池，它的电解液较稀，寿命长，适合于浮充使用。 4.6.3 铅酸蓄电池的电池反应 铅酸蓄电池未接负载时，正负极板都与电解液形成双电层，正极板具有正电位，负极板具有负电位，正负极间的电位差就是蓄电池的电动势，其值约为 2.1伏。电解液的比重比同，蓄电池的电动势也不同，铅酸蓄电池的电动势一般可根据下述经验公式计算： 00 . 8 5 (1 5 )E d C （ 4-8） 式中 0(15 )dC表示 15时，极板活性物质为空中电解液的比重， 0.85为铅酸蓄电池的电动势常数。 nts - 25 蓄电池充电过程的化学反应为 : 4 2 4 2 2 42P b S O H O P b S O P b O H S O P b （ 4-9） 正极 水 负极 正极 硫酸 负极 从上式可以看出，充电过程中，正极板上的硫酸铅4PbSO逐渐变为二氧化铅2PbO，负极板上的硫酸铅4PbSO逐渐变为海绵状 Pb。同时，电解液中的硫酸分子逐渐增加，水分子逐渐减少，因此电解液的比重逐渐增加，蓄电池的端电压也逐渐增加，蓄电池充电电流的大小通常用充电率表示。比如，用10小时率充电电流进行充电， 10个小时后充入蓄电池的电量即可达到它的额定容量，因此 10小时率充电电流为： 0 .110C CIC （ 4-10） 式中： C 蓄电池的额定容量。 蓄电池放电过程的化学反应为 : 2 2 4 4 2 42P b O H S O P b P b S O H O P b S O （ 4-11） 正极 硫酸 负极 正极 水 负极 从上式可以看出，在蓄电池放电过程中，正负极板上的活性物质 (2PbO和Pb )都不断地转变为硫酸铅 4PbSO ，由于硫酸铅的导电性能比 较差，所以放电后，蓄电池的内阻增加。此外，在放电过程中，由于电解液中的硫酸逐渐变为水，所以电解液的比重逐渐下降。这样，也使蓄电池的内阻增加，电动势降低。蓄电池的端电压下降到 1.8V时，蓄电池就不应再继续放电。放电终了时，蓄电池放出的电量 Q（即放电电流介与放电时间 t的乘积 )成为蓄电池的容量，通常用 C表示。 4.6.4 铅酸蓄电池的容量设计 / 1 . 2 ( 2 0 0 / 4 8 ) 1 0 1 . 1 / 0 . 7 5 7 3 2 . 2C L L O CB A Q N T C (安时 )（ 4-12） nts - 26 式中 ： A 安全系数，取 1.1-1.4之间； LQ 负载的日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数； LN 最长连阴雨天数； OT 温度修正系数，一般在 0 以上取 1， -10 以上取 1.1， -10 以下取 1.2； C 蓄电池的放电深度，一般铅酸蓄电池取 0.75 因此选用工作电压为 48V，容量为 800Ah的蓄电池。 4.7 本章小结 本章主要内容是太阳能光伏发电系统及其组成， 太阳能光伏电池的原理及其分类，光伏发电系统的计算，以及光伏发电系统蓄电池的选用。 nts - 27 第 5 章 太阳能电池板举升机构设计 5.1 传动类型的选择 选择螺旋传动。螺旋传动的特点： （ 1） 将旋转运动变成直线运动，并能以较小的转矩得到很大的轴向力； （ 2）结构简单，传动平稳，无噪声； （ 3）滑动螺旋可制成自锁机构； （ 4）工作速递一般比较低。 螺旋传动主要由螺杆与螺母组成 14 。除自锁螺旋外，一般用来把旋转运动变成 直线运动，也可以把直线运动变成旋转运动，同时进行能量和力的传递，或者调整零件间的相互位置。当其以传递运动为主，并要求有较高传动精度时，称为传动螺旋。以调整零件间的相互位置为主时，称为调整螺旋。 5.2 螺旋传动的类型特点和选择 根据螺纹副的摩擦状态，螺旋传动可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋 3大类。特点如表 5-1。 表 5-1 螺旋传动的类型和特点 类型 特点 滑动螺旋 1 摩擦阻力大，传动效率低，一般仅 0.3 0.7。当螺纹升角小于摩擦角时，反行程自锁，这时效率低于 0.5； 2 磨损快； 3 运转较 平稳，但低速或微调时易出现爬行现象； 4 螺纹间有侧向间隙，定位精度低，轴向刚度较差； 5 结构简单，制造方便，成本低 1 摩擦阻力小，传动效率在 0.9以上。具有传动的可逆性； 2 工作寿命长，平均约为滑动摩擦的 10倍； 3 运动平稳，运动时无颤动，低速时不爬行； nts - 28 滚动螺旋 4 可得到很高的定位精度和轴向刚度； 5 不能自锁，抗冲击及承受径向载荷的能力差； 6 结构复杂，制造较困难，成本较高 静压螺旋 1 摩擦阻力极小，传动效率在 0.95以上。无自锁性，具有传动的可逆性； 2 磨损小，寿命长 ； 3 承载能力和抗震性好，运动平稳，运动时无颤动，低速时不爬行； 4 反向时无空行程，具有很高的很高的定位精度和轴向刚度； 5 结构复杂，制造困难，成本高 5.3 滑动螺旋传动 滑动螺旋副的螺纹通常为梯形、锯齿形和矩形，特点如表 5-2。 表 5-2 滑动螺旋副的螺纹种类和特点 螺纹种类 代号 主要特点 梯形螺纹 Tr 牙型角 =30，螺纹副的小径和大径处有相等的径向间隙，螺
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号