《便携式电动车太阳能充电器》研究报告.doc

便携式电动车太阳能充电器研究报告本产品通过研究太阳能电池板，将光电转换原理应用到电动车充电器上，利用功率电子转换电路实现太阳能与电能的转换，充分利用清洁能源。研制并开发便携式微型充电器，尽可能使充电器结构轻巧、便利，合理安装在电动车上，方便大众使用。1、 研制背景及意义太阳能电动车结构具有轻理、小、巧、美四大特性。车型轻，能大幅度减轻能源的消耗，降低成本；车身小，可在城市中心地带穿街走巷行驶（不超过两人并排骑自行车占用的道路面积），增加道路流量，改善交通状况；结构设计巧妙、实用、紧凑、坚固、耐用；流线型外观，造型美观大方。太阳能电动车以光、电代替油，可节约有限的石油资源。白天，太阳能电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中。在晚间或阴雨天，可以利用家用交流电（220V）进行充电，确保车辆照常行驶。太阳能电动车节能，耗能少，只需采用3-4平米的太阳能电池组件便可行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来做功，热效率比较低，约12%-15%,只有1/3左右的能量用在推动车辆前进上，其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的能量转换不受卡诺循环规律的限制，热效率要高得多，可达到34%-40%,90%的能量用于推动车辆前进。 对于太阳能汽车的研究与设计目前各国都处在一个不断努力探索实现的阶段。目前国外太阳能电动车的设计除了对太阳能的利用外，还大量结合材料，电子，能源的多种性技术。例如：2006巴黎车展，在世界享有良好声誉的世界著名公司venturi向世人展出了一款“自驱式”电动车该款车利用了，太阳能，风能，在不依赖任何天然能源的情况下依然行驶自如。2011年全美首座太阳能快速充电站CHAdeMO日前在三菱汽车北美公司总部亮相。据了解，这个感应式无线充电站是专门为在美国销售的三菱i系列电动汽车量身定制的。我国国内太阳能光伏运用市场尚处于起步阶段，且未来呈加速发展趋势。根据EPIA 资料，2010 年全球16.6GW 的新增组件市场中，中国只使用520MW，占全球市场的3.13%。虽然如此，2010 年中国大陆的新装机量已经超过了过去历年373MW 的累计装机量。2011 年8 月，我国首次对太阳能发电项目设定了统一的基准上网电价，加之欧美市场需求下降带来的全球太阳能光伏产品市场的波动及价格下滑，从另一个角度，大幅降低了国内太阳能电厂的设备采购成本，2011 年以来，国内太阳能光伏发电项目数量大幅增加。我国已经承诺到2020 年单位GDP 的碳排放量缩减到2005 年的45%的水平，这就必须提高可再生能源的比例。国家工业和信息化部编制的太阳能光伏产业“十二五”发展规划中明确提出十二五期间将大力发展我国太阳能光伏发电产业，到2015 年，我国光伏发电装机容量规模计划达到10GW，为2010 年全国装机容量的约11 倍。未来随着我国太阳能屋顶计划、金太阳计划等的实施，国内光伏电站的建设正呈现加速发展趋势。太阳能汽车、太阳能电动自行车目前尚处于“概念车”状态。因为太阳能的不稳定性、分散性（强烈时大约1千瓦/平方米），以及太阳能收集装置效率低，成本高，太阳能直接作为汽车或自行车的动力有几乎是不可逾越的瓶颈，目前还没有解决的可能。但里利用太阳能电池板固定发电装置利用光电转换进行发电，给电动汽车、电动自行车的蓄电池持续充电，再利用功率转换装置进行动力控制，这在目前理论和实践的基础上是可以实现的，具有良好的经济性和实用价值。2、设计方案21技术关键：（1） 将太阳能转换成电力,利用研制的太阳能充电器把太阳能变成适合36V到48V蓄电池充电的电能储存起来。（2） 为了提高太阳能发电效率，采用微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值，反复微扰来趋近太阳能电池板发电的最大功率点。（3）太阳能电池板充电二合一充电器，具备自主设别充电电源、电源保护、蓄电池充电保护等技术特点。22主要技术指标：针对36 V电动车，充电装置的开路输出电压调节为42 V。输出电压波动不超过1。在太阳光照强烈的情况下，充电电流峰值约为400mA，在阴雨天时，充电电流也约有30mA。该装置性能指标如下：Ui为1032 V；Uo为调节电位器，输出3560 V连续可调的电压；最大输出电流为5 A；最大输入电流为16 A；最大输出功率为120 W；DCDC模块转换效率为80。3、 工作原理及性能分析太阳能电动车充电器是在传统的电动车主要构件，即控制器、 蓄电池和电机的基础上增添太阳能电池板和相应实时工作的充电器。系统运行时将太阳能转换成电力, 充电器把太阳能变成的电能储存起来。将太阳光转化为电能、电能的储存以及将电能最大程度地发挥到电机驱动动力上。下图是太阳能电池板组件工作原理图：为了提高太阳能发电效率，可在太阳能电池板与直流/直流转换器电路间串入至少一个电容器，检测电容器充电时电压及电流值，当电容器的电压与电流增加时，由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值，反复微扰来趋近太阳能电池板发电的最大功率点。将太阳能充电器与蓄电池的有效结合，太阳能与电能的合理有效的转换，提高光电转换率，再设计电路，制作模版。注意设计时的电压、保护电路，采用单晶硅多晶硅相结合,表面为多菱采光板体,优质高效晶硅板,对弱光响应特性非常好,光电转换率高达85%以上,无论室内外阳光强弱,可以24小时不间断的吸收光线为电动车自行充电。该产品的与现有的太阳能充电器相比创新点在，具有集市电与太阳能充电于一体的功能，有效地方便了用户使用，结合电动自行车的结构特点，合理设计太阳能电池板的安装位置；所设计集市电、太阳能电池板充电二合一充电器，具备自主设别充电电源、电源保护、蓄电池充电保护等技术特点。下图是便携式太阳能充电器二合一充电的原理图，我们的充电器有两个模块，市电和太阳能模块，这两个模块市电模块优先，当产生冲突时，断开太阳能模块，防止市电模块的大电流损坏元件。太阳能电池 板自动识别模块DC-DC市电蓄电池4、创新点1）集市电与太阳能充电于一体的功能，有效地方便了用户使用。2）结合电动自行车的结构特点，合理设计太阳能电池板的安装位置。3）独特的过压保护技术，防逆充及充满自动断开技术，自动调压功能，确保充电设备的使用安全。4）独特的电动车电池保护功能，由于其连续不断的给电池补充电能，可以防止和消除电池极板硫化，恢复电池容量，有效的延长电池寿命，减轻广大用户的经济负担。5）所设计集市电、太阳能电池板充电二合一充电器，具备自主识别充电电源。6）安装方便，随用随充。5、推广前景、经济效益和社会效益市场大，由于近几年世界油价的飞速上涨，电力价格的上涨，人民对低碳生活的追求，电动车就应运而生，走进千家万户。全国电动车销售量年年翻番。由此可见市场需求量是非常大的。延长电池寿命，由于本产品能持续不断的给电动车补充电能，可以防止和消除电池极板硫化，恢复电池容量，有效延长电池使用寿命，众所周知电动车电池使用寿命一般在一年左右，一组电池的价格要几百元，依此计算，使用一块太阳能光伏充电器就节约了很多费用。减轻了广大用户的经济负担。更重要的是该充电器可以使续行里程得到提高，给用户带来方便，可以轻松地实现骑行者在城乡、城际之间的使用，有效地增大用户的活动半径，更重要的是在使用过程中没有“有去无回”的担忧或者是长时间充电的等待，这样的优越性不是用价格能够衡量的。参考文献1闫智刚，我国电动自行车用铅酸蓄电池的发展，国际电源商情电池技术，2006，05，2刘向阳，电池技术及市场新进展，国际电源商情电池技术，2006，05，3徐保伯，刘务华，刘怡登，电动自行车的发展及其动力电池的选型，电池工业，2003. 104乔亦男，电动车和电动自行车的几种清洁电池，中国自行车，2004，07，17-195 J.J.Hwang, D.Y.Wang, N.C.Shih, D.Y.Lai, C.K.Chen, J. power sources 133(2004)223-2286Luciano Cardinali, Saverio Santomassimo, Marco Stefanon, J. power sources 106(2002)384-3877赵剑.电动汽车蓄电池剩余电量预测方法的研究D.大连理工大学, 2006 . 8高怀.电动汽车电池管理系统的研究D. 武汉理工大学, 2007 . 9周红丽.电动汽车动力电池剩余容量预测及性能分析仿真D. 湖南大学, 2007 . 10张建.电动汽车电池监控系统设计D. 浙江大学, 2006 . 11杨太安.纯电动汽车电源管理系统研究D. 武汉理工大学, 2006 . 12乔国艳.电动汽车电池管理系统的研究与设计D. 武汉理工大学, 2006 . 13田春霞.电动汽车用先进电池的现状及发展J. 电池, 2000,(02) .14杨毅夫.从EVS17看国际电动车及动力电池发展趋势J. 电池, 2001,(04) . 15张军军,孙佩石 ,梁海涛.太阳能电动车车用光伏充电器的设计 J . 电源技术应用 , 2006, ( 9) : 14 - 17.16李春芳，太阳能电动车关键技术研究，吉林大学, 2011.0617孟昭渊,李金刚;太阳能电动自行车 个人交通工具明日之花N;科学时报;2008年18王晓磊,电动自行车的太阳能充电装置研究D,河南农业大学;2011年19李诚芳,电动自行车及其电池A;电动车及新型电池学术交流会论文集C;2003年20孟昭渊，太阳能电动自行车可行性分析与实践A;可再生能源规模化发展国际研讨会暨第三届泛长三角能源科技论坛论文集C;2006年21周涛,詹琼华,电动自行车驱动系统的发展概况A;第十届中国小电机技术研讨会论文集C;2005年22吕丽红;便捷式太阳能充电器的研究与设计J;科技风;2009年16期23陈洁;太阳能多功能充电器的设计研究J;电子技术应用;2008年08期24包文俊;黄长杰;24V/5A太阳能控制器设计J;安徽建筑;2006年04期25袁世建;胥平;尚海涛;市电自动切换在独立光伏系统中的应用J;阳光能源;2009年05期26傅定文;韩莉娅;庄勇;谢建;新型智能化太阳能光伏控制器的研究与应用分析J;阳光能源;2009年05期27王曼丽;城市道路电动自行车的交通安全特性分析D;西南交通大学;2010年28毛桂生;太阳能电池板自动追踪系统的研究D;华南理工大学;2010年29崔立宝;松正公司电动自行车控制器产业发展战略研究D;天津大学;2010年30谢长卫;电动自行车交流伺服控制器研制D;哈尔滨工业大学;2011年31林珊.太阳能发电系统研究D. 广东工业大学 199932赵慧.基于太阳能电动车充电控制系统的研究D. 广东工业大学 200533孔娟.太阳能光伏发电系统的研究D. 青岛大学 200634闫妍.智能型多用途太阳能供电系统D. 辽宁工学院 200735张化德.太阳能光伏发电系统的研究D. 山东大学 200736司俊丽.第三代太阳能电池的效率计算D. 合肥工业大学 200737赵