泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 楊德日 郭成英 魏 浩 吳蒙蒙 張志強(qiáng)

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一種新型太陽能鋰電池電動自行車的設(shè)計研究

泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 楊德日 郭成英 魏 浩 吳蒙蒙 張志強(qiáng)

【摘要】面對社會環(huán)保意識的不斷提高，國家政策扶持太陽能的發(fā)展，以及鉛酸電池將逐步被鋰電池替換的大趨勢，本文對電動自行車進(jìn)行研究并改進(jìn)，設(shè)計出太陽能鋰電池電動自行車，將太陽能鋰電池作為新能源替代鉛酸電池，提高太陽能的轉(zhuǎn)化率和電池的利用率，節(jié)約能源并減少環(huán)境污染，為人們的出行和節(jié)能環(huán)保做出一定的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】電動自行車；太陽能；鋰電池

目前的電動自行車能源一般為鉛酸電池，但鉛酸電池會造成環(huán)境污染。相對于鉛酸電池來說，鋰電池有以下優(yōu)點：壽命長，容量大，充電快，重量輕。節(jié)能環(huán)保是電動自行車的發(fā)展方向，隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋰電池電動自行車有望取代當(dāng)今的鉛酸電池電動自行車。電動車鋰電池的供能問題也會變得日趨嚴(yán)重，新的電動車供能裝置將會有很大的發(fā)展空間。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有成熟的技術(shù)來利用太陽能發(fā)電，并且太陽能鉛酸蓄電池已得到廣泛的應(yīng)用，但太陽能力鋰電池的應(yīng)用卻沒有那么廣泛。如果將太陽能、鋰電池與電動自行車結(jié)合起來，設(shè)計一種既能正常充電，也能利用太陽能充電，并且還可以登腳助力充電的鋰電池電動自行車，不僅可以方便人們對電動自行車隨時充電和儲電，而且能節(jié)約資源和減少環(huán)境污染。

本設(shè)計把電動自行車從電池、充電、車型、太陽能電池板等方面進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計出太陽能鋰電池電動自行車。將太陽能充電板、鋰電池和電動自行車結(jié)合是本設(shè)計的重點。提高太陽能電池板的效率和兩組鋰電池自動切換交替充電是本設(shè)計的難點。

1　方案選擇

由于鉛酸電池具有記憶效應(yīng)，即充即用的情況會在原有的二氧化鉛極板結(jié)上一層晶狀物，然后充電再還原的二氧化鉛就在這層晶狀物上積累新的二氧化鉛就會越來越厚，導(dǎo)致電量嚴(yán)重虧損。而鋰電池可以即充即用，但是為了避免蓄電池邊充電邊放電時放熱量過大減少電池壽命的情況，所以本項目采用太陽能電池板為兩組鋰電池交替充電的技術(shù)，具有轉(zhuǎn)換效率高、工作穩(wěn)定性、壽命長等特點。由于太陽能電池板在發(fā)電的過程中會產(chǎn)生較大熱量，因此將太陽能電池板安裝在車軸處，電動自行車在行駛的過程中有風(fēng)可以為太陽能電池板降溫，可以大大提高發(fā)電的效率，而登腳助力可以及時的為鋰電池充電并有效地保護(hù)電機(jī)、電池。

本設(shè)計將太陽能鋰離子電池作為電動機(jī)的能源，為電動自行車設(shè)計了新的充電裝置，太陽電池板為兩組鋰電池自動切換交替充電，圖1和圖2是本設(shè)計初步設(shè)計的自動切換電路和兩路充電路的電路原理圖。

圖1　自動切換電路的電路原理

將太陽能電池板安裝在車輪車軸處，太陽能電池板的兩端連有萬向轉(zhuǎn)軸，可以跟隨太陽光的強(qiáng)弱，增大太陽光對太陽能電池板的照射面積，并且增加太陽能電池板與太陽光垂直照射的時間。雙面的太陽能電池板隨時隨地都可以吸收太陽能，電動自行車在運(yùn)動過程中有風(fēng)的流動，可以為太陽能電池板降溫，從而提高發(fā)電效率。

本設(shè)計采用太陽能電池板為兩組鋰電池自動切換交替充電的技術(shù)，電動自行車用其中一組的電量的同時，太陽能電池板為另一組鋰電池充電，同時助力腳蹬連接電磁線圈發(fā)電，可以將每次腳蹬的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能給鋰電池充電，避免了鋰電池邊充電邊放電時放熱量過大而導(dǎo)致的減少電池壽命的情況發(fā)生。電動車太陽能采集裝置擬采用單晶硅、多晶硅相結(jié)合，表面為多菱采光板體，優(yōu)質(zhì)高效晶硅板，對弱光響應(yīng)特性非常好，光電轉(zhuǎn)換率高，無論室內(nèi)外陽光強(qiáng)弱，可以吸收光線并24小時不間斷的為電動車的鋰電池自行充電，能夠滿足太陽能鋰電池電動車的不同用電負(fù)載。

如果每一輛鋰電池的電動自行車都能都安裝上高效率的太陽能電池板，并改進(jìn)電池充電的方式，在人們使用電動自行車的同時大大提升了電池的使用壽命，節(jié)約大量的電能，緩解了能源短缺的問題。

圖2　兩路充電電路的原理

2　結(jié)語

本文面對國家政策支持太陽能的發(fā)展及鉛酸電池將逐步被鋰電池替換的大趨勢，把電動自行車從電池、充電、車型、太陽能電池板等方面進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計出太陽能鋰電池電動自行車。為電動自行車電動機(jī)提供能源的主要是存儲在蓄電池中的電能，而電能主要是由太陽能裝置利用光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成的。太陽能鋰電池電動自行車既能正常充電，也能利用太陽能充電，并且還可以登腳助力充電，并且本設(shè)計使用的是壽命長、容量大、充電快、重量輕的鋰電池，所以其

攜帶性更加方便，結(jié)構(gòu)性能更加卓越。本設(shè)計為電動自行車設(shè)計了新的太陽能充電裝置，及時有效地補(bǔ)充電動車在外行駛途中的電量，增強(qiáng)行駛電能，維護(hù)和延長了鋰電池電池使用壽命。節(jié)約大量的能源并有效地減少對環(huán)境的污染，具有很好的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景。

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楊德日（1993—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院2012級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，在校期間先后獲“太陽能鋰電池電動自行車改進(jìn)裝置”、“有害氣體智能檢測系統(tǒng)研發(fā)”、“承泰數(shù)碼創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊”等兩項泰安市大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目及五項國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目。

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