CN207481672U - 一种车载太阳能供电装置 - Google Patents

Abstract

一种车载太阳能供电装置，包括太阳能电池板，太阳能电池板经过DC/DC变换器连接蓄电池，蓄电池连接汽车用电器系统；所述的蓄电池经过电量监测器连接ECU控制器，ECU控制器同时连接太阳能电池板、DC/DC变换器和发电机；所述的发电机经过电压调节器连接蓄电池；所述的太阳能电池板采用双层结构布置，上层太阳能电池板固定在车顶，下层太阳能电池板能够收纳在上层太阳能电池板的下方，下层太阳能电池板工作状态下能够增大太阳能电池板的受光率。本实用新型能够在不停车的情况下实现太阳能电池板的最大功率追踪充电和发电机的恒压充电，并且通过匹配合适的蓄电池，提高了供电系统的使用寿命。

Description

一种车载太阳能供电装置

技术领域

本实用新型涉及节能环保领域，具体涉及一种车载太阳能供电装置。

背景技术

太阳能作为一种新兴的清洁能源，被广泛应用于生活的方方面面。申请号为CN201010586434.6的实用新型公开了一种电动汽车太阳能充电装置，此装置只能实现车辆静止时太阳能板横向展开对蓄电池的充电，无法实现车辆行驶时的实时供电功能，并且太阳能板张开面积过大，影响其他路人、车辆的通行。而申请号为CN201310171670.5的实用新型公开了一种车载太阳能供电系统，此系统仅实现了太阳能板对蓄电池的直接供电要求，无法满足阴雨天、黑夜等极端情况下车辆对电力供给的要求，也无法满足电池板出现故障时对蓄电池继续充电的需求。传统汽车设置太阳能电池后，就能够实现对蓄电池的充电工作。但是，由于车顶面积和太阳能电池的受光率有限，以及采用普通的充电模式，使得蓄电池充电效果并不理想，而且单一的充电模式无法满足极端条件下车辆用电器对电能的需求。同时，太阳能发电在汽车用电器的整体用电量和蓄电池冷起动电流匹配上也不尽合理，使得蓄电池的使用寿命大大缩减。为了解决上述问题，需要一种新型的车载太阳能供电装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种车载太阳能供电装置，能够在不停车的情况下实现太阳能电池板的最大功率追踪充电和发电机的恒压充电。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：包括太阳能电池板，太阳能电池板经过DC/DC变换器连接蓄电池，蓄电池连接汽车用电器系统；

所述的蓄电池经过电量监测器连接ECU控制器，ECU控制器同时连接太阳能电池板、DC/DC变换器和发电机；所述的发电机经过电压调节器连接蓄电池；所述的太阳能电池板采用双层结构布置，上层太阳能电池板固定在车顶，下层太阳能电池板能够收纳在上层太阳能电池板的下方，下层太阳能电池板工作状态下能够增大太阳能电池板的受光率。

所述的太阳能电池板经过DC/DC变换器也能够直接连接汽车用电器系统。

所述的ECU控制器的硬件电路包括控制电路以及能够实时调整太阳能电池板工作电压的Buck电路；所述的控制电路包括辅助电源电路、驱动电路、蓄电池电压检测电路以及太阳能极板电压检测电路；辅助电源电路与发电机连接，驱动电路与DC/DC变换器连接，蓄电池电压检测电路与电量监测器连接，太阳能极板电压检测电路与太阳能电池板连接。

所述的辅助电源电路包括型号为LM2931的电源管理芯片以及不同大小并联式组合的电源滤波电容，能够更好地滤掉低频、高频信号，其中常使用的小电容为0.1μF的瓷片电容。

所述的Buck电路包括晶体管V、滤波电容C和电感L，晶体管V采用MOSFET管。

所述晶体管V的最大导通电流为34A、最大承受电压为90V、通态电阻为0.04Ω；电感L选择0.50mH/10A的电感，滤波电容C选择100V/220F的电容；所述的驱动电路采用前级驱动，并采用了P0.7、P0.20和P0.25作为三个MOSFET管的栅极控制信号。

所述的上层太阳能电池板采用卡扣固定在车顶，所述的下层太阳能电池板通过滑轨以及滚珠丝杠安装在上层太阳能电池板的下方，滚珠丝杠连接能够驱动其动作的电动机。

所述滚珠丝杠的型号为SFU3205-4，电动机选择功率为60kW、型号为STM17S-1的集成式步进电机。所述的ECU控制器包括型号为STC12C5206AD的控制器芯片。

所述蓄电池的容量为80Ah，电池冷起动电流为350A。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：当太阳能电池板正常工作时，通过ECU控制器实时监测太阳能电池阵列两端的工作点电压，经过ECU控制器分析判断后，实时调整太阳能电池阵列两端的工作电压，使太阳能电池阵列能始终输出最大功率，实现对蓄电池的最大功率追踪充电控制。ECU控制器同时连接发电机，发电机经过电压调节器连接蓄电池，当太阳能电池板不能工作时，通过发电机与电压调节器，保证蓄电池仍然能够正常的充电、放电，即实现恒压充电控制。本实用新型的太阳能电池板安装在车顶，不会影响周围行人及其他车辆的通行，太阳能电池板采用双层结构布置，上层太阳能电池板固定在车顶，下层太阳能电池板能够收纳在上层太阳能电池板的下方，工作状态下能够增大太阳能电池板的受光率，同时避免了汽车只能停车充电的问题。

进一步的，本实用新型蓄电池的容量为80Ah，电池冷起动电流为350A，根据汽车用电器的用电量来估算蓄电池的容量，根据一般起动机额定输出功率为2.2KW，选用的蓄电池低温放电电流应该大于起动机低温起动的电流，并且保证端电压要有15-30秒的稳定放电时间，以满足用电器的整体用电量和蓄电池冷起动电流的需要。本实用新型通过匹配了合适的蓄电池，有利于提高供电系统的使用寿命。

进一步的，本实用新型上层太阳能电池板采用卡扣固定在车顶，方便拆卸。下层太阳能电池板通过滑轨以及滚珠丝杠安装在上层太阳能电池板的下方，滚珠丝杠连接能够驱动其动作的电动机，通过电动机来带动丝杠转动，实现了太阳能电池板伸缩的功能。

附图说明

图1本实用新型太阳能电池板的安装结构示意图；

图2本实用新型的整体结构框图；

图3本实用新型Buck电路的原理示意图；

附图中：1-小轴承；2-滚珠丝杠；3-电机；4-下层太阳能电池板；5-丝杠螺母；6-底座；7-支柱；8-上层太阳能电池板；9-滑轨；10-太阳能电池板；11-DC/DC变换器；12-汽车用电器系统；13-蓄电池；14-电压调节器；15-发电机；16-ECU控制器；17-电量监测器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图1，本实用新型的太阳能电池板采用了两层布置，其中上层太阳能电池板8采用两块纵向布置，下层太阳能电池板4采用一块布置。这样可以充分利用车顶的面积，尽可能地提高发电量。电池板支架采用上层组件固定，支柱7与底座6之间用螺栓连接，与太阳能电池板10之间则采用卡扣固定，方便拆卸，在沿车头方向上，前两个支柱间安装两个滑轨9，便于下层组件伸缩和固定。下层太阳能板4与丝杠螺母5在水平面平行固定，通过型号为STM17S-1型的电机3来带动滚珠丝杠2转动，将旋转运动转化成直线运动，使连接下层组件的丝杠螺母副沿丝杠轴向做平移运动，以实现太阳能电池板伸缩的功能。其中，为防止滚珠丝杆2旋转时出现晃动，将滚珠丝杆2另一端通过小轴承1固定到底座6上；STM17S-1型的电机3可直接与ECU控制器16相连，通过脉冲信号控制电机3的正反转和转速。

太阳能电池板10选择峰值功率为100W的DS-1050540太阳能板。

参见图2，本实用新型的整体结构包括太阳能电池板10、DC/DC变换器11、蓄电池13、ECU控制器16、电量监视器17、发电机15以及电压调节器14。

该装置在工作时，具体的操作步骤如下：

步骤01：车辆点火启动，上层太阳能电池板10受光开始工作，Buck电路同时启动，并不断寻找太阳能电池的发电最大功率点；

步骤02：DC/DC变换器11实现电压变换，将电压一部分输出给蓄电池13；一部分直接输出给汽车用电器系统12；

步骤03：电量监视器17及时检测蓄电池电量及蓄电池充、放电工作情况，并将信息及时反馈给驾驶者；同时ECU控制器16实时检测上层太阳能极板8两端的电压以及输出功率；

如果太阳能电池板输出功率不满足最大值要求，转入步骤04：

步骤04：Buck电路开始重新寻找最大功率点，并在新的最大功率点下继续工作充电；

若车辆受光照强度影响，仅靠上层太阳能电池板10不能满足对蓄电池13的充电和汽车用电器系统12的供电量，转入步骤05；

步骤05：ECU控制器16发送脉冲信号，控制STM17S-1型的电机3正转，同时带动滚珠丝杠2正转；丝杠螺母5带动下层太阳能电池板4沿丝杠的轴向向外做平移运动；丝杠螺母5移动到丝杠外端指定位置后，ECU控制器16停止发送脉冲信号，电机3停止旋转；

步骤06：上下两层太阳能电池板同时工作，即步骤02-04；

若光照强度有所改善，仅靠上层太阳能电池板就能实现供电、充电。

转入步骤07：

步骤07：ECU控制器16再次发送脉冲信号，控制STM17S-1型的电机3反转，并带动滚珠丝杠2反转；丝杠螺母5带动下层太阳能电池板4沿丝杠轴向向内做平移运动；丝杠螺母5移动到丝杠内端指定位置后，ECU控制器16停止发送脉冲信号，电机3也停止旋转；

若车辆在夜间行驶或因太阳能电池板故障，导致太阳能电池板无法正常工作。

转入步骤08：

步骤08：电量监视器17将反馈信息输送给ECU控制器16，ECU控制器16对反馈信息分析处理后，控制发动机齿轮与发电机齿轮啮合，发动机驱动发电机15工作发电；电压调节器12调节充电电压，对蓄电池13进行恒压充电；若汽车停车熄火，则整个装置停止工作。

参见图3，本实用新型Buck电路主要由晶体管V、滤波电容C和电感L构成。晶体管V采用MOSFET管，根据MOSEFT管的电压和电流的设计裕量，同时兼顾光照强度以及温度的变化对峰值电流和开路电压的影响，对晶体管进行选择。在电感选择上要考虑到电路的平波效果好的同时，兼顾输出的电流波动小和整体电路的动态响应延迟小等因素的要求。

作为上述方案的进一步优化，选择最大导通电流为34A，最大承受电压为90V，通态电阻为0.04Ω的MOSFET；选择0.50mH/10A的电感和100V/220F的电容。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载太阳能供电装置，其特征在于：包括太阳能电池板(10)，太阳能电池板(10)经过DC/DC变换器(11)连接蓄电池(13)，蓄电池(13)连接汽车用电器系统(12)；

所述的蓄电池(13)经过电量监测器(17)连接ECU控制器(16)，ECU控制器(16)同时连接太阳能电池板(10)、DC/DC变换器(11)和发电机(15)；所述的发电机(15)经过电压调节器(14)连接蓄电池(13)；所述的太阳能电池板(10)采用双层结构布置，上层太阳能电池板(8)固定在车顶，下层太阳能电池板(4)能够收纳在上层太阳能电池板(8)的下方，下层太阳能电池板(4)工作状态下能够增大太阳能电池板(10)的受光率。

2.根据权利要求1所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的太阳能电池板(10)经过DC/DC变换器(11)也能够直接连接汽车用电器系统(12)。

3.根据权利要求1所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的ECU控制器(16)的硬件电路包括控制电路以及能够实时调整太阳能电池板(10)工作电压的Buck电路；所述的控制电路包括辅助电源电路、驱动电路、蓄电池电压检测电路以及太阳能极板电压检测电路；辅助电源电路与发电机(15)连接，驱动电路与DC/DC变换器(11)连接，蓄电池电压检测电路与电量监测器(17)连接，太阳能极板电压检测电路与太阳能电池板(10)连接。

4.根据权利要求3所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的辅助电源电路包括型号为LM2931的电源管理芯片以及不同大小并联式组合的电源滤波电容。

5.根据权利要求3所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的Buck电路包括晶体管V、滤波电容C和电感L，晶体管V采用MOSFET管。

6.根据权利要求5所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述晶体管V的最大导通电流为34A、最大承受电压为90V、通态电阻为0.04Ω；电感L选择0.50mH/10A的电感，滤波电容C选择100V/220F的电容；所述的驱动电路采用前级驱动，并采用了P0.7、P0.20和P0.25作为三个MOSFET管的栅极控制信号。

7.根据权利要求1所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的上层太阳能电池板(8)采用卡扣固定在车顶，所述的下层太阳能电池板(4)通过滑轨(9)以及滚珠丝杠(2)安装在上层太阳能电池板(8)的下方，滚珠丝杠(2)连接能够驱动其动作的电动机(3)。

8.根据权利要求7所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(2)的型号为SFU3205-4，电动机(3)选择功率为60kW、型号为STM17S-1的集成式步进电机。

9.根据权利要求1所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述的ECU控制器(16)包括型号为STC12C5206AD的控制器芯片。

10.根据权利要求1所述的车载太阳能供电装置，其特征在于：所述蓄电池(13)的容量为80Ah，电池冷起动电流为350A。