泰山学院物理与电子工程学院 杨德日 郭成英 魏 浩 吴蒙蒙 张志强



一种新型太阳能锂电池电动自行车的设计研究

泰山学院物理与电子工程学院 杨德日 郭成英 魏 浩 吴蒙蒙 张志强

【摘要】面对社会环保意识的不断提高，国家政策扶持太阳能的发展，以及铅酸电池将逐步被锂电池替换的大趋势，本文对电动自行车进行研究并改进，设计出太阳能锂电池电动自行车，将太阳能锂电池作为新能源替代铅酸电池，提高太阳能的转化率和电池的利用率，节约能源并减少环境污染，为人们的出行和节能环保做出一定的贡献。

【关键词】电动自行车；太阳能；锂电池

目前的电动自行车能源一般为铅酸电池，但铅酸电池会造成环境污染。相对于铅酸电池来说，锂电池有以下优点：寿命长，容量大，充电快，重量轻。节能环保是电动自行车的发展方向，随着技术的进步，锂电池电动自行车有望取代当今的铅酸电池电动自行车。电动车锂电池的供能问题也会变得日趋严重，新的电动车供能装置将会有很大的发展空间。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，现在市场上已经有成熟的技术来利用太阳能发电，并且太阳能铅酸蓄电池已得到广泛的应用，但太阳能力锂电池的应用却没有那么广泛。如果将太阳能、锂电池与电动自行车结合起来，设计一种既能正常充电，也能利用太阳能充电，并且还可以登脚助力充电的锂电池电动自行车，不仅可以方便人们对电动自行车随时充电和储电，而且能节约资源和减少环境污染。

本设计把电动自行车从电池、充电、车型、太阳能电池板等方面进行改进，设计出太阳能锂电池电动自行车。将太阳能充电板、锂电池和电动自行车结合是本设计的重点。提高太阳能电池板的效率和两组锂电池自动切换交替充电是本设计的难点。

1　方案选择

由于铅酸电池具有记忆效应，即充即用的情况会在原有的二氧化铅极板结上一层晶状物，然后充电再还原的二氧化铅就在这层晶状物上积累新的二氧化铅就会越来越厚，导致电量严重亏损。而锂电池可以即充即用，但是为了避免蓄电池边充电边放电时放热量过大减少电池寿命的情况，所以本项目采用太阳能电池板为两组锂电池交替充电的技术，具有转换效率高、工作稳定性、寿命长等特点。由于太阳能电池板在发电的过程中会产生较大热量，因此将太阳能电池板安装在车轴处，电动自行车在行驶的过程中有风可以为太阳能电池板降温，可以大大提高发电的效率，而登脚助力可以及时的为锂电池充电并有效地保护电机、电池。

本设计将太阳能锂离子电池作为电动机的能源，为电动自行车设计了新的充电装置，太阳电池板为两组锂电池自动切换交替充电，图1和图2是本设计初步设计的自动切换电路和两路充电路的电路原理图。

图1　自动切换电路的电路原理

将太阳能电池板安装在车轮车轴处，太阳能电池板的两端连有万向转轴，可以跟随太阳光的强弱，增大太阳光对太阳能电池板的照射面积，并且增加太阳能电池板与太阳光垂直照射的时间。双面的太阳能电池板随时随地都可以吸收太阳能，电动自行车在运动过程中有风的流动，可以为太阳能电池板降温，从而提高发电效率。

本设计采用太阳能电池板为两组锂电池自动切换交替充电的技术，电动自行车用其中一组的电量的同时，太阳能电池板为另一组锂电池充电，同时助力脚蹬连接电磁线圈发电，可以将每次脚蹬的机械能转换为电能给锂电池充电，避免了锂电池边充电边放电时放热量过大而导致的减少电池寿命的情况发生。电动车太阳能采集装置拟采用单晶硅、多晶硅相结合，表面为多菱采光板体，优质高效晶硅板，对弱光响应特性非常好，光电转换率高，无论室内外阳光强弱，可以吸收光线并24小时不间断的为电动车的锂电池自行充电，能够满足太阳能锂电池电动车的不同用电负载。

如果每一辆锂电池的电动自行车都能都安装上高效率的太阳能电池板，并改进电池充电的方式，在人们使用电动自行车的同时大大提升了电池的使用寿命，节约大量的电能，缓解了能源短缺的问题。

图2　两路充电电路的原理

2　结语

本文面对国家政策支持太阳能的发展及铅酸电池将逐步被锂电池替换的大趋势，把电动自行车从电池、充电、车型、太阳能电池板等方面进行改进，设计出太阳能锂电池电动自行车。为电动自行车电动机提供能源的主要是存储在蓄电池中的电能，而电能主要是由太阳能装置利用光电效应直接把光能转化成的。太阳能锂电池电动自行车既能正常充电，也能利用太阳能充电，并且还可以登脚助力充电，并且本设计使用的是寿命长、容量大、充电快、重量轻的锂电池，所以其

携带性更加方便，结构性能更加卓越。本设计为电动自行车设计了新的太阳能充电装置，及时有效地补充电动车在外行驶途中的电量，增强行驶电能，维护和延长了锂电池电池使用寿命。节约大量的能源并有效地减少对环境的污染，具有很好的应用领域和市场前景。

参考文献

[1]韩朋乐.数字式光伏电池阵列模拟器的研究与设计[D].成都:电子科技大学.

[2]孙孝金.太阳能电池阵列模拟器的研究与设计[D].济南:山东大学.

[3]耿莉霞.智能充电机集散控制系统设计[硕士学位论文].北京:北京交通大学.

[4]章异辉.基于现有监控系统的蓄电池精确监控与故障预测方法[J].通信电源技术.

杨德日（1993—），男，大学本科，现就读于泰山学院物理与电子工程学院2012级电子信息科学与技术专业，在校期间先后获“太阳能锂电池电动自行车改进装置”、“有害气体智能检测系统研发”、“承泰数码创业团队”等两项泰安市大学生科技创新计划项目及五项国家级大学生创新创业训练计划项目。

作者简介：