一種新型太陽能鋰電池電動自行車的設計研究

泰山學院物理與電子工程學院 楊德日 郭成英 魏 浩 吳蒙蒙 張志強

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一種新型太陽能鋰電池電動自行車的設計研究

泰山學院物理與電子工程學院 楊德日 郭成英 魏 浩 吳蒙蒙 張志強

【摘要】面對社會環保意識的不斷提高，國家政策扶持太陽能的發展，以及鉛酸電池將逐步被鋰電池替換的大趨勢，本文對電動自行車進行研究并改進，設計出太陽能鋰電池電動自行車，將太陽能鋰電池作為新能源替代鉛酸電池，提高太陽能的轉化率和電池的利用率，節約能源并減少環境污染，為人們的出行和節能環保做出一定的貢獻。

【關鍵詞】電動自行車；太陽能；鋰電池

目前的電動自行車能源一般為鉛酸電池，但鉛酸電池會造成環境污染。相對于鉛酸電池來說，鋰電池有以下優點：壽命長，容量大，充電快，重量輕。節能環保是電動自行車的發展方向，隨著技術的進步，鋰電池電動自行車有望取代當今的鉛酸電池電動自行車。電動車鋰電池的供能問題也會變得日趨嚴重，新的電動車供能裝置將會有很大的發展空間。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，現在市場上已經有成熟的技術來利用太陽能發電，并且太陽能鉛酸蓄電池已得到廣泛的應用，但太陽能力鋰電池的應用卻沒有那么廣泛。如果將太陽能、鋰電池與電動自行車結合起來，設計一種既能正常充電，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自行車，不僅可以方便人們對電動自行車隨時充電和儲電，而且能節約資源和減少環境污染。

本設計把電動自行車從電池、充電、車型、太陽能電池板等方面進行改進，設計出太陽能鋰電池電動自行車。將太陽能充電板、鋰電池和電動自行車結合是本設計的重點。提高太陽能電池板的效率和兩組鋰電池自動切換交替充電是本設計的難點。

1　方案選擇

由于鉛酸電池具有記憶效應，即充即用的情況會在原有的二氧化鉛極板結上一層晶狀物，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越來越厚，導致電量嚴重虧損。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放熱量過大減少電池壽命的情況，所以本項目采用太陽能電池板為兩組鋰電池交替充電的技術，具有轉換效率高、工作穩定性、壽命長等特點。由于太陽能電池板在發電的過程中會產生較大熱量，因此將太陽能電池板安裝在車軸處，電動自行車在行駛的過程中有風可以為太陽能電池板降溫，可以大大提高發電的效率，而登腳助力可以及時的為鋰電池充電并有效地保護電機、電池。

本設計將太陽能鋰離子電池作為電動機的能源，為電動自行車設計了新的充電裝置，太陽電池板為兩組鋰電池自動切換交替充電，圖1和圖2是本設計初步設計的自動切換電路和兩路充電路的電路原理圖。

圖1　自動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軸，可以跟隨太陽光的強弱，增大太陽光對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間。雙面的太陽能電池板隨時隨地都可以吸收太陽能，電動自行車在運動過程中有風的流動，可以為太陽能電池板降溫，從而提高發電效率。

本設計采用太陽能電池板為兩組鋰電池自動切換交替充電的技術，電動自行車用其中一組的電量的同時，太陽能電池板為另一組鋰電池充電，同時助力腳蹬連接電磁線圈發電，可以將每次腳蹬的機械能轉換為電能給鋰電池充電，避免了鋰電池邊充電邊放電時放熱量過大而導致的減少電池壽命的情況發生。電動車太陽能采集裝置擬采用單晶硅、多晶硅相結合，表面為多菱采光板體，優質高效晶硅板，對弱光響應特性非常好，光電轉換率高，無論室內外陽光強弱，可以吸收光線并24小時不間斷的為電動車的鋰電池自行充電，能夠滿足太陽能鋰電池電動車的不同用電負載。

如果每一輛鋰電池的電動自行車都能都安裝上高效率的太陽能電池板，并改進電池充電的方式，在人們使用電動自行車的同時大大提升了電池的使用壽命，節約大量的電能，緩解了能源短缺的問題。

圖2　兩路充電電路的原理

2　結語

本文面對國家政策支持太陽能的發展及鉛酸電池將逐步被鋰電池替換的大趨勢，把電動自行車從電池、充電、車型、太陽能電池板等方面進行改進，設計出太陽能鋰電池電動自行車。為電動自行車電動機提供能源的主要是存儲在蓄電池中的電能，而電能主要是由太陽能裝置利用光電效應直接把光能轉化成的。太陽能鋰電池電動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，并且本設計使用的是壽命長、容量大、充電快、重量輕的鋰電池，所以其

攜帶性更加方便，結構性能更加卓越。本設計為電動自行車設計了新的太陽能充電裝置，及時有效地補充電動車在外行駛途中的電量，增強行駛電能，維護和延長了鋰電池電池使用壽命。節約大量的能源并有效地減少對環境的污染，具有很好的應用領域和市場前景。

參考文獻

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[4]章異輝.基于現有監控系統的蓄電池精確監控與故障預測方法[J].通信電源技術.

楊德日（1993—），男，大學本科，現就讀于泰山學院物理與電子工程學院2012級電子信息科學與技術專業，在校期間先后獲“太陽能鋰電池電動自行車改進裝置”、“有害氣體智能檢測系統研發”、“承泰數碼創業團隊”等兩項泰安市大學生科技創新計劃項目及五項國家級大學生創新創業訓練計劃項目。

作者簡介：