千里续航可伸缩式节能电动车设计说明书

章建胜 金姣 黄易辰

概要：本文是利用自行设计的太阳能电动车充电系统安装在普通电动车上，将太阳能电池板输出的直流电，通过控制器内部调压装置，调节出充足的电能供蓄电池充电，使太阳能提供主要动力成为了可能。设计过程利用电工电子技术相关知识，完成了充电控制器的设计。在加工过程中，同学们利用所学的数控车工、数控铣工、钳工、焊接等加工方法，自主完成了充電控制器的组合与安装，成功的投入了实际使用。

1研制背景及意义

1.1背景

近年来国家对太阳能光伏产业的支持政策不断，长期以来，浙江省一直提倡节能减排计划，支持以企业为主体，充分发挥高校和科研院所的优势，加强产学研合作，积极引进国外先进节能减排技术与管理经验。组织对共性、关键节能减排技术攻关，大力推广先进适用的节能降耗和污染减排新技术、新工艺、新设备、新材料，加快产业化进程。这为本产品的改造提供了政策支持[9，10]。据调查中国电动车社会保有量已近3亿辆。通过计算得出用60V32AH电瓶，充一次，耗电量=60*32*80%*130%*150%/1000=3度电，3×6=18度电。假设太阳能充电的电动车市场保有量为1亿量可以节约18*10000000=18亿度电。这对节能减排而言意义重大。

1.2本作品设计目的

这次的设计是以太阳能光伏发电为前提，把太阳光转化为电能提供给电动车来利用。首先研究的是如何实现能量转化，将太阳能电池板输出的直流电，通过控制器内部调压装置，调节出充足的电能供蓄电池充电，使太阳能提供主要动力成为了可能。

同时为了使太阳能的利用效率达到最高，本文自制了折叠推拉式导轨来安装两块太阳能板，展开面积翻倍扩大，大大提高了太阳能的利用率。本作品设计将2块0.44x0.36m太阳能板改装在储物箱位置，利用自制导轨实现抽拉功能，提高了太阳能的利用率。即行驶中可以收纳两块太阳能板来控制电动车整体尺寸，停放时可以展开，使最大接受太阳能面积可达0.31m2，输出电功率约为40W，用其为电动车的48v蓄电池充电只需8小时，即可充满，续航能力约为40公里，即可实现电动车边走边充，大大提高蓄电池的使用寿命，最大解决了电动车行程短的难题。本团队完成了太阳能电动车的的改造设计和加工制造，并投入了实际使用。

2 设计方案

2.1电路设计

整套电路控制系统由核心装置太阳能逆变器、发电装置太阳能板、电池、还有我们的辅助装置太阳光跟踪装置四部分组成。在太阳能板与逆变器的连接上，我们采用内部走线的方式使太阳能板线路使得连接线得以隐藏。发电装置则由两块功率为20w的太阳能板串联组成，通过太阳能逆变器将低电压转换成适合电瓶的电压进行充电。最后我们根据太阳光对地球的照射角度来进行一个太阳能板对太阳光的追踪，从而找到一个可以在太阳下山之前一直能补充到电能的角度，来防止太阳能板因太阳光照射不足导致的逆变器供电不足或供电不及时的现象。

2.2机械部分

此次试验的目的在于将太阳能电动车产品化，市场化。所以选用性价比较高的钢化玻璃太阳能电池板。就三轮车尺寸而言，应选择尽可能大的电池板，最终使用的电池板的开路电压为17.82V，最大功率为 20 W，外形尺寸为433*356*25，重量为 1kg，数量为2个。

另外，我们根据太阳光对地球的照射角度来进行一个太阳能板对太阳光的追踪实验，从而达到一个可以在太阳下山之前一直能补充到电能的角度，来防止太阳能板因太阳光照射不足导致的逆变器供电不足或供电不及时的现象。因此，我们焊接导轨时，采用错层倾斜式的焊接方式。焊接方式连接比普通连接方式（如螺栓连接，螺纹连接等）在牢固程度会有明显提高。新增的导轨，使太阳能板收纳空间更小，吸收光能的面积更大，效率更高。

在制作我们导轨式太阳能存放柜实物时，我们用数控机床对其进行了去除材料的加工方法来得到想要的零部件，安装过程通过钳工加工方法制作了辅助零部件，最后通过错层倾斜焊接的形式完成了实物的加工与安装。

3 工作原理及性能分析

3.1工作原理

首先，太阳能板可由光至电直接转换，方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光至电转换的基本装置就是太阳能电池。我们通过太阳能板发电，将太阳能电池板输出的直流电，通过控制器内部调压装置，调节出充足的电能供蓄电池充电，使太阳能提供主要动力成为了可能。下图3-1为太阳能板电路图，图3-2逆变器电路原理图。

3.2性能分析

我们采用太阳能板的光电转化效率为百分之十九，在采用了两块太阳能板的情况下将电动车充满电需要七至八个小时。而普通电动车在使用电瓶充电时充满电需要十小时。从充电时间看，太阳能充电明显比普通电瓶充电更快速。同时普通电瓶充电需要交流电，行程较长时会出现续航无力的情况。而太阳能电池充电在有光照情况下即充即行，更加便捷。

在改装之前，先对实验数据进行简单计算。电动车平路行驶速度在 20 km/h 的情况下时，电流取平均值，电机平均功率约为 ：P=UI=60×5=300W可见电机是在轻载状态下运行。共行驶约 40 千米，用时2 小时，测试过程中车辆总耗电量约为 ：W1=PT=300×2=600 Wh=0.6 k Wh。60V 20 Ah 蓄电池总储能量理论计算为 ：

蓄电池总储能量理论计算为 ：W2=UIT=60×20×1=1200 Wh=1.2 k Wh在测试过程中，蓄电池放电深度为 ：Dod= W1/W2=0.6/1.2=50%蓄电池储存的电能并未完全释放，属于中等深度放电，这对蓄电池使用寿命有益。

在电池耗尽的情况下（4-6 A 电流，电池电压降到约52 V），发现该车的最大行驶距离约为 42 km。由于条件限制，测试只在平路进行，没有做上下坡测试（如果有坡路，行驶距离会减小），但在测试过程中做了频繁的加减速。

改装后，测试车辆的电气性能。测试前一天不接太阳能电池板，将电动车电池能量耗尽，电压降到52V。第二天接好太阳能充电回路，用太阳能电池板充电直至日落（8小时），测量电池电压达到68 V 之后开始测试。在平路上行驶 40 千米后电压降到52V。由此可以得出，若嘉兴地区晴天日照一天，则40 W 的太阳能电池板所产生的能量可以供电动车行驶 40千米左右。

4 创新点及应用

（1）本设计采用太阳能板-逆变器-蓄电池的简单设计，实现了太阳能转化为电能并完成对电瓶的充电，设计简单成本低廉，解决了太阳能电动车改造价格昂贵的问题，让电动车改造的实际价值大大提高。

（2）本作品通过自制的导轨伸缩式太阳能板存放柜的设计，解决的行车安全问题，同时大大的提高了太阳能的利用率，使得续航能力大大提升，解决了电动车行程短的难题。

（3）在太阳能板的安装过程中，采用错层倾斜式的安装方式，解决了太阳能板在太阳光非垂直照射时的照射不足的问题，防止了逆变器出现供电不足或供电不及时的现象。

参考文献

[1]赵林，王志坤 . 一种太阳能三轮电动车 [J]. 电子世界，2014（4）：169.

[2]梁伟铭，韩晓东，谢起成 . 太阳能赛车峰值功率跟踪器的设计 [J].电子技术应用，2004，30（8）：34-36.

[3]周玉丰 . 太阳能电动车最大功率点跟踪模糊控制仿真研究 [J]. 制造业自动化，2011，33（15）：52-55.