一種新型太陽能鋰電池電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)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)

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一種新型太陽能鋰電池電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)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(duì)社會(huì)環(huán)保意識(shí)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(shì)，本文對(duì)電動(dòng)自行車進(jìn)行研究并改進(jìn)，設(shè)計(jì)出太陽能鋰電池電動(dòng)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(dòng)自行車；太陽能；鋰電池

目前的電動(dòng)自行車能源一般為鉛酸電池，但鉛酸電池會(huì)造成環(huán)境污染。相對(duì)于鉛酸電池來說，鋰電池有以下優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)，容量大，充電快，重量輕。節(jié)能環(huán)保是電動(dòng)自行車的發(fā)展方向，隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋰電池電動(dòng)自行車有望取代當(dāng)今的鉛酸電池電動(dòng)自行車。電動(dòng)車鋰電池的供能問題也會(huì)變得日趨嚴(yán)重，新的電動(dòng)車供能裝置將會(huì)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(chǎng)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(dòng)自行車結(jié)合起來，設(shè)計(jì)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(dòng)自行車，不僅可以方便人們對(duì)電動(dòng)自行車隨時(shí)充電和儲(chǔ)電，而且能節(jié)約資源和減少環(huán)境污染。

本設(shè)計(jì)把電動(dòng)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(jì)出太陽能鋰電池電動(dòng)自行車。將太陽能充電板、鋰電池和電動(dòng)自行車結(jié)合是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。提高太陽能電池板的效率和兩組鋰電池自動(dòng)切換交替充電是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

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(huì)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(huì)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(shí)放熱量過大減少電池壽命的情況，所以本項(xiàng)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(zhǎng)等特點(diǎn)。由于太陽能電池板在發(fā)電的過程中會(huì)產(chǎn)生較大熱量，因此將太陽能電池板安裝在車軸處，電動(dòng)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(shí)的為鋰電池充電并有效地保護(hù)電機(jī)、電池。

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

圖1　自動(dòng)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(duì)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(shí)間。雙面的太陽能電池板隨時(shí)隨地都可以吸收太陽能，電動(dòng)自行車在運(yùn)動(dòng)過程中有風(fēng)的流動(dòng)，可以為太陽能電池板降溫，從而提高發(fā)電效率。

本設(shè)計(jì)采用太陽能電池板為兩組鋰電池自動(dòng)切換交替充電的技術(shù)，電動(dòng)自行車用其中一組的電量的同時(shí)，太陽能電池板為另一組鋰電池充電，同時(shí)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(shí)放熱量過大而導(dǎo)致的減少電池壽命的情況發(fā)生。電動(dòng)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(duì)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(shí)不間斷的為電動(dòng)車的鋰電池自行充電，能夠滿足太陽能鋰電池電動(dòng)車的不同用電負(fù)載。

如果每一輛鋰電池的電動(dòng)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(dòng)自行車的同時(shí)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(duì)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(shì)，把電動(dòng)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(jì)出太陽能鋰電池電動(dòng)自行車。為電動(dòng)自行車電動(dòng)機(jī)提供能源的主要是存儲(chǔ)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(dòng)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(jì)使用的是壽命長(zhǎng)、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(jì)為電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)了新的太陽能充電裝置，及時(shí)有效地補(bǔ)充電動(dòng)車在外行駛途中的電量，增強(qiáng)行駛電能，維護(hù)和延長(zhǎng)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(duì)環(huán)境的污染，具有很好的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)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(jí)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(dòng)自行車改進(jìn)裝置”、“有害氣體智能檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)”、“承泰數(shù)碼創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)”等兩項(xiàng)泰安市大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目及五項(xiàng)國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：