新能源汽车运用技术模块五太阳能汽车课件

1、模块五 太阳能汽车重庆工商职业学院新能源汽车运用技术重庆工商职业学院太阳能汽车 目录太阳能汽车概述1太阳能汽车结构与原理2重庆工商职业学院为什么要研究太阳能汽车？ 汽车用的燃料是汽油和柴油等，它们都是从石油中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能再生的，用一点就少一点，总有一天要用完。据科学家们预计，目前世界上已探明的石油储量将于2020年左右被采尽。因此，汽车将会出现挨受“饥饿”的危险，人类将面临着能源的挑战。产生背景产生背景 从另一方面来说，石油本身就是一种宝贵的化工原料，可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。把石油作为燃料烧掉了，不但十分可惜，而且还污染了人类赖以生存的环境。重庆工商

2、职业学院产生背景 解决这个难题的唯一可行办法，就是加紧开发新能源。而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。重庆工商职业学院重庆工商职业学院太阳能汽车太阳能汽车概述1 太阳能汽车结构与原理2重庆工商职业学院本任务主要需要理解并学会运用以下知识：国内外太阳能汽车的现状与发展太阳能汽车的组成和分类 学习任务 1 太阳能汽车概述重庆工商职业学院情景 1 太阳能汽车的发展1.国外发展历史1）世界上第一辆太阳能汽车于1978年在英国研制成功，时速达到13公里。2）1982年墨西哥研制出一种外形像三轮摩托车的太阳能汽车，速度达到每小时40公里。3）1999年5月巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车

3、，最高时速超过100km。4）在1987年澳大利亚首届太阳能汽车比赛上，有7个国家的25辆太阳能汽车参加了比赛。在这次大赛中，美国“圣雷易莎”号太阳能赛车以44小时54分的成绩跑完全程，夺得了冠军。5）2003年的澳大利亚太阳能汽车比赛上，由荷兰制造的“Nuna II”太阳能汽车取得了冠军，它以30小时54分钟的时间跑完了3010公里的路程，创造了太阳能汽车最高时速170公里的新世界纪录。重庆工商职业学院 （1）1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进了北京中南海的勤政殿，向中央领导汇报。 （2）1996年，清华大学参照日本能登竞赛规范，研制了“追日”号太阳能汽车。重

4、800公斤左右,最高车速达80公里每小时，造价为7.8万美元。 （3）2001年全国高校首辆可载人的太阳能电动车“思源号”在上海交通大学诞生。无需任何助动燃料，只要在阳光下晒三、四个小时，便能轻松跑上10多公里。 2.我国发展历史重庆工商职业学院讨论： 目前我国对太阳能汽车的研究是否有政策鼓励和资金支持？具体体现在哪些方面？思考： 未来太阳能汽车的普及还需要在哪些方面努力？重庆工商职业学院（1）能源系统（2）阳光跟踪器（3）驱动系统（4）控制器1、太阳能汽车的组成情景 2 太阳能汽车的组成分类重庆工商职业学院2.太阳能汽车的分类 太阳能汽车按照用途分分为比赛用车和实用型车。 重庆工商职业学院

5、太阳能汽车按照车身材料分分为三类：重庆工商职业学院学习任务 2 太阳能汽车结构与原理本任务主要需要理解并学会运用以下知识：太阳能汽车能源系统太阳能汽车驱动系统太阳能汽车控制系统太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统重庆工商职业学院1. 太阳能电池的基本结构： 情景 1 太阳能汽车能源系统 太阳能电池管理全部电力的供应和收集工作，相当于普通汽车的油箱。 重庆工商职业学院2.太阳能电池的工作原理 太阳能电池发电的原理是半导体的光电效应，一般半导体的主要结构如图所示，硅原子的最外层轨道上有4个价电子。当硅晶体中掺入三价的硼元素时，硅晶体中就会存在着

6、空穴，因为硼元素周围只有三个电子，硅原子周围中的三个正电荷与硼元素周围的三个电子形成共价键，剩余的一个正电荷也就是空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，从而形成P型半导体，型半导体主要是利用空穴导电。它的形成可以参照图5-7。同样的，当掺入五价磷元素以后，就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半导体，型半导体主要是利用自由电子导电。 重庆工商职业学院重庆工商职业学院 当P型和N型半导体结合在一起时，由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，就会出现浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形

7、成一个特殊的薄层电势差，这就是PN结。 重庆工商职业学院 当光线照射在太阳电池表面时，光子的能量传递给硅原子，其能量会使电子空穴对释放出来。每个携带足够能量的光子通常会正好释放一个电子，从而产生一个自由的空穴。如果这发生在离电场足够近的位置，或者自由电子和自由空穴正好在它的影响范围之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被破坏，如果我们提供一个外部电流通路，则电子会经过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在那里与电场发送的空穴合并。从而形成从N型区到P型区的电流，并在PN结两侧集聚形成电位差。通过在光伏电池的顶部和底部安放金属触点，可以将电流引出来，以供使用。当外部电路

8、接通时，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。重庆工商职业学院重庆工商职业学院3.太阳能电池技术硅太阳能电池：目前市场上销售的光伏电池大都是以单晶硅为原料生产的。但是这种方法实际消耗的硅材料较多，硅成本价格较高。为节省材料，又发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。有机太阳能电池：有机太阳能电池是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流。纳米晶电池：新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。它的优点在于廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本

9、仅为硅太阳电池的1/51/10寿命能达到20年以上。此类电池的研究已成为目前太阳能电池研究领域的一大热点，具有广阔的前景和潜在的商业价值。重庆工商职业学院不同太阳能电池材料的比较 重庆工商职业学院1、太阳能汽车的电动机 大多数太阳能电动汽车采用的是双线圈交流无刷电机进行驱动，这种交流无刷电机是轻质材料制造，非常适合于太阳能电动汽车“轻”的要求。情景 2 太阳能汽车驱动系统重庆工商职业学院太阳能电动汽车的驱动模式主要有以下三种： 轴式驱动系统。由于双线圈电动机的设计，轴式电动机去除了许多外加的传送设备，提高了驾驶车辆的效率，缩减了用于驱动车轮而需要的能量，安装和拆卸也更加方便，不占据车体空间，有

10、利于布置蓄电池 机电一体化驱动系统。由左右两个双联式电动机带动两根半轴来分别驱动两个车轮。这种采用两根半轴来驱动车轮的驱动模式，使结构更加紧凑，是电动汽车的主要驱动形式。 轮式电机驱动系统。是将电动机直接装在电动汽车的车轮里，用来直接驱动电动汽车的驱动轮。这种驱动形式不但提高了传动效率，不占电动汽车的本身和底盘空间，而且减少了车辆的悬挂重量。目这是前所有电动汽车主要采取的驱动设计方案。轮式电机驱动系统可以两轮驱动，也可以设计四轮驱动。这是太阳能电动汽车驱动设计中的最佳驱动方案。2.太阳能汽车的动力传动装置重庆工商职业学院 固定传动比的皮带传递。行驶车速由电动机的转速来控制。 售可变传动比的皮带

11、传递。行驶车速的改变由电动机转速控制和传动比控制的同时作用实现。 Hub Motor电动机直接驱动车轮。没有传动装置，车轮转速与电动机转速一致。 与太阳能电动汽车三种驱动模式相对应的动力传递可以通过以下三种方式来实现：重庆工商职业学院 控制系统应起到以下三个方面的作用： 按要求给出稳定的电压、电流； 蓄电池过充电或过放电时可以报警或自动切断电路； 负载发生短路时可以自动切断电源电路。 1.控制系统的作用 情景 3 太阳能汽车控制系统重庆工商职业学院 控制系统分为硬件和软件两部分。其硬件结构主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、指示或显示电路及键盘电路等部分组成。软件设计包括有主程序、定时中断程序、A/D转换子程序、外部转换子程序及键盘处理子程序、充放电管理子程序、负载管理子程序等。2.控制系统的结构重庆工商职业学院能量转换器。通过开环控制能量转换器提供蓄电池持续稳定的充电电压，以保证蓄电池的储电量。电动机控制器。通过电动机控制器实现对电动机的调速，控制蓄电池的放电量，以保证长时间持续放电。驾驶系统。