便携式电动车太阳能充电装置
随着电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景，因此针对电动车野外充电不便的情景我设计了一种方便的，便携式太阳能充电装置。便携式电动车太阳能充电装置主要是由太阳能光电池，基于UC2843电流型PWM控制芯片的大功率boost转换器，蓄电池组三个部分组成，其中太阳能光电池和boost转换器是核心部件。根据UC2843电流型PWM控制芯片的结构原理以及功能，分析并设计外部boost转换器，太阳能电池，蓄电池组，连接装置等组件，完成便携式太阳能充电装置整体方案。采用实践设计出具体实物组成图，并将其进行制作得到便携式太阳能充电器的实物。实现：太阳能电池转换的电能输出，经过DC/DC boost转换直接对蓄电池组进行充电。本文设计一个基于UC2843的boost转换器，由光伏电池收集电能经boost转换可为电动车充电的便携式充电装置。abstract With the development of the electric vehicle industry, environmental protection, convenient, low cost by the majority of the users favorite, but the existing shortcomings have been exposed, such as the battery life is not long, the output power is not big enough, the driving distance is not long enough, under certain conditions, the charge is not convenient etc.. Solar energy, as a new, almost inexhaustible low-cost energy, its practical application technology has become more mature. In
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the future, the oil resources have become increasingly exhausted, so there is a wide application prospect. Therefore, in view of the situation of the electric vehicle charging in the field, I designed a convenient, portable solar charging device. Portable electric car solar charging device is mainly composed of solar cell, UC2843 current mode PWM power converter based on boost control chip, the battery group is composed of three parts, the solar cell and the boost converter is the core component. According to the structure principle of UC2843 current PWM control chip and the function, the analysis and design of external boost converter, solar battery, storage battery, connecting device and other components, complete the whole scheme of portable solar charging device. Using the practice to design a specific physical composition diagram, and the production of portable solar charger. Implementation: solar cell conversion of power output, after DC/DC boost conversion directly to the battery pack. In this paper, a UC2843 based boost converter is designed, which can collect the electric energy from the photovoltaic cell and can be charged by the boost.摘要3Abstract 4第一章 绪论 7 （1）研究背景7 （2）研究意义8 （3）国内外电动车发展现状9 （4）本文简介10第二章 光伏系统 11 （1）光伏电池11 （2）光伏系统的发展历程12第三章 电动车光伏充电器 13 （1）太阳能电池板简介及选用13 （2）蓄电池简介及选用14 （3）UC2843控制器选用15 （4）boost转换器选用 16 样机设计及实验 17 （1）初始概念机械及电路构造17 （3）运行原理19 （4）实验装置设计检测20第五章 结论 23参考文献 24致谢 25、绪论1、研究背景 随着经济的增长及越来越多的家庭拥有自己的汽车，人们对化石燃料的依赖与日俱增，随着各国都在加紧石化燃料的寻找，能源危机也日益凸显，我们不难发现寻找新兴可再生能源来替代化石能源势在必行。解决这一问题需要我们依靠开发现有可再生清洁能源，使之实现良性循环，例外汽车能源有效利用率，有害物质的排放，等等一直备受关注。迄今，已投入使用的替代现有纯化石燃料汽车有纯电动汽车，混合燃料汽车等等，它们的诞生标志着我们在新能源开发领域已取得重大突破。近几年电动车凭借低噪音，零排放等优点迅速得到发展，但是现有的电动车必须到固定充电站才能进行充电，带给人们很多不方便的体验，因此使用最普遍最清洁的太阳能作为燃料的太阳能电动车诞生了。研究意义 电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。太阳能充电器顾名思义就是讲近乎可无限使用丶绿色清洁的太阳能经过一系列转换变成我们电动车所需要的电能。太阳能这种无污染的清洁能源在人类活动地区几乎随处可见，而我国幅员辽阔，太阳能资源因此很丰富，打个比方，要是将我国陆地上每年光照量转化为电能大约相当于几万个三峡发电站的总和，而在人际多的地方的光照平均值很适合开发太阳能作为能源。而本文就野外电动车充电不方便等等应急状况时，使用方式很简便的太阳能充电器作为应急能源补充装置使用、或用于日常行车中直接给电动车供电。本系统由太阳能光电池，基于UC2843电流型PWM控制芯片的大功率boost转换器，蓄电池组三个部分等组成。成本低，光电转换效率高，因此可以得到较好的推广使用。国内外电动车发展现状 电动车的发展历史中一共有三次发展高潮期。 19世纪30年代，世界上第一辆直流驱动的电动车在美国问世，到二十世纪初已占据了市场的绝大部分销售量，取代了当时的主要个人交通工具。但是由于20世纪30年代时，高速公路得到了显著的发展。内燃机的诞生因其续航能力比电动车优良的多而取代了电动车。电动车也因此退出了当时的舞台。 第二次电动车发展史上的高潮是20世纪60年代末期，当时内燃机的普及导致了一系列环境污染问题及连锁反应。人们又将退出历史舞台的电动车开始用于开发。但是由于当时政府对内燃机汽车的效率排放进行了有效的监督。导致内燃机带来的问题得到了改善。电动车的开发又被搁浅。 20世纪90年代燃油汽车的高速发展导致能源危机和环境污染的多重矛盾日益凸显，电动车作为对环境污染最小的交通工具随着新的技术和材料的开发，在当时掀起了第三次电动车的发展高潮。虽然电动车能满足人类的在正常需要，但是若是依靠石化燃料发电作为电动车的能源不亚于饮鸩止渴。开发新能源才是解决能源危机的根本方法。本文简介随着电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。太阳能充电器顾名思义就是讲近乎可无限使用丶绿色清洁的太阳能经过一系列转换变成我们电动车所需要的电能。本系统由太阳能光电池，基于UC2843电流型PWM控制芯片的大功率boost转换器，蓄电池组三个部分等组成。成本低，光电转换效率高，使得能够更好的推广。随着化石燃料日益枯竭，寻找新兴能源来替代化石能源是绝对必要的，电能的利用是我们有望摆脱依赖化石能源，而且将太阳能转换为我们熟悉的电能来利用是一种可取的方式，而太阳能这种大量且近乎无限使用的绿色清洁能源正好符合我们对新型能源的要求，所以我认为使用前景和实用以及开发潜力还是很大的，再加上我们现今已拥有较为成熟的光伏系统的技术，因此我设计了这种便携式电动车太阳能充电器。下图是太阳能电动车的原理图太阳能电动车的基本工作原理是：阳光照射到车辆表面的太阳能电池板。然后太阳能电池将吸收到的光能通过boost转换器转化为我们电动车所需要的稳定的电能给蓄电池和装置驱动器供电。第二章、光伏系统1、光伏电池 光伏系统主要由光伏电池组成又叫太阳能电池，与蓄电池这种将内部化学能转化为电能的储能器件不同，光伏电池是一种利用光生伏打效应的原理把太阳能转化为电能的半导体能量转换器件，下图为光伏电池单元结构和其将光能转化为电能的原理图光伏电池的发展 从1958年中国开始研制第一片晶体硅光伏电池以来，到现在已走过半个多世纪的历程据统计，从2002年至今，中国太阳能电池产量猛增了77倍。2008年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。 1839年 法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应；1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池； 1983年美国在加州建立了当时世界上最大的太阳能电厂人类从来未曾停止过追逐太阳的步伐。 法国学者贝克勒尔在1839年发现光伏效应，20世纪50年代开始光电转换的应用研究，1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用太阳电池效率仅为4％，而且成本过高，因此没得到推广。70年代到90年代末，美国日本等发达国家硅半导体光电池成本降低了一个数级，从50$/W降到了5$/W，目前太阳能电池年销售量已超过60MW。电池转换效率提高至15％以上，系统造价和发电成本已降至4$/W和0.25$/W。所以我们采用光能作为电力来源是完全可行的。、电动车光伏充电器太阳能电池板简介及选用对于太阳能电池板我们有三种选取方案：采用单晶硅太阳能电池板、采用多晶硅太阳能电池板、采用非晶硅太阳能电池板，结合本设计和实际使用情况及成本来看，并且太阳能电池板在吸收阳光时需要较好的效率和工作稳定性上述三种中，单晶硅的转化效率较高一般为12％~18％，而且单晶硅工作稳定性较好，故此次设计选用单晶硅太阳能电池板。以下是此次选用单晶硅太阳能电池板的详细构造简述：1.采用高效率的晶体硅太阳能电池片，保证了太阳能板在用电高峰期也可以提供足够的电力。2.太阳能电池片表面涂有二氧化硅涂层可有效防止太阳光的反射，进而提高太阳能板的光电转化效率，最高可达17%。3.层压技术：叠成共5层由上到下依次为：玻璃，EVA，太阳能电池片，EVA，背板。可保证生产出高机械强度，防水，防腐蚀，防震，防扭曲变形的高品质太阳能板，使用寿命长达25年。4.玻璃：采用超白钢化低碳玻璃，具有高透光性，防水，机械强度高，经常时间紫外线照射也不变色的特点，有效保护太阳能电池片。5.EVA：EVA加有抗紫外线剂和固化剂，热压处理中固化形成具有弹性的保护层，并使太阳能电池片和玻璃背这三部分紧密接触，形成一个密封防水的整体，达到保护太阳能板的效果。6.背板：采用TPT板，耐光，防潮，防腐的作用。7.铝框：镀锡的防氧化，防扭曲的铝合金铝框，增加了太阳能电池板的机械强度，使其可以在任何恶劣的环境下正常工作。8.接线盒：接线盒附在太阳能电池板背面，引出太阳能电池板中的电极，以连接外接的用电产品。易拆卸，几乎不需要当地维护。当太阳能板功率较大时，会在接线盒内置支路二极管以保护电路不被高电流烧坏。蓄电池及选用蓄电池是太阳能电动车中最主要的部件之一，主要作用是储存太阳能电池阵列产生的电能，并向负载供电。电池系统是决定太阳能丹东成动力性能和续航能力的关键。目前广泛应用中的各种类别的蓄电池，普遍存在价格昂贵，使用寿命短，外形过于笨重，充电时间过长的缺点，铅酸电池丶镍氢电池和锂离子电池占据了市场绝大部分的市场份额，经过调查其中铅酸电池制造技术较为成熟，价格低电池电压高，高低温性能较好，效率高等优点。是现阶段小型电动汽车和电动车携带蓄电池的第一选择另外两种在现阶段成本过高不适于普及使用。下面是这次选用的铅酸电池的简介：电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。分为排气式蓄电池和免维护铅酸电池。 电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。现今使用的大多是新式密封铅酸蓄电池，相对于老式使用寿命大大提高。UC2843控制器选用UC2843是一种高性能的单端输入式电流型PWM控制性芯片，它的理论最大功率大致可达到500KHz，其正常工作环境能适应绝大部分天气环境，因此可在户外使用，工作温度在零下25摄氏度到零上85摄氏度，能适应大部分户外恶劣条件。而它的最大优点是电路装配很简单，外接部件。电路等非常少。电流控制环由PWM锁存器丶电流检测比较器丶误差放大器和锯齿波振荡电路等组成有14管脚和8管脚两种不同的分装，其内部电路结构图如下图所示转换器设置有欠压锁定电路，预设0.8V的开启关闭差值防止电路在阈值电压附近工作时出现电路振荡的问题，其开启电压设定为8.4V，关闭电压设置为7.6V，UC2843的电源直接由U1提供，并且在UC2843的输入端设置一个34V的齐纳管，保证内部工作电压维持在34V以下，可有效的防止电路因过压工作带来的损坏。UC2843的OUTPUT的端口为图腾柱式输入输出到开关管的平均电流为±200mA，最大峰值为±1A，输出低电平电压为1.5V，输出高电平电压为13.5V，因此适合驱动晶体管和MOSFET管，UC2843内部设置已锁存器保证输出端在一个震荡周期内仅会出现一个单控制脉冲，有效防止静电噪声等干扰以及功率管的超消耗。boost转换器选用Boost转换器原理又被称为并联型开关变换器其电路拓扑结构如下图所示由开关管VT丶续流二极管VD丶储能电感L以及滤波电容C组成开关管的工作频率为几十Hz到几百KHz，在Ton期间导通，在Toff期间断开工作周期T等于两者之和，当VT导通时，L储能，VD反偏截止，此时C向负载供能，当VT截断时，L上电流不能突变,L中存在的感应电势使VD导通给电容充电，并且在此时向负载提供能量，通过控制开关频率以及开通占空比我们可以得到不同的输出电压。第四章、简单样机设计及实验1、初始概念机械及电路构造我所设想的初始概念构造如下：基本boost变换换器电路图构造如下图UC2843控制的boost变换器原理图如下：此处样机中因考虑实际实验的安全性故缩小输入电压只采用30V单晶硅太阳能电池板单板针对36V电动车充电装置开路输出电压定为42V。在实际应用中，储能部分是最容易受损和消耗的部分，因此储能系统成为电动车车载光伏发电系统设计的重要部分。目前以铅酸电池最为合适也最为常用，因此本文以铅酸蓄电池为研究对象进行分析研究。运行原理实验采用功率为30W的单晶硅太阳能电池板单板组成的光伏电池组针对48V电动车充电装置开路输出电压定为42V。太阳能电池转换的电能输出，经过DC/DC boost转换直接对蓄电池组进行充电。此原理简单快捷，减少了很多不必要的部分，适合野外应急状况对电动车进行应急充电或日常行驶中对蓄电池进行直接充电。实验检测结果下图为实验装置书面表达图本文中实验所用电动车外形参数见下表：按目前市面上光伏电池的平均利用效率来算（一般为11%-17%），在AM1.5标准测试条件下，此车顶全部安置光伏电池后，最大输出功率约为130w~170w之间。此实验电动车各部分用电器功率如下表：电机参数如下表：所以根据以上参数来确定本设计可用于辅助电源使用或蓄能以用于应急电源。我所选用的电池板具体参数如下：因为我们电动车车顶有效可装载电池板的面积为1平方米，单片光伏单板面积为0.01平方米，因此完全可装载60片的太阳能光伏电池组。最后我们实际运用到电动车上的光伏电池参数如下：因为我们在装置中增加了DC/DC变换器，似的在不同的光照条件下都能输出稳定电流。 第一次尝试实验中此充电器样机中太阳能电池板选用30W的单晶硅太阳能充电器单板，针对48V电动车，充电器的开路输出电压设置为42V，在实测中，在各种光照情况下输出电压波动不超过1％，在中午阳光光照最强烈的情况时，输出电流峰值为2.75A，输出峰值电压为33.6V，在阴天及雨天是电流也有30mA，此装置性能指标如下：Ui为10V~32V，Uo为调节电位器，输出35V到60V连续可调的电压，最大输出电流为5A，最大输入电流为16A，最大输出功率为90.72W，DC/DC模块损失掉的能量为20％。有效转换率为80％。 所以测试结果显示此样机在光能充足区域完全可以用作电动车的供应电源使用。且电能实际利用效率叫高，由于耗电器只有中间boost转换器，省略了过多的导线和其他装置，使之因中间电能运输损失的电能最小化，因此较为实用。通过更改太阳能电池板的数量，使之输出电能能够达到我们电机所需的电压即可运行电动车乃至电动汽车。、结论实验中此充电器样机中太阳能电池板选用30W的单晶硅太阳能充电器单板，针对48V电动车，充电器的开路输出电压设置为42V，经实测，在各种光照情况下输出电压波动不超过1％，在中午阳光光照最强烈的情况时，输出电流峰值为2.75A，在阴天及雨天是电流也有30mA，此装置性能指标如下：Ui为10V~32V，Uo为调节电位器，输出35V到60V连续可调的电压，最大输出电流为5A，最大输入电流为16A，最大输出功率为90.72W，DC/DC模块损失掉的能量为20％。有效转换率为80％。 所以测试结果显示此样机在光能充足区域完全可以用作电动车的供应电源使用。且电能实际利用效率叫高，由于耗电器只有中间boost转换器，省略了过多的导线和其他装置，使之因中间电能运输损失的电能最小化，因此较为实用。通过更改太阳能电池板的数量，使之输出电能能够达到我们电机所需的电压即可运行电动车乃至电动汽车。随着电动车产业规模的快速扩张，其绿色环保作用已经成为广泛的共识，其对中国经济发展以及绿色中国的促进作用也越来越引起社会的广泛关注，电动车产业是绿色，环保产业，对降低石油消耗，减少环境污染，提高交通效率，提高人民生活水平、促进社会经济发展都起到了举足轻重的作用。 随着电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。参考文献1太阳能电动车关键技术研究_李春芳2基于太阳能电动车充电控制系统的研究_赵慧3电动车车载光伏发电系统的研究与设计_钟长艺.4百度百科5电动车的2KW太阳能充电站的研究与开发_杨金鹏6节能环保经济实用电动车太阳能充电装置迎来大市场_张欣.7维基百科8基于AVR单片机的太阳能电动车光伏控制系统研究_洪波林9中国知网致谢三年的大学生涯即将结束，而对于以后的生活工作又是一个新的起点。两年多的时间老师教给我们很多的专业知识，比如模拟电子技术，数字电子技术，C语言，汽车传感器等，平时我们也会有实验课和实训周，来丰富自己的视野以及动手能力。通过这次课题设计，丰富了自己很多实用的理论知识，提高了设计能力，对当前能源丶电动车市场有了更深层次的了解。通过阅文献资料，开阔了自己的知识面，也懂得了更好的将知识转换到实践中。在此，我还要感谢我的老师丶父母丶同学和朋友等人对我的大力支持，在此衷心感谢你们的支持，这在以后的生活中对我的帮助相当的重要。也是之后步入社会的开始，真正步入社会我们需要学习的不仅是书本知识还有实际应用能力，以及与人沟通与交流的技巧。我会更加努力，回报大家对我寄予的厚望。
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*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
the future, the oil resources have become increasingly exhausted, so there is a wide application prospect. Therefore, in view of the situation of the electric vehicle charging in the field, I designed a convenient, portable solar charging device. Portable electric car solar charging device is mainly composed of solar cell, UC2843 current mode PWM power converter based on boost control chip, the battery group is composed of three parts, the solar cell and the boost converter is the core component. According to the structure principle of UC2843 current PWM control chip and the function, the analysis and design of external boost converter, solar battery, storage battery, connecting device and other components, complete the whole scheme of portable solar charging device. Using the practice to design a specific physical composition diagram, and the production of portable solar charger. Implementation: solar cell conversion of power output, after DC/DC boost conversion directly to the battery pack. In this paper, a UC2843 based boost converter is designed, which can collect the electric energy from the photovoltaic cell and can be charged by the boost.摘要3Abstract 4第一章 绪论 7 （1）研究背景7 （2）研究意义8 （3）国内外电动车发展现状9 （4）本文简介10第二章 光伏系统 11 （1）光伏电池11 （2）光伏系统的发展历程12第三章 电动车光伏充电器 13 （1）太阳能电池板简介及选用13 （2）蓄电池简介及选用14 （3）UC2843控制器选用15 （4）boost转换器选用 16 样机设计及实验 17 （1）初始概念机械及电路构造17 （3）运行原理19 （4）实验装置设计检测20第五章 结论 23参考文献 24致谢 25、绪论1、研究背景 随着经济的增长及越来越多的家庭拥有自己的汽车，人们对化石燃料的依赖与日俱增，随着各国都在加紧石化燃料的寻找，能源危机也日益凸显，我们不难发现寻找新兴可再生能源来替代化石能源势在必行。解决这一问题需要我们依靠开发现有可再生清洁能源，使之实现良性循环，例外汽车能源有效利用率，有害物质的排放，等等一直备受关注。迄今，已投入使用的替代现有纯化石燃料汽车有纯电动汽车，混合燃料汽车等等，它们的诞生标志着我们在新能源开发领域已取得重大突破。近几年电动车凭借低噪音，零排放等优点迅速得到发展，但是现有的电动车必须到固定充电站才能进行充电，带给人们很多不方便的体验，因此使用最普遍最清洁的太阳能作为燃料的太阳能电动车诞生了。研究意义 电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。太阳能充电器顾名思义就是讲近乎可无限使用丶绿色清洁的太阳能经过一系列转换变成我们电动车所需要的电能。太阳能这种无污染的清洁能源在人类活动地区几乎随处可见，而我国幅员辽阔，太阳能资源因此很丰富，打个比方，要是将我国陆地上每年光照量转化为电能大约相当于几万个三峡发电站的总和，而在人际多的地方的光照平均值很适合开发太阳能作为能源。而本文就野外电动车充电不方便等等应急状况时，使用方式很简便的太阳能充电器作为应急能源补充装置使用、或用于日常行车中直接给电动车供电。本系统由太阳能光电池，基于UC2843电流型PWM控制芯片的大功率boost转换器，蓄电池组三个部分等组成。成本低，光电转换效率高，因此可以得到较好的推广使用。国内外电动车发展现状 电动车的发展历史中一共有三次发展高潮期。 19世纪30年代，世界上第一辆直流驱动的电动车在美国问世，到二十世纪初已占据了市场的绝大部分销售量，取代了当时的主要个人交通工具。但是由于20世纪30年代时，高速公路得到了显著的发展。内燃机的诞生因其续航能力比电动车优良的多而取代了电动车。电动车也因此退出了当时的舞台。 第二次电动车发展史上的高潮是20世纪60年代末期，当时内燃机的普及导致了一系列环境污染问题及连锁反应。人们又将退出历史舞台的电动车开始用于开发。但是由于当时政府对内燃机汽车的效率排放进行了有效的监督。导致内燃机带来的问题得到了改善。电动车的开发又被搁浅。 20世纪90年代燃油汽车的高速发展导致能源危机和环境污染的多重矛盾日益凸显，电动车作为对环境污染最小的交通工具随着新的技术和材料的开发，在当时掀起了第三次电动车的发展高潮。虽然电动车能满足人类的在正常需要，但是若是依靠石化燃料发电作为电动车的能源不亚于饮鸩止渴。开发新能源才是解决能源危机的根本方法。本文简介随着电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。太阳能充电器顾名思义就是讲近乎可无限使用丶绿色清洁的太阳能经过一系列转换变成我们电动车所需要的电能。本系统由太阳能光电池，基于UC2843电流型PWM控制芯片的大功率boost转换器，蓄电池组三个部分等组成。成本低，光电转换效率高，使得能够更好的推广。随着化石燃料日益枯竭，寻找新兴能源来替代化石能源是绝对必要的，电能的利用是我们有望摆脱依赖化石能源，而且将太阳能转换为我们熟悉的电能来利用是一种可取的方式，而太阳能这种大量且近乎无限使用的绿色清洁能源正好符合我们对新型能源的要求，所以我认为使用前景和实用以及开发潜力还是很大的，再加上我们现今已拥有较为成熟的光伏系统的技术，因此我设计了这种便携式电动车太阳能充电器。下图是太阳能电动车的原理图太阳能电动车的基本工作原理是：阳光照射到车辆表面的太阳能电池板。然后太阳能电池将吸收到的光能通过boost转换器转化为我们电动车所需要的稳定的电能给蓄电池和装置驱动器供电。第二章、光伏系统1、光伏电池 光伏系统主要由光伏电池组成又叫太阳能电池，与蓄电池这种将内部化学能转化为电能的储能器件不同，光伏电池是一种利用光生伏打效应的原理把太阳能转化为电能的半导体能量转换器件，下图为光伏电池单元结构和其将光能转化为电能的原理图光伏电池的发展 从1958年中国开始研制第一片晶体硅光伏电池以来，到现在已走过半个多世纪的历程据统计，从2002年至今，中国太阳能电池产量猛增了77倍。2008年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。 1839年 法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应；1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池； 1983年美国在加州建立了当时世界上最大的太阳能电厂人类从来未曾停止过追逐太阳的步伐。 法国学者贝克勒尔在1839年发现光伏效应，20世纪50年代开始光电转换的应用研究，1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用太阳电池效率仅为4％，而且成本过高，因此没得到推广。70年代到90年代末，美国日本等发达国家硅半导体光电池成本降低了一个数级，从50$/W降到了5$/W，目前太阳能电池年销售量已超过60MW。电池转换效率提高至15％以上，系统造价和发电成本已降至4$/W和0.25$/W。所以我们采用光能作为电力来源是完全可行的。、电动车光伏充电器太阳能电池板简介及选用对于太阳能电池板我们有三种选取方案：采用单晶硅太阳能电池板、采用多晶硅太阳能电池板、采用非晶硅太阳能电池板，结合本设计和实际使用情况及成本来看，并且太阳能电池板在吸收阳光时需要较好的效率和工作稳定性上述三种中，单晶硅的转化效率较高一般为12％~18％，而且单晶硅工作稳定性较好，故此次设计选用单晶硅太阳能电池板。以下是此次选用单晶硅太阳能电池板的详细构造简述：1.采用高效率的晶体硅太阳能电池片，保证了太阳能板在用电高峰期也可以提供足够的电力。2.太阳能电池片表面涂有二氧化硅涂层可有效防止太阳光的反射，进而提高太阳能板的光电转化效率，最高可达17%。3.层压技术：叠成共5层由上到下依次为：玻璃，EVA，太阳能电池片，EVA，背板。可保证生产出高机械强度，防水，防腐蚀，防震，防扭曲变形的高品质太阳能板，使用寿命长达25年。4.玻璃：采用超白钢化低碳玻璃，具有高透光性，防水，机械强度高，经常时间紫外线照射也不变色的特点，有效保护太阳能电池片。5.EVA：EVA加有抗紫外线剂和固化剂，热压处理中固化形成具有弹性的保护层，并使太阳能电池片和玻璃背这三部分紧密接触，形成一个密封防水的整体，达到保护太阳能板的效果。6.背板：采用TPT板，耐光，防潮，防腐的作用。7.铝框：镀锡的防氧化，防扭曲的铝合金铝框，增加了太阳能电池板的机械强度，使其可以在任何恶劣的环境下正常工作。8.接线盒：接线盒附在太阳能电池板背面，引出太阳能电池板中的电极，以连接外接的用电产品。易拆卸，几乎不需要当地维护。当太阳能板功率较大时，会在接线盒内置支路二极管以保护电路不被高电流烧坏。蓄电池及选用蓄电池是太阳能电动车中最主要的部件之一，主要作用是储存太阳能电池阵列产生的电能，并向负载供电。电池系统是决定太阳能丹东成动力性能和续航能力的关键。目前广泛应用中的各种类别的蓄电池，普遍存在价格昂贵，使用寿命短，外形过于笨重，充电时间过长的缺点，铅酸电池丶镍氢电池和锂离子电池占据了市场绝大部分的市场份额，经过调查其中铅酸电池制造技术较为成熟，价格低电池电压高，高低温性能较好，效率高等优点。是现阶段小型电动汽车和电动车携带蓄电池的第一选择另外两种在现阶段成本过高不适于普及使用。下面是这次选用的铅酸电池的简介：电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。分为排气式蓄电池和免维护铅酸电池。 电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。现今使用的大多是新式密封铅酸蓄电池，相对于老式使用寿命大大提高。UC2843控制器选用UC2843是一种高性能的单端输入式电流型PWM控制性芯片，它的理论最大功率大致可达到500KHz，其正常工作环境能适应绝大部分天气环境，因此可在户外使用，工作温度在零下25摄氏度到零上85摄氏度，能适应大部分户外恶劣条件。而它的最大优点是电路装配很简单，外接部件。电路等非常少。电流控制环由PWM锁存器丶电流检测比较器丶误差放大器和锯齿波振荡电路等组成有14管脚和8管脚两种不同的分装，其内部电路结构图如下图所示转换器设置有欠压锁定电路，预设0.8V的开启关闭差值防止电路在阈值电压附近工作时出现电路振荡的问题，其开启电压设定为8.4V，关闭电压设置为7.6V，UC2843的电源直接由U1提供，并且在UC2843的输入端设置一个34V的齐纳管，保证内部工作电压维持在34V以下，可有效的防止电路因过压工作带来的损坏。UC2843的OUTPUT的端口为图腾柱式输入输出到开关管的平均电流为±200mA，最大峰值为±1A，输出低电平电压为1.5V，输出高电平电压为13.5V，因此适合驱动晶体管和MOSFET管，UC2843内部设置已锁存器保证输出端在一个震荡周期内仅会出现一个单控制脉冲，有效防止静电噪声等干扰以及功率管的超消耗。boost转换器选用Boost转换器原理又被称为并联型开关变换器其电路拓扑结构如下图所示由开关管VT丶续流二极管VD丶储能电感L以及滤波电容C组成开关管的工作频率为几十Hz到几百KHz，在Ton期间导通，在Toff期间断开工作周期T等于两者之和，当VT导通时，L储能，VD反偏截止，此时C向负载供能，当VT截断时，L上电流不能突变,L中存在的感应电势使VD导通给电容充电，并且在此时向负载提供能量，通过控制开关频率以及开通占空比我们可以得到不同的输出电压。第四章、简单样机设计及实验1、初始概念机械及电路构造我所设想的初始概念构造如下：基本boost变换换器电路图构造如下图UC2843控制的boost变换器原理图如下：此处样机中因考虑实际实验的安全性故缩小输入电压只采用30V单晶硅太阳能电池板单板针对36V电动车充电装置开路输出电压定为42V。在实际应用中，储能部分是最容易受损和消耗的部分，因此储能系统成为电动车车载光伏发电系统设计的重要部分。目前以铅酸电池最为合适也最为常用，因此本文以铅酸蓄电池为研究对象进行分析研究。运行原理实验采用功率为30W的单晶硅太阳能电池板单板组成的光伏电池组针对48V电动车充电装置开路输出电压定为42V。太阳能电池转换的电能输出，经过DC/DC boost转换直接对蓄电池组进行充电。此原理简单快捷，减少了很多不必要的部分，适合野外应急状况对电动车进行应急充电或日常行驶中对蓄电池进行直接充电。实验检测结果下图为实验装置书面表达图本文中实验所用电动车外形参数见下表：按目前市面上光伏电池的平均利用效率来算（一般为11%-17%），在AM1.5标准测试条件下，此车顶全部安置光伏电池后，最大输出功率约为130w~170w之间。此实验电动车各部分用电器功率如下表：电机参数如下表：所以根据以上参数来确定本设计可用于辅助电源使用或蓄能以用于应急电源。我所选用的电池板具体参数如下：因为我们电动车车顶有效可装载电池板的面积为1平方米，单片光伏单板面积为0.01平方米，因此完全可装载60片的太阳能光伏电池组。最后我们实际运用到电动车上的光伏电池参数如下：因为我们在装置中增加了DC/DC变换器，似的在不同的光照条件下都能输出稳定电流。 第一次尝试实验中此充电器样机中太阳能电池板选用30W的单晶硅太阳能充电器单板，针对48V电动车，充电器的开路输出电压设置为42V，在实测中，在各种光照情况下输出电压波动不超过1％，在中午阳光光照最强烈的情况时，输出电流峰值为2.75A，输出峰值电压为33.6V，在阴天及雨天是电流也有30mA，此装置性能指标如下：Ui为10V~32V，Uo为调节电位器，输出35V到60V连续可调的电压，最大输出电流为5A，最大输入电流为16A，最大输出功率为90.72W，DC/DC模块损失掉的能量为20％。有效转换率为80％。 所以测试结果显示此样机在光能充足区域完全可以用作电动车的供应电源使用。且电能实际利用效率叫高，由于耗电器只有中间boost转换器，省略了过多的导线和其他装置，使之因中间电能运输损失的电能最小化，因此较为实用。通过更改太阳能电池板的数量，使之输出电能能够达到我们电机所需的电压即可运行电动车乃至电动汽车。、结论实验中此充电器样机中太阳能电池板选用30W的单晶硅太阳能充电器单板，针对48V电动车，充电器的开路输出电压设置为42V，经实测，在各种光照情况下输出电压波动不超过1％，在中午阳光光照最强烈的情况时，输出电流峰值为2.75A，在阴天及雨天是电流也有30mA，此装置性能指标如下：Ui为10V~32V，Uo为调节电位器，输出35V到60V连续可调的电压，最大输出电流为5A，最大输入电流为16A，最大输出功率为90.72W，DC/DC模块损失掉的能量为20％。有效转换率为80％。 所以测试结果显示此样机在光能充足区域完全可以用作电动车的供应电源使用。且电能实际利用效率叫高，由于耗电器只有中间boost转换器，省略了过多的导线和其他装置，使之因中间电能运输损失的电能最小化，因此较为实用。通过更改太阳能电池板的数量，使之输出电能能够达到我们电机所需的电压即可运行电动车乃至电动汽车。随着电动车产业规模的快速扩张，其绿色环保作用已经成为广泛的共识，其对中国经济发展以及绿色中国的促进作用也越来越引起社会的广泛关注，电动车产业是绿色，环保产业，对降低石油消耗，减少环境污染，提高交通效率，提高人民生活水平、促进社会经济发展都起到了举足轻重的作用。 随着电动车产业的发展，其环保，便捷，成本低的优点深受广大使用者的喜爱，但其已有的缺点也相继暴露，如蓄电池寿命不长，输出功率不够大，行驶距离不够长，在某些条件下充电不方便等等。而太阳能作为一种新兴的，近乎于取之不尽的低成本能源，其实际应用技术也已趋于成熟化。在石油资源日益枯竭的当代必定有很广阔的实际应用前景。参考文献1太阳能电动车关键技术研究_李春芳2基于太阳能电动车充电控制系统的研究_赵慧3电动车车载光伏发电系统的研究与设计_钟长艺.4百度百科5电动车的2KW太阳能充电站的研究与开发_杨金鹏6节能环保经济实用电动车太阳能充电装置迎来大市场_张欣.7维基百科8基于AVR单片机的太阳能电动车光伏控制系统研究_洪波林9中国知网致谢三年的大学生涯即将结束，而对于以后的生活工作又是一个新的起点。两年多的时间老师教给我们很多的专业知识，比如模拟电子技术，数字电子技术，C语言，汽车传感器等，平时我们也会有实验课和实训周，来丰富自己的视野以及动手能力。通过这次课题设计，丰富了自己很多实用的理论知识，提高了设计能力，对当前能源丶电动车市场有了更深层次的了解。通过阅文献资料，开阔了自己的知识面，也懂得了更好的将知识转换到实践中。在此，我还要感谢我的老师丶父母丶同学和朋友等人对我的大力支持，在此衷心感谢你们的支持，这在以后的生活中对我的帮助相当的重要。也是之后步入社会的开始，真正步入社会我们需要学习的不仅是书本知识还有实际应用能力，以及与人沟通与交流的技巧。我会更加努力，回报大家对我寄予的厚望。
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