太陽能電動自行車混合供電系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來能源危機(jī)與環(huán)境污染問題凸顯,已成為亟待解決不可逃避的課題。人們將目光投射到了無污染的可再生能源上,其中太陽能具有儲量豐富、使用安全、開發(fā)清潔、就地取材的特點備受矚目。太陽能光伏供電作為綠色新能源供電方式,得到了越來越多的應(yīng)用。
　　電動自行車以其輕便、快捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特點,贏得了眾多消費者,成為國內(nèi)流行的交通工具。但其電源(即蓄電池)在使用過程中依然存在污染、充電不便、半路斷電等問題。
　　本課題將電動自行車技術(shù)與太

2、陽能光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合設(shè)計了太陽能電動自行車,可以在陽光下隨時為蓄電池充電,有效克服了現(xiàn)有電動自行車充電時間長、頻次高,續(xù)行里程短的不足,進(jìn)一步提高了電動自行車的環(huán)保性。
　　論文主要完成了以下幾個方面的工作:
　　(1)針對電動自行車的功率要求,本課題選用最大輸出功率為300W的太陽能電池作為供電電源。對太陽能電池進(jìn)行了建模以了解其輸出特性。對傳統(tǒng)最大功率點跟蹤(MPPT)控制方法進(jìn)行比較和分析,提出了一種將固定電壓法與變

3、步長擾動觀察法相結(jié)合的控制方法,仿真表明該方法相比于傳統(tǒng)擾動觀察法到達(dá)最大功率點的時間縮短了一半,在最大功率點處的輸出功率振蕩幅度由原來的4W減小到了1.4W,降低了功率損耗。
　　(2)對電動自行車用鋰電池的充放電特性進(jìn)行了研究,針對太陽能電池這個“有限源”提出了一種適合鋰電池充電的控制策略,最大限度的利用太陽能電池的能量。
　　(3)對系統(tǒng)的核心功能電路DC-DC變換器進(jìn)行了研究,選用輸入電壓范圍較大可實現(xiàn)升降壓的SEP

4、IC變換器,對SEPIC變換器進(jìn)行交流小信號建模,得出了其頻率特性,按照課題需要設(shè)計了SEPIC變換器,并對其功率開關(guān)管和輸出電壓的工作波形進(jìn)行了檢測,功率開關(guān)管的尖峰電壓在其關(guān)斷電壓的10％以內(nèi),輸出電壓紋波為0.6%,滿足系統(tǒng)的工作要求。
　　(4)對太陽能電動自行車混合供電系統(tǒng)從整體方案,硬件電路、軟件控制和上位機(jī)開發(fā)幾個方面進(jìn)行了設(shè)計,制作了一輛太陽能電動自行車樣機(jī)。
　　(5)對太陽能電池在不同光照強(qiáng)度,不同光照角

5、度,不同時間對蓄電池的充電情況進(jìn)行了測試和分析;對蓄電池單獨供電,太陽能電池單獨供電,太陽能電池和蓄電池直接并聯(lián)供電,太陽能電池和蓄電池通過DC-DC變換器并聯(lián)向電動自行車供電,四種情況下電動自行車的運(yùn)行情況和電源供電情況進(jìn)行了測試和分析。
　　實驗表明:在光照強(qiáng)度最大為46872lux時實驗所用太陽能電池用6個小時可將10Ah的鋰電池充滿;在光照強(qiáng)度最大為58612lux時太陽能電池保持與太陽光照射角度垂直,用6個小時可將20A

6、h的鋰電池充滿;太陽能電池單獨供電時太陽能電池的輸出功率可以達(dá)到210W,車速可以達(dá)到19.8Km/h,基本滿足騎行要求,但進(jìn)入陰影區(qū)后速度會迅速減小;太陽能電池和蓄電池兩電源直接并聯(lián)供電時太陽能電池的輸出電壓被蓄電池鉗位,輸出功率在120W左右,電動車最大速度可以達(dá)到25.2km/h,光照強(qiáng)度急劇減小時車速不會明顯減小,但太陽能電池輸出功率不穩(wěn)定;太陽能電池和蓄電池通過DC-DC變換器并聯(lián)給電動自行車供電時電源的總輸出功率提高到了27