一种太阳能汽车换气装置的设计研究

一种太阳能汽车换气装置的设计研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.09.004

在炎热的夏天里，很多的汽车在停放时难免会被太阳照射到，在阳光的照射下过程中，汽车车厢内因无空调在运行，又无通风的条件下，会使汽车不断吸收太阳光的能量，从而提升了汽车车内的温度，相对于车外部的温度来讲，车内的温度会比车外的温度要高出很多。这时直接进入未启动空调的车厢内，会因为车内外的一个温度差，而闷热感在短时间内无法适应下来，甚至中暑。同时，汽车在太阳的猛烈照射下时，车厢内会也产生一些材料的有害物，如甲醛、苯、甲苯、二甲苯等，这些化学物质都是可以对人体产生一定危害的。基于此种情况，在此研究设计了一款利用太阳能驱动汽车发动机停机时换气装置。

该换气装置的主要组成部分有：汽车鼓风机、免维护启动蓄电池、太阳能发电电池板、太阳能控制器、信号处理器单片机、小电机马达、继电器、保护电阻等。以鼓风机为驱动力，通过空气滤清器，将清洁的空气送进车厢内，同时在后尾箱处设一电动通气孔，鼓风机在发动机熄火时启动，电动通气孔也同时开启，从而做到车厢内空气不断与外界作循环换气，尽可能的做到车厢内外的一个温度平衡，也做到了消除一定异味的功效。该装置主要利用电能来源于太阳能和

蓄电池在汽车行驶过程中充电存储留下来的电。太阳能电池板与蓄电池相互为主?o，在阳光充足的情况下，太阳能有足够的电能提供时，会给蓄电池和鼓风机供电，太阳能产生的电能不够充足时，以蓄电池辅助供电；当蓄电池电能消耗到预留汽车启动电压时，停止一切换气工作，太阳能电池板仅供蓄电池充电。

1 鼓风机设计

鼓风机是整个系统的中，最为直接工作的一个部件，它的工作极为重要，可以直接的影响整个系统的参数选定。根据鼓风机的一种类型选购，需求功率的大小，决定蓄电池的容量大小和太阳能电池板的电量供给进行选择，以确保在工作过程中对电能的需求量，以避免超负荷的出现，缩短整个系统使用寿命。

1.1 鼓风机的选购

1.1.1 选购雪佛兰新赛奥离心式鼓风机PP-T20，做试验样机

1.1.2 鼓风机的额定参数

为了让试验顺利进行，选购的鼓风机额定功率为90W，额定电流7.5A，内阻1.6Ω，额定电压12V，控制器控制鼓风机。

1.2 鼓风机的控制过程

太阳能电池板产生的电，先进入太阳能控制器，再由太

阳能控制器对蓄电池充电；在太阳能能产的电不够时，控制器与蓄电池相连的两个充电端子就会变成供电端子，将电流入控制器中，再由控制器的另两个电流输出端子对各个用电器进行供电，单片机接到启动信号时便接通鼓风机继电器，通电鼓风机工作，如下图所示：

2 免维护蓄电池的选购

根据鼓风机的额定参数计算，选择了浙江巨江电源制造有限公司的鸿雁免维护蓄电池6-QW-72（650），额定电压12V，电池容量72A.H，蓄电池的选购尽可能的选购高容量的免维

护蓄电池，选择其他类型的蓄电池也是可以的，只要它满足汽车的启动性能和高容量即可。

3 太阳能电池板

3.1 太阳能电池板规格参数选择

因汽车的空间有限，先采取品牌为高翔的太阳能电池板规格规格50w/12V 尺寸：670*540*25MM；参数要求，功率

50W，功率偏差3%，峰值电压17.64v，峰值电流2.8A，开路电压21.42V，短路电流3.14A。

3.2 太阳能能源在换气装置中的作用

太阳能电池板在整个系统设计中，其主要的作用是发电，汽车在行驶时，太阳能电池板会和发电机同时发电，同时给用电设备供电和蓄电池充电；在汽车发动机停止工作时，太阳能电池板，仍继续给蓄电池充电，太阳能电池板在该装置

中起主要作用，在太阳充足时，鼓风机开最低档时，可单独给鼓风机供电和蓄电池充电；在鼓风机开中速档和高速当时，和蓄电池同时供电。若没有太阳能电池板的参与，鼓风机在使用蓄电池的电能时，就没有后备电源的支持，从而导致，蓄电池耗能过多，影响汽车的启动。

4 太阳能控制器系统

4.1 控制器的工作原理

太阳能电池板属于光伏设备（主要部分为半导体材料），它经过光线照射后发生光电效应产生电流。由于材料和光线所具有的属性和局限性，其生成的电流也是具有波动性的曲线，如果将所生成的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则容易造成蓄电池和负载的损坏，严重减小了他们的寿命。因此必须把电流先送入太阳能控制器，采用一系列专用芯片电路对其进行数字化调节。

4.2 设计装置中控制器的系统控制

太阳能产生的电流后，通过控制器，再由控制器给蓄电池充电或供用给鼓风机；同理，鼓风机欲使用蓄电池电能时，蓄电池电流也是先经过控制器的调控后，再供给鼓风机，这样做的目的：一是为了稳定放电电流；二是为了保证蓄电池不被过放电；三是可对负载和蓄电池进行一系列的监测保护，从而起到一个保护的作用。

采用的控制器规格148.57mm*77.99mm，外接端子有六个，

两端子接太阳能电池板的正负极端子，为输入端子；另两端子接蓄电池正负极，为输出端子；最后两端子接用电器的正负极端子，为输出端子；两对输出端，一对输入端。显示器显示控制器的控制工作状态，有数字显示区，充电标识，电池电量标识，负载标识等，在系统工作时，可以通过观察控制器开判断，控制器控制的范围内工作的情况。 5 单片机

本设计主要是以STC12C5A60S2为主控、DS18B20数字温度传感器为温度测量传感器、DS1302为实时时钟模块、

AT24C02为系统参数存储模块、LM2596-5.0为5伏电源供给模块、小型继电器做输出开关、采用8550三级管对继电器进驱动、采用光耦器件对输出与单片机之间进行光电隔离，输入与输出接口采用晚插拨的KF2EDGK型接插座，便于接线并能使整个控制板能整体拆下或更换。

5.1 单片机控制板功能说明

本控制板输入电源为直流12伏，控制板主要有五个接口插座，包括电源输入接口（con1插座）、LCD显示屏接口（XH3插座）、输出接口（con2插座）、数字温度传感器接口（XH1插座）与程序下载端口（H1插座）。12伏电源从电源输出接口输入，通过电源模块进行降压、隐压后提供整块板的5伏电源，数字温度传感器连接于温度传感器接口（XH1座子），单片机对数字温度传感器进行初始化后，每个扫描