太阳能电动汽车发展前景与运用分析学士学位论文.doc

摘要太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。当华尔街风暴席卷全球时，各先进技术国家无不在新能源领域下赌注、投资本，以期获得经济复兴。特别是以汽车产业为经济支柱的国家，尤其在新能源汽车动力上力图有所创新和发展，如在电动汽车、燃料电池汽车领域纷纷投入巨资，而在太阳能汽车领域更是探索不止，力度加大。由于太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用，属于太阳能光发电技术。光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此也称太阳能光伏技术，又称太阳能光伏电池。 据报道，太阳能光伏技术不仅在先进技术国家得到快速发展，中国的太阳能产业也以每年20%30%的速度增长。到2020年，太阳能领域的销售额将增加一倍，届时中国将有1%的能源消耗来自太阳能。今后几年，我国太阳能使用不仅在能源领域会获得飞速发展，在汽车领域的应用也会得到不断的提高。 关键词：太阳能 新能源 电动汽车 AbstractSolar energy is renewable and sustainable energy development strategy. When the wall, the storms world advanced technology in the new energy field national all bets, investment, in order to obtain the economic revival. Especially in automobile industry is the mainstay in the country, especially in the new energy to power cars to innovation and development, such as electric cars, fuel cell vehicles, and invested heavily in fields in solar car domain explore and strengthened. Because of renewable energy is the most important basic energy conversion, through the solar radiant energy into electrical energy conversion, belongs to the solar energy light power technology. Photoelectric device is usually use of semiconductor devices pv effect principle of photoelectric, also called solar photovoltaic technologies, solar cells.According to reports, solar technology not only advanced technology in the world, China's rapid development in industry of solar energy 20% 30% annually and the speed of growth. By 2020, solar energy field sales will be doubled, China will have a 1% of the solar energy consumption. In the next few years, our country not only in the energy field use solar energy to obtain rapid development, will be in auto field application will also get continuous improvement.Keywords: solar The new energy Electric cars毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。   作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它前言太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。当华尔街风暴席卷全球时，各先进技术国家无不在新能源领域下赌注、投资本，以期获得经济复兴。特别是以汽车产业为经济支柱的国家，尤其在新能源汽车动力上力图有所创新和发展，如在电动汽车、燃料电池汽车领域纷纷投入巨资，而在太阳能汽车领域更是探索不止，力度加大。由于太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用，属于太阳能光发电技术。光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此也称太阳能光伏技术，又称太阳能光伏电池。据报道，太阳能光伏技术不仅在先进技术国家得到快速发展，中国的太阳能产业也以每年20%30%的速度增长。到2020年，太阳能领域的销售额将增加一倍，届时中国将有1%的能源消耗来自太阳能。今后几年，我国太阳能使用不仅在能源领域会获得飞速发展，在汽车领域的应用也会得到不断的提高。所以我选择做太阳能电动车做为我的专题。如下简略介绍单晶片8051及太阳能相关概论:1) 8051单晶片概论 8051单晶片在微处理机应用之广，尤其是在工业应用上已是相当普及，由于8051单晶片微处理机有许多的优点，如指令功能强、存储器容量大、串列通讯、布林代数等，它可以让我们随心所欲的设计，开发新产品及产品的改良。 8051单晶片能在通信工程、可程控器、仪测工程及量测工程中，扮演着重要角色之一；随着个人计算机的普及，软件开发工具支援齐全，在PC上，我们可以容易以高阶C语言，来设计一般工程应用控制程序，直接来控制硬件的动作，只是在真正应用上，往往会觉得利用一部PC，却只做小小的控制，实在有点大材小用，似乎用8051单晶片便可解决，而且单晶片体积小、使用简单、硬件接线容易、扩充性佳、价格低廉、又省电，是一个不错的选择。选用微电脑不但要考虑价格的高低，还要兼顾其工作能力是否容易控制，使一部微电脑的功能完全发挥才能获得最经济有效的应用。微电脑的应用渐渐地走出两条主要的路线，一为自动控制，一为资料处理。2) 太阳能概论太阳能的应用又可分为热能的太阳能热水器及光直接转换电的太阳能电池。太阳能电池系一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，它只要一照到光，瞬间就可输出电压及电流， 而此种太阳能光电池(Solar cell)简称为太阳能电池。 硅(silicon)为目前通用的太阳能电池之原料代表，而在市场上又区分为: (1)单结晶硅 (2)多结晶硅 (3)非结晶硅。而目前消费市场应用(切割后封装)上大多为单晶硅及非晶硅两大类，原因有三：一是单晶效率最高。二是非晶价格最便宜，且无需封装，生产也最快。三是多晶的切割及下游再加工 较不易，而前述两种都较易于再切割及加工，但是"模块封装"(太阳能光发电工程应用板材)为单晶与多晶为主， 原因是：非晶效率太低，产品寿命也太短。太阳能电池的发电能源来自于光的波长，太阳光是一种全域波长， 而白炽灯的波长与日光灯的波长不同，太阳能电池以阳光或白炽灯之波长为较适用。 a) 单结晶硅太阳能电池 b) 多结晶硅太阳能电池 c) 非结晶硅太阳能电池 第一章.太阳能汽车发展概况 人类步入太阳能汽车领域只有26年的历史。1982年墨西哥研制出三轮太阳能汽车，速度达到每小时40km，由于这辆车所获得的电能每天只能行驶40分钟，所以它还不能跑远距离。然而，虽然只有这短短的40分钟，却是人类向太阳能汽车领域进军的第一步，这种汽车的设计在目前来看虽然很粗陋，在车体顶上架有一个装太阳能电池的大棚，依赖太阳光的幅射来供应汽车的电能，但是却给人类在通往太阳能汽车领域的旅途中提供了更多更宝贵的经验和理论与实践等方面的依据和数据。从此后，日本、德国、美国、法国等一批先进国家也研制出太阳能电动车，并在各种展会和特定的场合进行交流和比赛。 1987年11月，在澳大利亚举行了第一次世界太阳能汽车拉力大赛，赛程全长3200km，几乎纵贯整个澳大利亚。其灵感来自丹麦冒险家、环保倡导者索斯特洛甫，其也在1982年设计并建造了一台命名为“安静的到达者”号太阳能汽车。这次比赛有7个国家的25辆太阳能汽车参加，结果美国的“圣雷易莎号”太阳能赛车以44小时54分钟的成绩跑完全程，夺得冠军。“圣雷易莎号”虽然使用的是普通的硅太阳能电池，但它的设计独特新颖，采用了象飞机样的外形，可以利用行驶时机翼产生的升力来抵消车身的重量，而且安装了最新研制成功的超导磁性材料制成的电机，因此使这辆赛车在大赛中创造了时速100km的最高记录。打那以后，赛事的发展相当顺利，索斯特洛甫在1996年将这一赛事的主办权出售给了南澳大利亚政府，后者在1999年将这项原来三年一度的赛事改成了两年一度。到2005年，参赛的太阳能汽车平均时速已达103km，冠军赛车的最高时速已达到147km；同时大赛也扩充为几个不同级别以适应不同的赛车。而在2003年澳大利亚太阳能汽车的比赛中，由荷兰学生制造的“Nuna II”（纽纳2号）吸纳安装了欧洲太空局发明的太阳能细胞，以30小时54分钟跑完了3010km的路程，创造了太阳能汽车最高时速170km的新世界记录，并取得了该次比赛的冠军。 最有运营价值并有望步入商业化市场的是一种“日光出租车”的太阳能汽车，原创者是瑞士工程师路易斯。2007年12月起从印度尼西亚的巴厘岛开始，驾驶这辆车环游世界，迄今行程已达43万km。2008年5月23日到达北京。他认为，太阳能汽车已经完全能够应用于人们的日常生活，这辆车的售价在1.5万瑞士法郎上下，重要的是驾驶成本低廉，1美元的电可以行驶160km。而这辆太阳能出租车重量只有500千克，有两个座位，在没有阳光完全使用充电电池时，每天可以行驶300km，阳光充足时可以行驶400km。 现在，巴西、比利时都设计研发了太阳能汽车。 国外研发太阳能汽车的行为也刺激了我国科研技术人员的热情，1984年9月，我国首次研发的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进中南海向中央报喜，表明我国在研制新型动力汽车方面已经不甘落后。该车安装了2808块单晶硅片，组成10m2的硅阵列板，三个车轮，自重159kg，车速20km/h。 1996年清华大学参照日本太阳能车竞赛规范，研制出“追日”号太阳能汽车。该车重800kg，最高时速80公里，造价7.8万美元，系采用我国第五代电池板产品，太阳能转化率达14%。同年11月又成功研制了“中国1号”，一次充电可行驶150220km，最高时速为8085km的太阳能电动汽车。 2001年，首辆可载人太阳能电动车“思源号”在上海交大诞生。该车只要在阳光下晒34小时，便能行驶10多公里。但由于蓄电池容量小、续航能力差、以及车体设计风阻较大，无法完成代步车的任务。之后，太阳能研究所推出可搭乘6名乘客的太阳能车，但时速只有40km左右，续驶能力也就一个小时。至2006年底，我国首辆太阳能轿车在南京亮相、最高时速可达88公里，如加上电能，晚上能跑220km、白天可跑290km。到2008年，我国首批批量生产的太阳车汽车在展会亮相，这批太阳能汽车售价只有三万多元，太阳能转化率达到14%17%，最高时速可达6070公里，一次充电可行驶150公里以上，这是我国真正实现产业化的首批太阳能汽车。至此，我国太阳能电动车可试进入商业化阶段。 第二章.太阳能电动汽车的工作原理 太阳能电池是一种对光有响应并能将光转换成电力的器件装置。能产生光伏效应的材料有许多种，如单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等，它们的发电原理基本相同。以晶体为例：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池阵列板的表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子产生了跃迁，成为自由电子，在P-N结两侧集骤形成了电位差，当外部电路接通时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路，从而产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。目前太阳能阵列电池板是由光敏半导体材料制成的，大多使用硅化合物。 根据所用材料的不同，太阳能电池板可分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、硒铟铜等多元化合物为材料的电池；功能高分子材料制备的太阳能电池；和纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池板以硅材料为主的主要原因。 太阳能电池组件是供电系统中的核心部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能组件中的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器的作用是管理和控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到充电保护、过放电保护的作用，与纯电动汽车的电动源控制管理系统具有相同的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其它附加功能如光控、时控等应当都是控制器的可选项。蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池组件所提供出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 太阳能电池组件是由单个光伏电池拼接组成，或由折叠式支架拼接组成阵列。因为单个光伏电池（如硅电池）的电压太低，所以都要把它们串、并联构成有实用价值的光伏电池板，阵列成一个应用单元，然后根据供电要求，再由多个应用单元的串、并联组成整个太阳能光伏电池板的供电组件。蓄电池组是太阳能光伏电池的储能装置，在夜间或光照不足及负载消耗超出光伏电池的发电量时，由蓄电池组向负载供电。为了减轻整个系统的重量，应采用高能蓄电池组。 太阳能电动汽车与燃油汽车在动力结构上有很大的不同，但与纯电动汽车的结构却有许多相同之处。所不同的是纯电动汽车的充电方式必须依靠电源，而太阳能电动汽车的电能装置来自于太阳能光伏电池和电源两种充电方式，而纯电动车不必背负巨大的太阳能光伏陈列电池板。当太阳能电池板产生电能，与控制装置和储能装置连接后，再由另一端连接负载，负载就是电动汽车的电动机（驱动装置）。一般在电动车运行时，被转换的太阳光能通过控制装置直运送到负载，而在停驶或太阳光足时，剩余部分的电能向蓄电池充电并储存起来，当太阳光不足时，由太阳能光伏电池和蓄电池同时向负载供电；当汽车减速或刹车时，还应设计“回授性制动装置”，将电能量通过控制器，将发动机变成发电机，反向进入蓄电池进行储存。用互补式不间断供电技术，改变严重依赖天气的缺陷，完善电动车的性能。在设计电动车整个供电系统时应综合考虑以下几个方面： 一是光强与负载。太阳能光伏电池是一种光电转换装置，其输出功率的大小取决于光照的强度，要拼装多大的太阳能光伏电池组件主要取决于能够接受光照的强度及所用负载的大小。 二是蓄电池组的选择。要根据光伏电池组合的发电容量来选择蓄电池组的容量，以便在阴雨天及晚上可以由蓄电池向负载供电，为了减轻系统重要，最好选用高比能量的蓄电池。 三是机械强度。考虑到电动汽车的整个供电系统都是在运动和运行中使用，必须考虑系统的机械强度，耐腐蚀性，耐气候变化等各种因素。太阳能光伏电池组阵列应采取高强度钢化玻璃外壳，支架系统应采用高强度材料。使整个供电系统具有便于运行、重量轻、效率高、可靠性好、造价低等优势。图2所示为本专题之电路图，我们是利用8051单晶片控制来做来太阳能电动车控制方式，再利用太阳能板充电至蓄电池来提供IC版运作以及马达运转的电力。如下简略介绍各部位的电路功能。图2 本专题之电路图 图3 电源电路 图3所示为本专题之电源电路。它是由二组太阳能板提供电能充电至蓄电池，由1.2Vx4电池提供电路板电能，开机时经由开关供电，即得DC4.8V直流电，供IC使用，此外当4.8V供电时LED电源灯即亮，另外由1.2Vx2电池提供车轮马达电能。 图4. 8051CPU电路 图 4所示为8051CPU电路，如下简单介绍各脚功能:8051为一40PIN之CPU，其I/O脚有32 PIN。(1) RST脚 (PIN9)，接一10uF/16V电容及2K电阻，开机时即可得10ux2K=20Ms之Reset时间，此时间可避免刚开机时电源尚不稳导致程序错乱之情形。(2) 第18及19 PIN为石英振荡器接脚，提供程序执行时所须之时间脉波。(3) 第40PIN为VCC电源输入，20PIN为接地脚。(4) 第29,30及31PIN为外部存储器控制脚，本专题使用8051内部存储器，故此3PIN均未使用，因此各接10K拉至5V。(5) 第1 PIN为红外线二极管传感器/放大电路A输入脚。(6) 第2 PIN为红外线二极管传感器/放大电路B输入脚。(7) 第27 PIN为车头感测LED输出脚。(8) 第28 PIN为车尾感测LED输出脚。(9) 第25 PIN为前进RELAY输出脚。(10) 第26 PIN为后退RELAY输出脚。图5 车头感测电路 图 5所示为车头感测电路，平常红外线二极管接收器接收到发射端的讯号，再经LM358 OP放大器将感应到之微弱电流乘以一高阻抗5.6M欧姆电阻转成电压输出，输出Hi，当物体经过时遮断讯号，OP放大器输出Low，后级再经74LS14整波形IC，将介于0V至5V间的中间值电压去除，而得到纯5V(Hi)及0V(Low)之感测电压准位，便于8051程序处理。 图6 车尾感测电路 图 6所示为车尾感测电路图，平常红外线二极管接收器接收到发射端的讯号，再经LM358 OP放大器将感应到之微弱电流乘以一高阻抗5.6M欧姆电阻转成电压输出，输出Hi，当物体经过时遮断讯号，OP放大器输出Low，后级再经74LS14整波形IC，将介于0V至5V间的中间值电压去除，而得到纯5V(Hi)及0V(Low)之感测电压准位，便于8051程序处理。图7 石英震荡器电路 图 7所示为石英震荡器电路，石英振荡器，提供程序执行时所须之时间脉波，本电路采11.059MHz频率。 图8车尾感测LED电路 图 8所示为，当车尾感测到黑胶带时，8051输出Low，亮灯； 感测到白色时，8051输出Hi，熄灯。图9 车头感测LED电路 图9 所示为车头感测LED电路，当车头感测到黑胶带时，8051输出Low，亮灯； 感测到白色时，8051输出Hi，熄灯。图10 后退电路 图10 所示为后退电路8051控制一晶体管，ON(Low)时继电器导通此时端子座输出反相电压(1.5×2)v，车轮马达后退，OFF(Hi)时继电器不通此时无输出电压。 图11 前进电路 图11所示为前进电路，8051控制一晶体管，ON(Low)继电器导通此时端子座输出正相电，车轮马达前进，OFF(Hi)时继电器不通此时无输出电压。图12 马达电路 图12所示为马达电路，当继电器输出正相电压时，车轮马达前进，当继电器输出反相电压时，车轮马达后退。 第三章.太阳能电动汽车的控制系统 太阳能光伏电池板是将太阳能量转变为电能，是因为光子在日光下产生能量带动电子从一个半运动的金属粒子的一层转移到另一层面，电子的运动产生了通用的电力。太阳能光伏电池板可以由光电转化率、能量比大小来选择。由于许多独立的硅片被组合，形成庞大的太阳能光伏阵列，并产生能够电动汽车驱动的电能，而这种电能量还必须达到高电压、高功率的程度，这就要有一个重要的系统-电力控制系统。 电动汽车的心脏部位就是电源及其蓄电池组，而运行系统基本上是由电源、电控、电机来组成。而在太阳能电动汽车上其控制系统不仅仅控制电动源（电池），还要增加太阳能光伏电池阵列的控制功能。太阳能光伏电池所供应的电压与蓄电池组饱和电压基本相同，可以直接耦合，在太阳能功率充足时，多余的能量进入储能的蓄电池，在太阳能光电功率不足时由蓄电池完成电力驱动的任务。这些，必须由控制系统来完成。控制系统的功能就是对充电和放电的过程进行控制和保护，这样才能保证对整个电动源系统的正常充电、放电及其对电动汽车的驱动。最简单的控制系统也应该起到以下三个方面的作用：一是按照使用要求给出稳定的电压、电流；二是蓄电池过充电或过放电时可以报警或自动切断电路； 三是负载发生短路时可以自动切断电源电路。 控制系统是控制太阳能光伏电池阵列板对蓄电池的充电以及蓄电池和太阳能电池对负载的放电过程，实现对太阳能光伏电池和蓄电池的科学管理，指示蓄电池过压、欠压等运行状态，具有两路负载输出的管理，或两路负载可以随意设置为同时工作、分时工作或单独工作等模式，同时具有负载过流、短路保护功能，具有较高的自动化和智能化水平。其硬件结构主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、指示或显示电路及键盘电路等部分组成。电压采集电路包括太阳能光伏电池板和蓄电池电压采集，用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取等。 在电动源控制系统利用子系统的控制功能对蓄电池进行充电管理时，若太阳能光伏电池正常充电蓄电池时，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤，当充电电压高于保护电压时自动关断对蓄电池的充电；此后若电池电压掉至维护电压时，蓄电池进入浮充状态，当蓄电池低于维护电压时，启动的应当是均充状态。当蓄电池荷电电压低于保护电压时，控制系统应当自动关闭负载开关，以保护蓄电池不受损坏。在蓄电池负载关闭后，有两路充电电路可选择使用，在太阳光照较强时自动启动太阳能光伏电池板充电电路，使其发挥更大功效，或使用外充电源进行快速充电。 太阳能电动汽车电动源控制系统的软件设计与硬件电路是相对应的，包括有主程序、定时中断程序、A/D转换子程序、外部转换子程序及键盘处理子程序、充放电管理子程序、负载管理子程序等。作为太阳能电动汽车的“心脏”电动源的控制系统，不仅仅需要具备基本的电力控制功能，还要能体现现代控制理念，也就是达到“一体化”控制，并实现“智能化”的控制管理能力，在基本电动源电力系统基础上，“智能化”的电动源控制系统是以电子模块为控制中心，增加了以键盘输入、遥控及液晶显示组成的人工界面模块，还增加了以安全报警模块，在内部控制算法还可采取模糊控制或其它智能控制算法实现，此外还可以使用预留可扩展模块。 第四章.太阳能电动汽车的蓄电池组 前面说过，太阳能电动车的蓄电池组，要根据光伏电池组件的发电容量来合理选择蓄电池组的容量，以便在阴雨天及晚上可以由蓄电池组向负载供电。那么具体选择何种蓄电池，不能不做各种蓄电池性能的综合分析。 电动汽车蓄电池的研发经历是从铅酸电池开始的，铅酸动力电池经历了100余年的发展，在人们研发了镍氢动力电池及继而又研发了锂动力电池之后，便被业内猜测该退出历史舞台了。然而，铅酸电池仍然是大量生产的蓄电池系列。铅酸电池作为比较成熟的蓄电池技术虽然比能量、比功率和能量密度都比较低，但是高的性价比及高倍率放电，仍然成为目前唯一能大批量生产的电动车用电池，其主要应用于目前大量进入市场的电动自行车。但铅酸电池在电动汽车上的应用尚存在续驶里程短，使用寿命差、及体积大、质量重、不环保等缺点，不仅在电动汽车的应用上受到阻碍，想成为太阳能电动汽车上的储能电池范畴应用其难度是可想而知的。 镍氢蓄电池在锂离子蓄电池出现以前，曾在电动汽车上广泛试用，其比能量达到7580Wh/kg，比功率达160230w/kg，循环使用寿命超过600次。由于镍氢蓄电池在安全性方面较有优势，所以在混合动力汽车的应用方面目前达到趋于成熟的境界。应用比较好的汽车厂商如日本丰田、美国通用等公司。但镍氢电池在价格上远高于铅酸蓄电池，以及能量密度低于锂离子蓄电池，所以，难以成为太阳能电动汽车的首选蓄电池。 太阳能电动汽车的蓄电池是通过太阳能光伏电池板给予充电的（在光照不足时也可以通过外接电源充电）。为了最大限度地降低整个电动汽车的重量，方便电动汽车的运行，选择大容量高倍率蓄能的锂离子蓄电池，是太阳能电动汽车的最佳选择。虽然锂离子蓄电池与铅酸蓄电池的成本相比有所增加，但在相同容量的情况下，比采用铅酸电池减轻4倍以上的重量，因为锂离子蓄电池在比能量、循环寿命、自放电率及环保诸多方面都具有优越的性能。它的比能量可达150Wh/kg，是镍氢电池的2倍以上，铅酸蓄电池的4倍以上。由于比能量是铅酸蓄电池的四分之一，从这个角度分析锂离子蓄电池对能量消耗的资源就少。由于锂离子蓄电池所用元素的储量比较多，资源较丰富，因此，铅酸蓄电池和镍氢蓄电池可能会进一步涨价，锂蓄电池成本反而会进一步降低。太阳能电动汽车的电动源系统采用锂离子蓄电池重要的是减轻重量，提高整个系统的轻便性能。另外它的单位体积能量很大，高达400Wh/L，相同容量的体积是铅酸电池的三分之一到四分之一，为进行轻巧、灵活的设计要求提供了更为广阔的设计空间。另外锂离子蓄电池的反复充电寿命长，单体电池的循环次数可达1500次以上。作为电池组如果有好的监控管理系统，在充放电时达到均衡程度，仍然可达1000次以上。因为太阳能蓄电池在使用时常常可以浮充或浅放，其电池组寿命不会像纯电动汽车那样短。锂离子蓄电池的另一个优点是自放电率低，这在连续阴天和在夜间蓄存电能都有相当大的好处，可以提高电动车的性能。在锂离子蓄电池的荷电容量保持60%80%计算，使用年限应不低于35年，寿命相当于铅酸电池的三倍左右。由于锂离子蓄电池不含铅和镉等重金属，被业内称为绿色环保电池。随着我国锂离子动力型蓄电池技术的不断提高，特别在锂离子动力电池使用、管理、控制技术的突破并会不断提高水平，其电池的使用寿命也会越来越长，性价比也会越来越有优势，在电动汽车上的使用也会越来越广泛。锂离子动力型蓄电池不仅在太阳能电动汽车上、纯电动汽车上，和燃料电池汽车得到广泛的应用，还会在航空、航海等领域得到广泛的应用。目前代表国际先进技术水平的锂铁、锂锰二大动力型蓄电池，分别由中信国安盟固利和深圳雷天公司生产，并成功地运用在大型载人客车上，2008年奥运会上，这种先进技术的大客车做为场馆应专用接送运动员的现代客车，尽显了中国科技奥运的风采。 常用电动车充电器根据电路结构可大致分为两种。第一种是以uc3842驱动场效应管的单管开关电源，配合LM358双运放来实现三阶段充电方式。其电原理图和元件参数见图表1）图表 1 220v交流电经T0双向滤波抑制干扰，D1整流为脉动直流，再经C11滤波形成稳定的300V左右的直流电。U1 为TL3842脉宽调制集成电路。其5脚为电源负极，7脚为电源正极，6脚为脉冲输出直接驱动场效应管Q1(K1358) 3脚为最大电流限制，调整R25(2.5欧姆)的阻值可以调整充电器的最大电流。2脚为电压反馈，可以调节充电器的输出电压。4脚外接振荡电阻R1,和振荡电容C1。T1为高频脉冲变压器，其作用有三个。第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第三是为uc3842提供工作电源。D4为高频整流管（16A60V）C10为低压滤波电容,D5为12V稳压二极管， U3(TL431)为精密基准电压源，配合U2(光耦合器4N35) 起到自动调节充电器电压的作用。调整w2(微调电阻)可以细调充电器的电压。D10是电源指示灯。D6为充电指示灯。 R27是电流取样电阻（0.1欧姆，5w）改变W1的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流（200300 mA）。通电开始时，C11上有300v左右电压。此电压一路经T1加载到Q1。第二路经R5,C8,C3, 达到U1的第7脚。强迫U1启动。U1的6脚输出方波脉冲，Q1工作，电流经R25到地。同时T1副线圈产生感应电压，经D3,R12给U1提供可靠电源。T1输出线圈的电压经D4,C10整流滤波得到稳定的电压。此电压一路经D7（D7起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。第二路经R14,D5,C9, 为LM358(双运算放大器，1脚为电源地，8脚为电源正)及其外围电路提供12V工作电源。D9为LM358提供基准电压，经R26,R4分压达到LM358的第二脚和第5脚。正常充电时，R27上端有0.150.18V左右电压，此电压经R17加到LM358第三脚，从1脚送出高电压。此电压一路经R18,强迫Q2导通，D6（红灯）点亮，第二路注入LM358的6脚，7脚输出低电压，迫使Q3关断，D10(绿灯)熄灭，充电器进入恒流充电阶段。当电池电压上升到44.2V左右时,充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在44.2V左右，充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。当充电电流减小到200mA300mA时，R27上端的电压下降，LM358的3脚电压低于2脚，1脚输出低电压，Q2关断，D6熄灭。同时7脚输出高电压，此电压一路使Q3导通，D10点亮。另一路经D8，W1到达反馈电路，使电压降低。充电器进入 6脚输出波形4脚振荡波形图表 2涓流充电阶段。12小时后充电结束。充电器常见的故障有三大类。1：高压故障 2;低压故障 3：高压，低压均有故障。高压故障的主要现象是指示灯不亮，其特征有保险丝熔断，整流二极管D1击穿，电容C11鼓包或炸裂。Q1击穿,R25开路。U1的7脚对地短路。R5开路，U1无启动电压。更换以上元件即可修复。若U1的7脚有11V以上电压，8脚有5V电压，说明U1基本正常。应重点检测Q1和T1的引脚是否有虚焊。若连续击穿Q1，且Q1不发烫，一般是D2,C4失效，若是Q1击穿且发烫，一般是低压部分有漏电或短路，过大或UC3842的6脚输出脉冲波形不正常，Q1的开关损耗和发热量大增，导致Q1过热烧毁。高压故障的其他现象有指示灯闪烁，输出电压偏低且不稳定，一般是T1的引脚有虚焊,或者D3,R12开路,TL3842及其外围电路无工作电源。另有一种罕见的高压故障是输出电压偏高到120V以上，一般是U2失效，R13开路所致或U3击穿使U1的2脚电压拉低，6脚送出超宽脉冲。此时不能长时间通电，否则将严重烧毁低压电路。 低压故障大部分是充电器与电池正负极接反，导致R27烧断，LM358击穿。其现象是红灯一直亮，绿灯不亮，输出电压低，或者输出电压接近0V，更换以上元件即可修复。另外W2因抖动，输出电压漂移，若输出电压偏高，电池会过充，严重失水，发烫，最终导致热失控，充爆电池。若输出电压偏低，会导致电池欠充。 高低压电路均有故障时，通电前应首先全面检测所有的二极管，三极管，光耦合器4N35，场效应管，电解电容，集成电路，R25,R5,R12,R27，尤其是D4（16A60V,快恢复二极管），C10(63V,470UF)。避免盲目通电使故障范围进一步扩大。有一部分充电器输出端具有防反接，防短路等特殊功能。其实就是输出端多加一个继电器，在反接，短路的情况下继电器不工作，充电器无电压输出。还有一部分充电器也具有防反接，防短路的功能，其原理与前面介绍的不同，其低压电路的启动电压由被充电池提供，且接有一个二极管（防反接）。待电源正常启动后，就由充电器提供低压工作电源。这种充电器的控制芯片一般是以TL494为核心，推动2只13007高压三极管。配合LM324（4运算放大器），实现三阶段充电。 第五章.太阳能电动汽车驱动系统 汽车的功能所在就是驱动。太阳能电动汽车的目的当然也在于此。无论采用何种电动汽车的目的当然也在于此。无论采用何种电动机负载，其设计和使用目标都是为满足电动汽车的行驶需要。由于直流电机有良好的调整性能，早期开发的电动汽车大多采用了直流电机。近代电子技术和控制技术的发展，交流感应电机、永磁无刷电机、开关阻磁电机的应用范围逐步扩大、性能越来越完善，电动汽车所用的直流电机也由这些电机所取代。总的趋势是交流电机将取代直流电机。 大多数太阳能电动汽车使用的电动机是双线圈交流无刷电机，这种交流无刷电机是轻质材料制造，非常适合于太阳能电动汽车“轻”的要求，在额定的RPM（每秒转速）达到99%的使用效率。这比以前使用直接引导式驱动传送动力装置要先进。这种传送动力的装置也称其为机械驱动。这种机械驱动系统还有选用传统汽车的变速器、传动轴、后桥和半轴等部件的。而电动机通