CN103042938A

CN103042938A - 太阳能电动车

Info

Publication number: CN103042938A
Application number: CN2013100165673A
Authority: CN
Inventors: 鞠振河; 李实�
Original assignee: Liaoning Solar Energy R & D Co Ltd
Current assignee: Liaoning Solar Energy R & D Co Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种太阳能电动车，解决了现有电动车存在的一次充电后的行程较短，需频繁对蓄电池充电等问题，包括车体、支架、太阳能电池板、蓄电池、驱动机构和控制器，其技术要点是：通过支架固定在车体顶部的太阳能电池板采用表面无电极的高效柔性单晶硅太阳能电池板，电极引到与车体顶部集成一体的单晶硅太阳能电池板的背面，利用自动调整工作电压的光伏优化器，将太阳能电池板产生的电能储存到储能蓄电池，自适应实现太阳能电池板输出最大功率点，通过控制器将储能蓄电池的电能提供给驱动机构的电机。因此，其设计合理，结构紧凑，能减轻太阳能电池板的重量，使太阳能电池板准确地跟踪最大功率点，显著提高太阳能的利用效率，延长了储能蓄电池的使用寿命。

Description

太阳能电动车

技术领域

本发明涉及一种太阳能供电的轻型运输装置，特别是一种采用光伏优化器自适应实现MPPT功能的高效节能型太阳能电动车。它主要适于短途、轻载运输，非常适用于农村、偏远地区、城乡结合部、环卫作业或野外作业等。

背景技术

目前，太阳能光伏发电，将太阳能转换成电能是个比较成熟的技术，现已得到广泛的应用。太阳能是一种取之不尽的能源，面对世界性的能源危机，国家也在大力提倡、扶持利用太阳能。在农村、偏远地区、城乡结合部、环卫作业或野外作业等常规能源不便利用的情况下，太阳能可以最大限度地保证我们的各种能源需求。

电动三轮车相比两轮电动车，其功能更全面，发展前景更加广阔。电动三轮车主要由车体、支架、太阳能电池板、蓄电池、驱动机构和控制装置等组成。凭借其具有的环保、节能、便捷、实用等特点，在乡镇、农村市场发展迅猛，并起着越来越重要的作用。只是常规电动三轮车一次充电后的行程较短，需频繁对蓄电池充电。随着油价的上涨，农村道路的不断改善，符合国家新能源政策的太阳能产业必定有较大的发展空间。

现有的太阳能电动车，太阳能电池板均采用铝合金框架，增加了车体本身重量，而且也不美观。据专利文献报导，如申请号为CN201120243299.5公开了一种太阳能电动车，它包括车体、太阳能薄膜电池等件。其特殊之处主要是：在车体顶面上装有太阳能薄膜电池，车体后部装有固定箱，固定箱内安装有控制器、蓄电池、逆变器；车体前部的转把上安装有可以控制电流大小的滑动变阻器，车体前轮的中轴处安装有电动机；太阳能薄膜电池通过导线与控制器相连接，控制器通过导线与蓄电池相连接，蓄电池通过导线与逆变器相连，逆变器通过导线与电动机连接。它解决了目前脚踏车效率低，汽油和柴油游览车浪费能源、污染环境，市电充电的电动车户外充电不方便的问题，适应于电动车外出行使使用。其采用的太阳能电池组件虽然是非晶硅柔性重量轻，但是效率只有6%多一点，专利号为CN200520066064.8中，公开了一种太阳能电动车，包括电源系统、电动车身、控制系统、制动系统、照明系统，其中电源系统由太阳能电池组件、充电控制器及蓄电池组成。所述的太阳能电池组件共有N块，其中N为偶数，N块太阳能电池组件分上、下两层设置在电动车身的顶部，上、下两层各有N/2块太阳能电池组件串联连接，上、下两层的太阳能电池组件镶嵌于车身的顶部，其中下层的太阳能电池组件可以伸展和收缩，上、下两层的太阳能电池组件与车身形成一体化设计。因其采用刚性普通玻璃太阳能电池技术，故存在效率低（效率在14%左右）重量重，严重影响电动车的安全性等缺陷。另外其需要N块太阳能电池板，N必须是偶数，还存在不能使太阳能电池组件与车体的大小进行集成凑偶数块，否则发电效率会受影响的缺陷。如公布号为CN102358196A的“太阳能电动车）中，公开了包有玻璃钢罩的磷酸铁锂电池，因其采用内嵌在支架、以玻璃胶封接的结构，故存在易碎、重量重、玻璃胶封接的结构耐候性差，使用寿命低等缺陷。另外，上述太阳能电动车采用的一般普通太阳能电池板，发电效率低，多数情况下需要市电补充太阳能电池充电才能满足电动车连续行驶里程的要求。如公告号为CN201580268U的“太阳能电动车”中所记载的采用两个蓄电池，由于采用普通太阳能电池板发电效率低，仍存在太阳能动力不足需市电补充问题还有待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电动车，解决了现有电动车存在的一次充电后的行程较短，需频繁对蓄电池充电等问题，其设计合理，结构紧凑，能减轻太阳能电池板的重量，使太阳能电池板准确地跟踪最大功率点，显著提高太阳能的利用效率，延长了储能蓄电池的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：该太阳能电动车包括车体、支架、太阳能电池板、蓄电池、驱动机构和控制器，其技术要点是：通过支架固定在车体顶部的所述太阳能电池板采用表面无电极的高效柔性单晶硅材料，电极引到与车体顶部集成一体的单晶硅太阳能电池板的背面，利用自动调整工作电压的光伏优化器，将太阳能电池板产生的电能储存到储能蓄电池，自适应实现太阳能电池板输出最大功率点，通过控制器将储能蓄电池的电能提供给驱动机构的电机。

所述光伏优化器包括一级辅助电源、参考电源、二级电源、DSP模块、驱动电路和执行电路，一级辅助电源通过集成电路将不同太阳能辐射强度下太阳能电池板产生的电压转变成稳定的12V直流电压，再经过二级电源变换电路将电压稳定在+3.3V；DSP模块通过对光伏阵列的输出及驱动机构的负载电机端的输入电压电流监测，通过运算分别将优化结果通过四个驱动电路分别控制四个开关管导通与截止，实现太阳能电池板的输出按照负载的需求升压、降压，同时找出太阳能功率MPPT。

所述驱动机构采用带差速器的电机驱动车体后轮。

所述车体由底盘、车桥和车轮构成。

本发明专利具有的优点及积极效果是：由于本发明采用表面无电极的高效柔性单晶硅材料作为太阳能电池板，电极引到与车体顶部集成一体的单晶硅太阳能电池板的背面，配合可以提高太阳能发电量40%以上的利用自动调整工作电压的光伏优化器，使得太阳能电动轻型货车能够在有效的车顶面积上集成足够的太阳能电池板，不受偶数奇数的限制，将太阳能电池板产生的电能储存到储能蓄电池，自适应实现太阳能电池板输出最大功率点，最大限度提供太阳能发电量，所以其设计合理，结构紧凑，采用无框无玻璃高效太阳能电池板与车顶一体化技术，不仅能减轻太阳能电池板的重量，是普通太阳能电池板重量的五分之一，而且使太阳能电池板准确地跟踪最大功率点，显著提高太阳能的利用效率。其效率可达20%以上，提供足够的太阳能电力，正常天气条件下基本上不需要市电补充。

太阳能电动车负载电机正常工作时，系统通过控制器将储能蓄电池的电能提供给负载电机，并且控制器起到防止储能蓄电池过冲、过放的作用，延长了储能蓄电池的使用寿命。综合成本及以上因素考虑，本发明的整车机械部分可由冷轧型钢、冷轧板、型材及一定的塑料橡胶件等制成。控制器可采用专用车载控制器及光伏充电控制器；动力布置形式可以是电机后置，后轮驱动，电机带差速器，这样结构更紧凑简单，能减轻车体重量。

太阳能电动车采用光伏优化器，提高系统发电效率40%以上，优化器属于DC/DC优化技术，利用光伏电压作为优化器电源，输入范围在5V～30V的峰值电压范围最大限度的把太阳能功率MPPT（最大功率点跟踪Maximum Power Point Tracking)找到，并提供给蓄电池。输出电压20V－60V范围内，可以在低电压光伏发电情况下，提高输出电压，把最大功率输送给车用系统，也可在光伏输入高电压情况，通过DC/DC直接把光伏能源通过MPPT技术，稳定驱动电机，提高工作效率，减少了储能环节损耗。

太阳能电动车采用高效柔性单晶硅太阳能电池板，电池片表面无电极，通过特殊工艺将电极引到电池片背面，增加了电池片有效发电面积，提高电池片发电效率，使板效率达到20%以上。光伏高效率产生的直流电直接驱动车用电机行驶。无框无玻璃太阳能电池板层压技术与车顶一体集成技术实现了单晶硅太阳能电池板与车体完美结合，实现了轻量化、柔性化、高效化光伏发电车用技术。太阳能电动车采用光伏优化器可自适应实现MPPT功能，根据太阳能电动车电压等级要求，选取太阳能电池板输出最大功率点电压为68V，光伏优化器可自动调整板工作电压，使太阳能电池板能够准确跟踪最大功率点，达到最大功率输出，光伏优化器的使用，可使系统效率提高40%以上。升压/降压相结合高效MPPT技术最大限制利用太阳能发电，低电压时通过升压把最大功率送给车用系统，达到高效发电；高压时通过直接驱动电机有效利用太阳能产生的电力。与现有技术比，本发明采用PET代替玻璃与背板负极高效单晶硅进行层压，实现了既有柔性非晶硅轻便性，又有单晶硅的高效性，通过优化器实现太阳能光伏组件与车顶的完美集合，不受组件单双数量的限制，比普通光伏电动车提高效率40%，是非晶硅效率的4倍以上，消除了普通刚性单晶硅组件重量重，既不美观，发电量又低的缺陷。

附图说明

以下结合附图对本发明专利作进一步描述。

图1是本发明专利的一种整车示意图；

图2是图1卸除太阳能电池板后的车体结构示意图。

图3是光伏优化器系统工作原理图。

图中序号说明：1太阳能电池板、2支架、3车体、4驱动机构、5控制器、6光伏优化器、7蓄电池、8一级辅助电源、9参考电源、10二级电源、11 DSP模块。

具体实施方式：

根据图1～2详细说明本发明专利的具体结构。该太阳能电动车包括车体3、支架2、太阳能电池板1、蓄电池7、驱动机构4和控制器5等件。其中车体3主要由采用冷轧型钢、冷轧板、型材等制成的底盘、车桥和车轮构成；驱动机构4采用带差速器的电机驱动车体后轮，这种驱动机构后置的动力布置形式，结构更紧凑、简单，能减轻车体重量。控制器5可采用专用车载控制器及光伏充电控制器；太阳能电池板1通过支架2固定在车体3顶部,采用表面无电极的高效柔性单晶硅太阳能电池板。电极引到与车体3顶部集成一体的单晶硅太阳能电池板的背面，增加了电池片有效发电面积，提高电池片发电效率，使太阳能电池板1的板效率达到22%。光伏优化器6可自适应实现MPPT功能，根据太阳能电动车电压等级要求，选取太阳能电池板输出最大功率点电压为68V，光伏优化器可自动调整板工作电压，使太阳能电池板能够准确跟踪最大功率点，达到最大功率输出，光伏优化器6的使用，可使系统效率提高10%以上。白天，通过阳光照射在太阳能电池板1上，太阳能电池板1产生的电流通过控制器5，将电能储存到储能蓄电池7中，可为太阳能电动车随时使用时提供电能。综上所述，本发明利用自动调整工作电压的光伏优化器6，将太阳能电池板1产生的电能储存到储能蓄电池7，自适应实现太阳能电池板1输出最大功率点，通过控制器5将储能蓄电池7的电能提供给驱动机构4的电机，可以提高工作效率，减少了储能环节损耗。

上述光伏优化器包括一级辅助电源8、参考电源9、二级电源10、DSP模块11、驱动电路和执行电路等件。一级辅助电源8通过集成电路将不同太阳能辐射强度下太阳能电池板1产生的电压转变成稳定的12V直流电压，再经过二级电源10变换电路将电压稳定在+3.3V；DSP模块11通过对光伏阵列的输出及驱动机构4的负载电机端的输入电压电流监测，通过运算分别将优化结果通过四个驱动电路分别控制四个开关管Q1～Q4的导通与截止，实现太阳能电池板1的输出按照负载的需求升压、降压，同时找出太阳能功率MPPT。

图3中虚线部分表示的是优化器6的执行电路，整套系统通过DSP(Digital Signal Processing数字信号处理)模块11，监测太阳能电池板1光伏输出电压和执行电路输出电压，进行比较，根据太阳能电动车电压等级要求，选取太阳能电池板1输出最大功率点电压为68V，光伏优化器6可自动调整系统工作电压，使太阳能电池板1能够准确跟踪最大功率点，达到最大功率输出，光伏优化器6的使用，可使系统效率提高40%以上。升压/降压相结合高效MPPT技术最大限制利用太阳能发电，低电压时DSP模块11通过执行电路升压把最大功率送给车用系统，达到高效发电；高压时通过DSP模块11通过执行电路直接驱动驱动机构4有效利用太阳能电池板1产生的电力。光伏优化器6系统采用光伏自供电技术、分级供电技术及高效电源设计，减少系统自用电损耗；高精度参考电源9的设计，提高了系统测量精度。太阳能电池板1通过光伏优化器6发出来的电能经过控制器5将电能储存到储能蓄电池7里，当驱动机构4需要工作时，随时可为驱动机构4提供电能使其正常工作。光伏优化器6里面DSP模块11通过四开关变换拓补技术对执行回路进行控制，通过升压降压手段来提高系统的发电量。

图中执行电路里面Q1，Q2，Q3，Q4为开关管；L为电感；C1，C2为电容。

一级辅助电源8通过集成电路将不同太阳能辐射强度下太阳能电池板1产生5V～60V之间的电压转变成稳定的12V直流电压，在经过二级电源10变换电路将电压稳定在+3.3V，为整个光伏优化器6提供电源，节省了外接电源及内部系统电源，使不稳定的太阳能产生的电压变成稳定的可用电源。DSP模块11通过对光伏阵列的输出及驱动机构4（负载端）输入电压电流监测，通过运算分别将优化结果通过四个驱动电路（A1，A2，A3，A4）分别控制Q1、Q2、Q3和Q4四个开关管导通与截止，实现太阳能电池板1的输出按照负载的需求升压、降压。同时找出MPPT最大功率点，提高系统的发电效率，并为负载电机提供电能。

驱动电路通过A1，A2，A3，A4执行DSP11的指令，并实现Q1、Q2、Q3和Q4四个开关管导通与截止。CT1，CT2电流测量传感器（图中未示出），用来准确测量执行电路开关管Q1、Q2、Q3和Q4中的输入、输出电流。

执行电路开关管Q1、Q2、Q3和Q4中，Q1、Q2用来升压，将太阳能电池板输出的不足的电压通过Q1、Q2开断配合，传输给Q3、Q4，升高至所需值。Q3、Q4开断配合实现太阳能电池板1输出过高的电压降低至负载驱动机构4的所需值。开关管Q1、Q2、Q3和Q4同DSP模块11组合，开端控制，找到太阳能电池板1 的MPPT最大功率点，达到系统的高效发电。

太阳能电动车采用光伏优化器，属于DC/DC优化技术，利用光伏电压作为优化器电源，输入范围在5V～30V的峰值电压范围最大限度的把太阳能功率MPPT（最大功率点跟踪Maximum Power Point Tracking)找到，并提供给蓄电池。输出电压20V－60V范围内，可以在低电压光伏发电情况下，提高输出电压，把最大功率输送给车用系统，也可在光伏输入高电压情况，通过DC/DC直接把光伏能源通过MPPT技术，稳定驱动驱动机构，提高工作效率，减少储能环节损耗。

Claims

1. 一种太阳能电动车，包括车体、支架、太阳能电池板、蓄电池、驱动机构和控制器，其特征在于：通过支架固定在车体顶部的所述太阳能电池板采用表面无电极的高效柔性单晶硅太阳能电池板，电极引到与车体顶部集成一体的单晶硅太阳能电池板的背面，利用自动调整工作电压的光伏优化器，将太阳能电池板产生的电能储存到储能蓄电池，自适应实现太阳能电池板输出最大功率点，通过控制器将储能蓄电池的电能提供给驱动机构的电机。

2.根据权利要求1所述的太阳能电动车，其特征在于：所述光伏优化器包括一级辅助电源、参考电源、二级电源、DSP模块、驱动电路和执行电路，一级辅助电源通过集成电路将不同太阳能辐射强度下太阳能电池板产生的电压转变成稳定的12V直流电压，再经过二级电源变换电路将电压稳定在+3.3V；DSP模块通过对光伏阵列的输出及驱动机构的负载电机端的输入电压电流监测，通过运算分别将优化结果通过四个驱动电路分别控制四个开关管导通与截止，实现太阳能电池板的输出按照负载的需求升压、降压，同时找出太阳能功率MPPT。

3.根据权利要求1所述的太阳能电动车，其特征在于：所述驱动机构采用带差速器的电机驱动车体后轮。

4.根据权利要求1所述的太阳能电动车，其特征在于：所述车体由底盘、车桥和车轮构成。