新能源汽车运用技术模块五 太阳能汽车

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讨论： 目前我国对太阳能汽车的研究是
否有政策鼓励和资金支持？具体体现 在哪些方面？ 思考：
未来太阳能汽车的普及还需要在 哪些方面努力？
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情景 2 太阳能汽车的组成分类
1、太阳能汽车的组成
（1）能源系统 （2）阳光跟踪器 （3）驱动系统 （4）控制器
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2.太阳能汽车的分类
新能源汽车运用技术
模块五 太阳能汽车
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太阳能汽车 目录
1
太阳能汽车概述
2
太阳能汽车结构与原理
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产生背景
为什么要研究太阳能汽车？
汽车用的燃料是汽油和柴油等，它们都是从石 油中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能 再生的，用一点就少一点，总有一天要用完。据科 学家们预计，目前世界上已探明的石油储量将于 2020年左右被采尽。因此，汽车将会出现挨受“饥 饿”的危险，人类将面临着能源的挑战。
太阳能汽车按照用途分分为比赛用车和实用型车。
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太阳能汽车按照车身材料分分为三类：
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学习任务 2 太阳能汽车结构与原理
本任务主要需要理解并学会运用以下知识：
太阳能汽车能源系统 太阳能汽车驱动系统 太阳能汽车控制系统 太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统 太阳能汽车驱动系统太阳能汽车驱动系统 太阳能汽车驱动系统
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讨论： 太阳能汽车的发展主要受到哪些方
面的影响？
思考： 太阳能电动汽车亟待解决的技术问
题是什么？
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产生背景 从另一方面来说，石油本
身就是一种宝贵的化工原料， 可以用来制造塑料、合成橡胶 和合成纤维等。把石油作为燃 料烧掉了，不但十分可惜，而 且还污染了人类赖以生存的环 境。
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产生背景 解决这个难题的唯一
可行办法，就是加紧开发 新能源。而太阳能就是这 些新开发能源中的佼佼者。
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太阳能汽车
1
太阳能汽车概述
2ห้องสมุดไป่ตู้
太阳能汽车结构与原理
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学习任务 1 太阳能汽车概述 本任务主要需要理解并学会运用以下知识：
▪ 国内外太阳能汽车的现状与发展 ▪ 太阳能汽车的组成和分类
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情景 1 太阳能汽车的发展
1.国外发展历史
1）世界上第一辆太阳能汽车于1978年在英国研制成功，时速达到13公里。 2）1982年墨西哥研制出一种外形像三轮摩托车的太阳能汽车，速度达到每小时40 公里。 3）1999年5月巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车，最高时速超 过100km。 4）在1987年澳大利亚首届太阳能汽车比赛上，有7个国家的25辆太阳能汽车参加 了比赛。在这次大赛中，美国“圣雷易莎”号太阳能赛车以44小时54分的成绩跑完 全程，夺得了冠军。 5）2003年的澳大利亚太阳能汽车比赛上，由荷兰制造的“Nuna II”太阳能汽车取 得了冠军，它以30小时54分钟的时间跑完了3010公里的路程，创造了太阳能汽车 最高时速170公里的新世界纪录。
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情景 3 太阳能汽车控制系统
1.控制系统的作用
控制系统应起到以下三个方面的作用： ❖ ① 按要求给出稳定的电压、电流； ❖ ② 蓄电池过充电或过放电时可以报警或自动切断电路； ❖ ③ 负载发生短路时可以自动切断电源电路。
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2.控制系统的结构
控制系统分为硬件和软件两部分。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。 软件设计包括有主程序、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。
的传送设备，提高了驾驶车辆的效率，缩减了用于驱动车轮而需要的能量， 安装和拆卸也更加方便，不占据车体空间，有利于布置蓄电池 ❖ ② 机电一体化驱动系统。由左右两个双联式电动机带动两根半轴来分别驱 动两个车轮。这种采用两根半轴来驱动车轮的驱动模式，使结构更加紧凑， 是电动汽车的主要驱动形式。 ❖ ③ 轮式电机驱动系统。是将电动机直接装在电动汽车的车轮里，用来直接 驱动电动汽车的驱动轮。这种驱动形式不但提高了传动效率，不占电动汽 车的本身和底盘空间，而且减少了车辆的悬挂重量。目这是前所有电动汽 车主要采取的驱动设计方案。轮式电机驱动系统可以两轮驱动，也可以设 计四轮驱动。这是太阳能电动汽车驱动设计中的最佳驱动方案。
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情景 1 太阳能汽车能源系统
1. 太阳能电池的基本结构：
太阳能电池管理全部电力的供应和收集工作，相当于普通 汽车的油箱。
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2.太阳能电池的工作原理
太阳能电池发电的原理是半导体的光电效应，一般半导体的主 要结构如图所示，硅原子的最外层轨道上有4个价电子。当硅晶体 中掺入三价的硼元素时，硅晶体中就会存在着空穴，因为硼元素周 围只有三个电子，硅原子周围中的三个正电荷与硼元素周围的三个 电子形成共价键，剩余的一个正电荷也就是空穴因为没有电子而变 得很不稳定，容易吸收电子而中和，从而形成P型半导体，Ｐ型半 导体主要是利用空穴导电。它的形成可以参照图5-7。同样的，当 掺入五价磷元素以后，就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半 导体，Ｎ型半导体主要是利用自由电子导电。
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3.太阳能电池技术
硅太阳能电池：目前市场上销售的光伏电池大都是以单晶硅为原料生产的。但是 这种方法实际消耗的硅材料较多，硅成本价格较高。为节省材料，又发展了多晶 硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。 有机太阳能电池：有机太阳能电池是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料， 以光伏效应而产生电压形成电流。 纳米晶电池：新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的 重视。它的优点在于廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在 10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。此类 电池的研究已成为目前太阳能电池研究领域的一大热点，具有广阔的前景和潜在 的商业价值。
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不同太阳能电池材料的比较
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情景 2 太阳能汽车驱动系统
1、太阳能汽车的电动机
大多数太阳能电动汽车采用的是双线圈交流无刷电机进行驱动， 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。
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2.太阳能汽车的动力传动装置
太阳能电动汽车的驱动模式主要有以下三种： ❖ ① 轴式驱动系统。由于双线圈电动机的设计，轴式电动机去除了许多外加
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与太阳能电动汽车三种驱动模式相对应的动力传递可以通过以下三 种方式来实现： ❖ ① 固定传动比的皮带传递。行驶车速由电动机的转速来控制。 ❖ ② 售可变传动比的皮带传递。行驶车速的改变由电动机转速控制和 传动比控制的同时作用实现。 ❖ ③ Hub Motor电动机直接驱动车轮。没有传动装置，车轮转速与电 动机转速一致。
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当P型和N型半导体结合在一起时，由于P型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，就会出现浓度差。N区的电子会扩散到P区， P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内 电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成一个特殊的薄 层电势差，这就是PN结。
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当光线照射在太阳电池表面时，光子的能量传递给硅原子， 其能量会使电子空穴对释放出来。每个携带足够能量的光子通 常会正好释放一个电子，从而产生一个自由的空穴。如果这发 生在离电场足够近的位置，或者自由电子和自由空穴正好在它 的影响范围之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。 这会导致电中性进一步被破坏，如果我们提供一个外部电流通 路，则电子会经过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在那里 与电场发送的空穴合并。从而形成从N型区到P型区的电流，并 在PN结两侧集聚形成电位差。通过在光伏电池的顶部和底部安 放金属触点，可以将电流引出来，以供使用。当外部电路接通 时，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程 的的实质是：光子能量转换成电能的过程。
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2.我国发展历史
（1）1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成 功，并开进了北京中南海的勤政殿，向中央领导汇报。 （2）1996年，清华大学参照日本能登竞赛规范，研制了“追日” 号太阳能汽车。重800公斤左右,最高车速达80公里每小时，造价 为7.8万美元。 （3）2001年全国高校首辆可载人的太阳能电动车–“思源号” 在上海交通大学诞生。无需任何助动燃料，只要在阳光下晒三、 四个小时，便能轻松跑上10多公里。
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具体的，太阳能电动汽车的控制主要通过以下 三个方面来实现：
❖ 能量转换器。通过开环控制能量转换器提供蓄电池持续 稳定的充电电压，以保证蓄电池的储电量。
❖ 电动机控制器。通过电动机控制器实现对电动机的调速， 控制蓄电池的放电量，以保证长时间持续放电。
❖ 驾驶系统。太阳能汽车的驾驶系统功能与普通汽车的驾 驶系统功能差不多，主要实现太阳能汽车的功的转向和 制动控制。对于太阳能赛车，考虑到能量有限的问题， 驾驶系统还应具备能量监视和系统调节能。