臧立峰　王成軍　戚翔

摘 要：基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)了一種分層可調(diào)節(jié)式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，具有分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)；采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，綜合控制器對(duì)光伏電池組進(jìn)行控制，保證電動(dòng)三輪車全天候行駛。相對(duì)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，該太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車有太陽(yáng)能電池板可調(diào)節(jié)、采光面積大、能源利用率高、續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為太陽(yáng)能電動(dòng)車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；電動(dòng)三輪車；光伏充電；雙驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)

0 引言

太陽(yáng)能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。一年中地球接受太陽(yáng)光輻射的總量達(dá)5.46×1024J，其中0.01%就能滿足全世界全年的能源要求[1-3]。中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)以每年20%～30%的速度增長(zhǎng)。電動(dòng)三輪車以其適用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、維修簡(jiǎn)單方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上現(xiàn)有電動(dòng)三輪車，主要依靠市電向蓄電池充電后行駛，存在蓄電池充電方式單一、電瓶?jī)?chǔ)存電量有限、一次充電行程短需經(jīng)常充電等問(wèn)題，且有充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、頻次高，續(xù)航里程過(guò)短，能耗大和污染嚴(yán)重等問(wèn)題。電動(dòng)三輪車絕大部分以鉛酸電池為主，鉛酸電池內(nèi)的酸液具有高溶解性，隨便排放會(huì)污染土地并產(chǎn)生鉛蒸氣，更嚴(yán)重的是，這種電池接觸水后，其污染作用可持續(xù)上百年之久[3-5]。如何才能讓電動(dòng)三輪車更"節(jié)能、環(huán)保"，是電動(dòng)三輪車創(chuàng)新設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重大難題。

目前市場(chǎng)上投入使用的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，是在現(xiàn)有電動(dòng)三輪車的基礎(chǔ)上通過(guò)在支架、頂蓬、前欄或后架上固定1～2塊太陽(yáng)板。不僅設(shè)計(jì)粗糙，與車體不協(xié)調(diào)；而且太陽(yáng)能電池板一般都水平固定在車頂，太陽(yáng)能板的利用效率一般在17% 左右，且電池板受光角不可調(diào)，安裝拆卸復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。論文針對(duì)目前太陽(yáng)電動(dòng)三輪車存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，保證電動(dòng)車全天候行駛。

1 整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。車箱與車體焊接為一體，車廂上設(shè)有尾架、前支架和座椅。固定式太陽(yáng)能電池板安裝在車廂的兩個(gè)外側(cè)面上，車廂的下方設(shè)有傳動(dòng)系統(tǒng)，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板與車箱通過(guò)鉸鏈相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的前端通過(guò)前調(diào)節(jié)裝置與前支架相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的后端通過(guò)后調(diào)節(jié)裝置與尾架相連接。

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的后調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括鎖緊螺母、鎖緊螺釘、后連桿。太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的前調(diào)節(jié)裝置，如圖3所示，包括偏心鎖緊手柄、滑塊、連桿。偏心鎖緊手柄與滑塊通過(guò)銷軸相連接，滑塊與前連桿通過(guò)銷軸相連接；連桿與活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板通過(guò)銷軸相連接。使用時(shí)先裝好太陽(yáng)能電池板前后調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)前調(diào)節(jié)裝置，分別把車座椅上滑槽內(nèi)的兩個(gè)偏心鎖緊手柄打開(kāi)，左右移動(dòng)帶動(dòng)連桿使得車廂板旋轉(zhuǎn)，根據(jù)太陽(yáng)光的照射情況調(diào)節(jié)好車箱體的最佳停放位置，保證太陽(yáng)能電池板獲得最佳的光照面積和光照角度。當(dāng)電動(dòng)三輪車無(wú)需充電時(shí)，可將車廂板放下，使太陽(yáng)能電池板分層嵌在車廂板槽內(nèi)。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1）最大時(shí)速：30km/h；2）連續(xù)行程（晴天）：60km；3）電池：24塊0.30m×0.50m的單晶硅太陽(yáng)電池，140W，轉(zhuǎn)換效率18%；4）車凈重：185kg；5）長(zhǎng)×寬×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面積：3.6m2。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的充電方案如圖4所示，它通過(guò)綜合控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池組件所產(chǎn)生的電能的合理分配，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能綜合利用率最大化。當(dāng)綜合控制器檢測(cè)到有電動(dòng)車電池接入時(shí)，先檢測(cè)光伏電池組件的電能輸出狀況，若光照良好電能輸出充足，則直接通過(guò)第一充電控制器對(duì)電動(dòng)車電池進(jìn)行充電，并通過(guò)MPPT功能模塊實(shí)現(xiàn)最大充電功率跟蹤；若光照不足電能輸出不足，則通過(guò)第三充電控制器將蓄電池組儲(chǔ)存的電能對(duì)電動(dòng)車電池充電。若無(wú)電動(dòng)車電池接入或?qū)﹄妱?dòng)車電池充電時(shí)光伏電池組有富余電能，則通過(guò)第二充電控制器對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，以備在光照不足時(shí)提供電能。通過(guò)逆變控制器，還可將蓄電池組的電能以交流220V/50Hz的方式輸出，提高系統(tǒng)電能輸出的通用性。

綜合控制器由圖5所示的六大模塊組成。綜合器的設(shè)計(jì)采用基于改進(jìn)的擾動(dòng)觀察法的MPPT技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出；采用升降壓式或DC-DC轉(zhuǎn)換器，來(lái)適應(yīng)較寬的光伏電池的輸出電壓，適應(yīng)多變的光照環(huán)境；采用ADC方式對(duì)電壓、電流等關(guān)鍵的安全信息采集和保護(hù)電路設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)接口電壓的分析，自動(dòng)選擇輸出電流，優(yōu)先對(duì)電動(dòng)車電池快速充電；通過(guò)LCD液晶顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電電流I、電壓U、功率P、充電狀態(tài)、充電所需剩余時(shí)間等信息的實(shí)時(shí)更新顯示。充電控制器的設(shè)計(jì)采用脈沖式充電技術(shù)以提高充電效率，解決鉛酸蓄電池的極化問(wèn)題，提高蓄電池的壽命；通過(guò)模糊控制與PID控制的結(jié)合，提高了充電系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)快速、安全充電。充電器還設(shè)置了電池溫度監(jiān)測(cè)功能，以保護(hù)控制器與電池的安全。

3 結(jié)論

本文基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，相對(duì)傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)上進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（1）分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)

分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在使用時(shí)，可隨著行車姿態(tài)和太陽(yáng)日照角的變化來(lái)調(diào)整活動(dòng)太陽(yáng)能電池板的展開(kāi)位置，以獲得最佳光照角度和光照面積，保證無(wú)光照死角，高效利用太陽(yáng)光資源。

（2）雙充電、雙驅(qū)動(dòng)工作模式

設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池充電裝置及控制系統(tǒng)可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式的正確和快速切換，保證及時(shí)充電和全天候行駛，解決了傳統(tǒng)電動(dòng)車存在的單一驅(qū)動(dòng)和單一充電的難題。

（3）太陽(yáng)能電池板的嵌入式設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)能嵌入安裝太陽(yáng)能電池板的車箱體，為太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)了減振墊、高透光率的保護(hù)罩和起支撐，能保證太陽(yáng)能電池板的采光、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]日照角可調(diào)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，ZL200920107358.9.

[2]跟蹤式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，200920156374.7.

[3]濱川圭弘.太陽(yáng)能光伏電池及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社.2008（12）：2-5.

[4]馮逸，陳禮播，杜愛(ài)民.太陽(yáng)能汽車發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)用化對(duì)策研究[J].上海汽車，2006（12）：2-5.

[5]王薇，邱大雄，顧樹(shù)華.我國(guó)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源的綜述[J].中國(guó)管理科學(xué)，1997，5（2）：42-49.

[6]盧磊，陳效華，嚴(yán)偉.一種在汽車上應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)的設(shè)計(jì)方案[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2010（l）：71-73.

[7]李文婷，劉宏，陳慧玲.國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展綜述[J].青海電力，2004，23（4）：3-6.

[8]莫松平，陳則韶等.太陽(yáng)電池中光電轉(zhuǎn)換的有效能[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2008. 29（11）：1821- 1825.

[9]王毅，熊大慶，"輕便型"太陽(yáng)能電動(dòng)車造型設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2008，29（5）：123-125.endprint

摘 要：基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)了一種分層可調(diào)節(jié)式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，具有分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)；采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，綜合控制器對(duì)光伏電池組進(jìn)行控制，保證電動(dòng)三輪車全天候行駛。相對(duì)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，該太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車有太陽(yáng)能電池板可調(diào)節(jié)、采光面積大、能源利用率高、續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為太陽(yáng)能電動(dòng)車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；電動(dòng)三輪車；光伏充電；雙驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)

0 引言

太陽(yáng)能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。一年中地球接受太陽(yáng)光輻射的總量達(dá)5.46×1024J，其中0.01%就能滿足全世界全年的能源要求[1-3]。中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)以每年20%～30%的速度增長(zhǎng)。電動(dòng)三輪車以其適用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、維修簡(jiǎn)單方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上現(xiàn)有電動(dòng)三輪車，主要依靠市電向蓄電池充電后行駛，存在蓄電池充電方式單一、電瓶?jī)?chǔ)存電量有限、一次充電行程短需經(jīng)常充電等問(wèn)題，且有充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、頻次高，續(xù)航里程過(guò)短，能耗大和污染嚴(yán)重等問(wèn)題。電動(dòng)三輪車絕大部分以鉛酸電池為主，鉛酸電池內(nèi)的酸液具有高溶解性，隨便排放會(huì)污染土地并產(chǎn)生鉛蒸氣，更嚴(yán)重的是，這種電池接觸水后，其污染作用可持續(xù)上百年之久[3-5]。如何才能讓電動(dòng)三輪車更"節(jié)能、環(huán)保"，是電動(dòng)三輪車創(chuàng)新設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重大難題。

目前市場(chǎng)上投入使用的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，是在現(xiàn)有電動(dòng)三輪車的基礎(chǔ)上通過(guò)在支架、頂蓬、前欄或后架上固定1～2塊太陽(yáng)板。不僅設(shè)計(jì)粗糙，與車體不協(xié)調(diào)；而且太陽(yáng)能電池板一般都水平固定在車頂，太陽(yáng)能板的利用效率一般在17% 左右，且電池板受光角不可調(diào)，安裝拆卸復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。論文針對(duì)目前太陽(yáng)電動(dòng)三輪車存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，保證電動(dòng)車全天候行駛。

1 整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。車箱與車體焊接為一體，車廂上設(shè)有尾架、前支架和座椅。固定式太陽(yáng)能電池板安裝在車廂的兩個(gè)外側(cè)面上，車廂的下方設(shè)有傳動(dòng)系統(tǒng)，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板與車箱通過(guò)鉸鏈相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的前端通過(guò)前調(diào)節(jié)裝置與前支架相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的后端通過(guò)后調(diào)節(jié)裝置與尾架相連接。

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的后調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括鎖緊螺母、鎖緊螺釘、后連桿。太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的前調(diào)節(jié)裝置，如圖3所示，包括偏心鎖緊手柄、滑塊、連桿。偏心鎖緊手柄與滑塊通過(guò)銷軸相連接，滑塊與前連桿通過(guò)銷軸相連接；連桿與活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板通過(guò)銷軸相連接。使用時(shí)先裝好太陽(yáng)能電池板前后調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)前調(diào)節(jié)裝置，分別把車座椅上滑槽內(nèi)的兩個(gè)偏心鎖緊手柄打開(kāi)，左右移動(dòng)帶動(dòng)連桿使得車廂板旋轉(zhuǎn)，根據(jù)太陽(yáng)光的照射情況調(diào)節(jié)好車箱體的最佳停放位置，保證太陽(yáng)能電池板獲得最佳的光照面積和光照角度。當(dāng)電動(dòng)三輪車無(wú)需充電時(shí)，可將車廂板放下，使太陽(yáng)能電池板分層嵌在車廂板槽內(nèi)。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1）最大時(shí)速：30km/h；2）連續(xù)行程（晴天）：60km；3）電池：24塊0.30m×0.50m的單晶硅太陽(yáng)電池，140W，轉(zhuǎn)換效率18%；4）車凈重：185kg；5）長(zhǎng)×寬×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面積：3.6m2。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的充電方案如圖4所示，它通過(guò)綜合控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池組件所產(chǎn)生的電能的合理分配，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能綜合利用率最大化。當(dāng)綜合控制器檢測(cè)到有電動(dòng)車電池接入時(shí)，先檢測(cè)光伏電池組件的電能輸出狀況，若光照良好電能輸出充足，則直接通過(guò)第一充電控制器對(duì)電動(dòng)車電池進(jìn)行充電，并通過(guò)MPPT功能模塊實(shí)現(xiàn)最大充電功率跟蹤；若光照不足電能輸出不足，則通過(guò)第三充電控制器將蓄電池組儲(chǔ)存的電能對(duì)電動(dòng)車電池充電。若無(wú)電動(dòng)車電池接入或?qū)﹄妱?dòng)車電池充電時(shí)光伏電池組有富余電能，則通過(guò)第二充電控制器對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，以備在光照不足時(shí)提供電能。通過(guò)逆變控制器，還可將蓄電池組的電能以交流220V/50Hz的方式輸出，提高系統(tǒng)電能輸出的通用性。

綜合控制器由圖5所示的六大模塊組成。綜合器的設(shè)計(jì)采用基于改進(jìn)的擾動(dòng)觀察法的MPPT技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出；采用升降壓式或DC-DC轉(zhuǎn)換器，來(lái)適應(yīng)較寬的光伏電池的輸出電壓，適應(yīng)多變的光照環(huán)境；采用ADC方式對(duì)電壓、電流等關(guān)鍵的安全信息采集和保護(hù)電路設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)接口電壓的分析，自動(dòng)選擇輸出電流，優(yōu)先對(duì)電動(dòng)車電池快速充電；通過(guò)LCD液晶顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電電流I、電壓U、功率P、充電狀態(tài)、充電所需剩余時(shí)間等信息的實(shí)時(shí)更新顯示。充電控制器的設(shè)計(jì)采用脈沖式充電技術(shù)以提高充電效率，解決鉛酸蓄電池的極化問(wèn)題，提高蓄電池的壽命；通過(guò)模糊控制與PID控制的結(jié)合，提高了充電系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)快速、安全充電。充電器還設(shè)置了電池溫度監(jiān)測(cè)功能，以保護(hù)控制器與電池的安全。

3 結(jié)論

本文基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，相對(duì)傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)上進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（1）分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)

分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在使用時(shí)，可隨著行車姿態(tài)和太陽(yáng)日照角的變化來(lái)調(diào)整活動(dòng)太陽(yáng)能電池板的展開(kāi)位置，以獲得最佳光照角度和光照面積，保證無(wú)光照死角，高效利用太陽(yáng)光資源。

（2）雙充電、雙驅(qū)動(dòng)工作模式

設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池充電裝置及控制系統(tǒng)可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式的正確和快速切換，保證及時(shí)充電和全天候行駛，解決了傳統(tǒng)電動(dòng)車存在的單一驅(qū)動(dòng)和單一充電的難題。

（3）太陽(yáng)能電池板的嵌入式設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)能嵌入安裝太陽(yáng)能電池板的車箱體，為太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)了減振墊、高透光率的保護(hù)罩和起支撐，能保證太陽(yáng)能電池板的采光、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]日照角可調(diào)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，ZL200920107358.9.

[2]跟蹤式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，200920156374.7.

[3]濱川圭弘.太陽(yáng)能光伏電池及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社.2008（12）：2-5.

[4]馮逸，陳禮播，杜愛(ài)民.太陽(yáng)能汽車發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)用化對(duì)策研究[J].上海汽車，2006（12）：2-5.

[5]王薇，邱大雄，顧樹(shù)華.我國(guó)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源的綜述[J].中國(guó)管理科學(xué)，1997，5（2）：42-49.

[6]盧磊，陳效華，嚴(yán)偉.一種在汽車上應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)的設(shè)計(jì)方案[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2010（l）：71-73.

[7]李文婷，劉宏，陳慧玲.國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展綜述[J].青海電力，2004，23（4）：3-6.

[8]莫松平，陳則韶等.太陽(yáng)電池中光電轉(zhuǎn)換的有效能[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2008. 29（11）：1821- 1825.

[9]王毅，熊大慶，"輕便型"太陽(yáng)能電動(dòng)車造型設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2008，29（5）：123-125.endprint

摘 要：基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)了一種分層可調(diào)節(jié)式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，具有分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)；采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，綜合控制器對(duì)光伏電池組進(jìn)行控制，保證電動(dòng)三輪車全天候行駛。相對(duì)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，該太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車有太陽(yáng)能電池板可調(diào)節(jié)、采光面積大、能源利用率高、續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為太陽(yáng)能電動(dòng)車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；電動(dòng)三輪車；光伏充電；雙驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)

0 引言

太陽(yáng)能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。一年中地球接受太陽(yáng)光輻射的總量達(dá)5.46×1024J，其中0.01%就能滿足全世界全年的能源要求[1-3]。中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)以每年20%～30%的速度增長(zhǎng)。電動(dòng)三輪車以其適用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、維修簡(jiǎn)單方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上現(xiàn)有電動(dòng)三輪車，主要依靠市電向蓄電池充電后行駛，存在蓄電池充電方式單一、電瓶?jī)?chǔ)存電量有限、一次充電行程短需經(jīng)常充電等問(wèn)題，且有充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、頻次高，續(xù)航里程過(guò)短，能耗大和污染嚴(yán)重等問(wèn)題。電動(dòng)三輪車絕大部分以鉛酸電池為主，鉛酸電池內(nèi)的酸液具有高溶解性，隨便排放會(huì)污染土地并產(chǎn)生鉛蒸氣，更嚴(yán)重的是，這種電池接觸水后，其污染作用可持續(xù)上百年之久[3-5]。如何才能讓電動(dòng)三輪車更"節(jié)能、環(huán)保"，是電動(dòng)三輪車創(chuàng)新設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重大難題。

目前市場(chǎng)上投入使用的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，是在現(xiàn)有電動(dòng)三輪車的基礎(chǔ)上通過(guò)在支架、頂蓬、前欄或后架上固定1～2塊太陽(yáng)板。不僅設(shè)計(jì)粗糙，與車體不協(xié)調(diào)；而且太陽(yáng)能電池板一般都水平固定在車頂，太陽(yáng)能板的利用效率一般在17% 左右，且電池板受光角不可調(diào)，安裝拆卸復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。論文針對(duì)目前太陽(yáng)電動(dòng)三輪車存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，采用雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式，保證電動(dòng)車全天候行駛。

1 整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。車箱與車體焊接為一體，車廂上設(shè)有尾架、前支架和座椅。固定式太陽(yáng)能電池板安裝在車廂的兩個(gè)外側(cè)面上，車廂的下方設(shè)有傳動(dòng)系統(tǒng)，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板與車箱通過(guò)鉸鏈相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的前端通過(guò)前調(diào)節(jié)裝置與前支架相連接，活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板的后端通過(guò)后調(diào)節(jié)裝置與尾架相連接。

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的后調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括鎖緊螺母、鎖緊螺釘、后連桿。太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的前調(diào)節(jié)裝置，如圖3所示，包括偏心鎖緊手柄、滑塊、連桿。偏心鎖緊手柄與滑塊通過(guò)銷軸相連接，滑塊與前連桿通過(guò)銷軸相連接；連桿與活動(dòng)式太陽(yáng)能電池板通過(guò)銷軸相連接。使用時(shí)先裝好太陽(yáng)能電池板前后調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)前調(diào)節(jié)裝置，分別把車座椅上滑槽內(nèi)的兩個(gè)偏心鎖緊手柄打開(kāi)，左右移動(dòng)帶動(dòng)連桿使得車廂板旋轉(zhuǎn)，根據(jù)太陽(yáng)光的照射情況調(diào)節(jié)好車箱體的最佳停放位置，保證太陽(yáng)能電池板獲得最佳的光照面積和光照角度。當(dāng)電動(dòng)三輪車無(wú)需充電時(shí)，可將車廂板放下，使太陽(yáng)能電池板分層嵌在車廂板槽內(nèi)。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1）最大時(shí)速：30km/h；2）連續(xù)行程（晴天）：60km；3）電池：24塊0.30m×0.50m的單晶硅太陽(yáng)電池，140W，轉(zhuǎn)換效率18%；4）車凈重：185kg；5）長(zhǎng)×寬×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面積：3.6m2。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的充電方案如圖4所示，它通過(guò)綜合控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池組件所產(chǎn)生的電能的合理分配，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能綜合利用率最大化。當(dāng)綜合控制器檢測(cè)到有電動(dòng)車電池接入時(shí)，先檢測(cè)光伏電池組件的電能輸出狀況，若光照良好電能輸出充足，則直接通過(guò)第一充電控制器對(duì)電動(dòng)車電池進(jìn)行充電，并通過(guò)MPPT功能模塊實(shí)現(xiàn)最大充電功率跟蹤；若光照不足電能輸出不足，則通過(guò)第三充電控制器將蓄電池組儲(chǔ)存的電能對(duì)電動(dòng)車電池充電。若無(wú)電動(dòng)車電池接入或?qū)﹄妱?dòng)車電池充電時(shí)光伏電池組有富余電能，則通過(guò)第二充電控制器對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，以備在光照不足時(shí)提供電能。通過(guò)逆變控制器，還可將蓄電池組的電能以交流220V/50Hz的方式輸出，提高系統(tǒng)電能輸出的通用性。

綜合控制器由圖5所示的六大模塊組成。綜合器的設(shè)計(jì)采用基于改進(jìn)的擾動(dòng)觀察法的MPPT技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出；采用升降壓式或DC-DC轉(zhuǎn)換器，來(lái)適應(yīng)較寬的光伏電池的輸出電壓，適應(yīng)多變的光照環(huán)境；采用ADC方式對(duì)電壓、電流等關(guān)鍵的安全信息采集和保護(hù)電路設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)接口電壓的分析，自動(dòng)選擇輸出電流，優(yōu)先對(duì)電動(dòng)車電池快速充電；通過(guò)LCD液晶顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電電流I、電壓U、功率P、充電狀態(tài)、充電所需剩余時(shí)間等信息的實(shí)時(shí)更新顯示。充電控制器的設(shè)計(jì)采用脈沖式充電技術(shù)以提高充電效率，解決鉛酸蓄電池的極化問(wèn)題，提高蓄電池的壽命；通過(guò)模糊控制與PID控制的結(jié)合，提高了充電系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)快速、安全充電。充電器還設(shè)置了電池溫度監(jiān)測(cè)功能，以保護(hù)控制器與電池的安全。

3 結(jié)論

本文基于光伏充電技術(shù)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車，相對(duì)傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)上進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（1）分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)

分層式自動(dòng)折疊太陽(yáng)能電池板可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車在使用時(shí)，可隨著行車姿態(tài)和太陽(yáng)日照角的變化來(lái)調(diào)整活動(dòng)太陽(yáng)能電池板的展開(kāi)位置，以獲得最佳光照角度和光照面積，保證無(wú)光照死角，高效利用太陽(yáng)光資源。

（2）雙充電、雙驅(qū)動(dòng)工作模式

設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池充電裝置及控制系統(tǒng)可保證太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車的雙充電、雙驅(qū)動(dòng)模式的正確和快速切換，保證及時(shí)充電和全天候行駛，解決了傳統(tǒng)電動(dòng)車存在的單一驅(qū)動(dòng)和單一充電的難題。

（3）太陽(yáng)能電池板的嵌入式設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)能嵌入安裝太陽(yáng)能電池板的車箱體，為太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)了減振墊、高透光率的保護(hù)罩和起支撐，能保證太陽(yáng)能電池板的采光、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]日照角可調(diào)的太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，ZL200920107358.9.

[2]跟蹤式太陽(yáng)能電動(dòng)三輪車[P].實(shí)用新型，200920156374.7.

[3]濱川圭弘.太陽(yáng)能光伏電池及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社.2008（12）：2-5.

[4]馮逸，陳禮播，杜愛(ài)民.太陽(yáng)能汽車發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)用化對(duì)策研究[J].上海汽車，2006（12）：2-5.

[5]王薇，邱大雄，顧樹(shù)華.我國(guó)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源的綜述[J].中國(guó)管理科學(xué)，1997，5（2）：42-49.

[6]盧磊，陳效華，嚴(yán)偉.一種在汽車上應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)的設(shè)計(jì)方案[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2010（l）：71-73.

[7]李文婷，劉宏，陳慧玲.國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展綜述[J].青海電力，2004，23（4）：3-6.

[8]莫松平，陳則韶等.太陽(yáng)電池中光電轉(zhuǎn)換的有效能[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2008. 29（11）：1821- 1825.

[9]王毅，熊大慶，"輕便型"太陽(yáng)能電動(dòng)車造型設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2008，29（5）：123-125.endprint