【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 駛10多公里。但由于蓄電池容量小、續(xù)航能力差、以及車體設(shè)計(jì)風(fēng)阻較大，無(wú)法完成代步車的任務(wù)。之后，太陽(yáng)能研究所推出可搭乘6名乘客的太陽(yáng)能車，但時(shí)速只有40km左右，續(xù)駛能力也就一個(gè)小時(shí)。至2006年底，我國(guó)首輛太陽(yáng)能轎車在南京亮相、最高時(shí)速可達(dá)88公里，如加上電能，晚上能跑220km、白天可跑290km。到2008年，我國(guó)首批批量生產(chǎn)的太陽(yáng)車汽車在展會(huì)亮相，這批太陽(yáng)能汽車售價(jià)只有三萬(wàn)多元，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率達(dá)到14%~17%，最高時(shí)速可達(dá)60~70公里，一次充電可行駛150公里以上，這是我國(guó)真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的首批太陽(yáng)能汽車。至此，我國(guó)太陽(yáng)能電動(dòng)車可試進(jìn)入商業(yè)化階段。 太陽(yáng)能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光轉(zhuǎn)換成電力的器件裝置。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅等，它們的發(fā)電原理基本相同。以晶體為例：P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成PN結(jié)。當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池陣列板的表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子產(chǎn)生了躍遷，成為自由電子，在PN結(jié)兩側(cè)集驟形成了電位差，當(dāng)外部電路接通時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路，從而產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。目前太陽(yáng)能陣列電池板是由光敏半導(dǎo)體材料制成的，大多使用硅化合物。 　根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池板可分為：硅太陽(yáng)能電池；以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵IIIV化合物、硫化鎘、硒銦銅等多元化合物為材料的電池；功能高分子材料制備的太陽(yáng)能電池；和納米晶太陽(yáng)能電池等。不論以何種材料來(lái)制作電池，對(duì)太陽(yáng)能電池材料一般的要求有：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池板以硅材料為主的主要原因。 太陽(yáng)能電池組件是供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能組件中的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽(yáng)能控制器的作用是管理和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用，與純電動(dòng)汽車的電動(dòng)源控制管理系統(tǒng)具有相同的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪?、時(shí)控等應(yīng)當(dāng)都是控制器的可選項(xiàng)。蓄電池的作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池組件所提供出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。 太陽(yáng)能電池組件是由單個(gè)光伏電池拼接組成，或由折疊式支架拼接組成陣列。因?yàn)閱蝹€(gè)光伏電池（如硅電池）的電壓太低，所以都要把它們串、并聯(lián)構(gòu)成有實(shí)用價(jià)值的光伏電池板，陣列成一個(gè)應(yīng)用單元，然后根據(jù)供電要求，再由多個(gè)應(yīng)用單元的串、并聯(lián)組成整個(gè)太陽(yáng)能光伏電池板的供電組件。蓄電池組是太陽(yáng)能光伏電池的儲(chǔ)能裝置，在夜間或光照不足及負(fù)載消耗超出光伏電池的發(fā)電量時(shí)，由蓄電池組向負(fù)載供電。為了減輕整個(gè)系統(tǒng)的重量，應(yīng)采用高能蓄電池組。 太陽(yáng)能電動(dòng)汽車與燃油汽車在動(dòng)力結(jié)構(gòu)上有很大的不同，但與純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)卻有許多相同之處。所不同的是純電動(dòng)汽車的充電方式必須依靠電源，而太陽(yáng)能電動(dòng)汽車的電能裝置來(lái)自于太陽(yáng)能光伏電池和電源兩種充電方式，而純電動(dòng)車不必背負(fù)巨大的太陽(yáng)能光伏陳列電池板。當(dāng)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生電能，與控制裝置和儲(chǔ)能裝置連接后，再由另一端連接負(fù)載，負(fù)載就是電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)（驅(qū)動(dòng)裝置）。一般在電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)，被轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)光能通過(guò)控制裝置直運(yùn)送到負(fù)載，而在停駛或太陽(yáng)光足時(shí)，剩余部分的電能向蓄電池充電并儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)太陽(yáng)光不足時(shí)，由太陽(yáng)能光伏電池和蓄電池同時(shí)向負(fù)載供電；當(dāng)汽車減速或剎車時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)“回授性制動(dòng)裝置”，將電能量通過(guò)控制器，將發(fā)動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，反向進(jìn)入蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存。用互補(bǔ)式不間斷供電技術(shù)，改變嚴(yán)重依賴天氣的缺陷，完善電動(dòng)車的性能。在設(shè)計(jì)電動(dòng)車整個(gè)供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面： 一是光強(qiáng)與負(fù)載。太陽(yáng)能光伏電池是一種光電轉(zhuǎn)換裝置，其輸出功率的大小取決于光照的強(qiáng)度，要拼裝多大的太陽(yáng)能光伏電池組件主要取決于能夠接受光照的強(qiáng)度及所用負(fù)載的大小。 二是蓄電池組的選擇。要根據(jù)光伏電池組合的發(fā)電容量來(lái)選擇蓄電池組的容量，以便在陰雨天及晚上可以由蓄電池向負(fù)載供電，為了減輕系統(tǒng)重要，最好選用高比能量的蓄電池。 三是機(jī)械強(qiáng)度。考慮到電動(dòng)汽車的整個(gè)供電系統(tǒng)都是在運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行中使用，必須考慮系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度，耐腐蝕性，耐氣候變化等各種因素。太陽(yáng)能光伏電池組陣列應(yīng)采取高強(qiáng)度鋼化玻璃外殼，支架系統(tǒng)應(yīng)采用高強(qiáng)度材料。使整個(gè)供電系統(tǒng)具有便于運(yùn)行、重量輕、效率高、可靠性好、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)。圖2所示為本專題之電路圖，我們是利用8051單晶片控制來(lái)做來(lái)太陽(yáng)能電動(dòng)車控制方式，再利用太陽(yáng)能板充電至蓄電池來(lái)提供IC版運(yùn)作以及馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的電力。如下簡(jiǎn)略介紹各部位的電路功能。圖2 本專題之電路圖 圖3 電源電路 圖3所示為本專題之電源電路。它是由二組太陽(yáng)能板提供電能充電至蓄電池，開機(jī)時(shí)經(jīng)由開關(guān)供電，供IC使用。 圖4. 8051CPU電路 圖 4所示為8051CPU電路，如下簡(jiǎn)單介紹各腳功能:8051為一40PIN之CPU，其I/O腳有32 PIN。(1) RST腳 (PIN9)，接一10uF/16V電容及2K電阻，開機(jī)時(shí)即可得10ux2K=20Ms之Reset時(shí)間，此時(shí)間可避免剛開機(jī)時(shí)電源尚不穩(wěn)導(dǎo)致程序錯(cuò)亂之情形。(2) 第18及19 PIN為石英振蕩器接腳，提供程序執(zhí)行時(shí)所須之時(shí)間脈波。(3) 第40PIN為VCC電源輸入，20PIN為接地腳。(4) 第29,30及31PIN為外部存儲(chǔ)器控制腳，本專題使用8051內(nèi)部存儲(chǔ)器，故此3PIN均未使用，因此各接10K拉至5V。(5) 第1 PIN為紅外線二極管傳感器/放大電路A輸入腳。(6) 第2 PIN為紅外線二極管傳感器/放大電路B輸入腳。(7) 第27 PIN為車頭感測(cè)LED輸出腳。(8) 第28 PIN為車尾感測(cè)LED輸出腳。(9) 第25 PIN為前進(jìn)RELAY輸出腳。(10) 第26 PIN為后退RELAY輸出腳。圖5 車頭感測(cè)電路 圖 5所示為車頭感測(cè)電路，平常紅外線二極管接收器接收到發(fā)射端的訊號(hào)，再經(jīng)LM358 ，輸出Hi，當(dāng)物體經(jīng)過(guò)時(shí)遮斷訊號(hào)，OP放大器輸出Low，后級(jí)再經(jīng)74LS14整波形IC，將介于0V至5V間的中間值電壓去除，而得到純5V(Hi)及0V(Low)之感測(cè)電壓準(zhǔn)位，便于8051程序處理。 圖6 車尾感測(cè)電路 圖 6所示為車尾感測(cè)電路圖，平常紅外線二極管接收器接收到發(fā)射端的訊號(hào)，再經(jīng)LM358 ，輸出Hi，當(dāng)物體經(jīng)過(guò)時(shí)遮斷訊號(hào)，OP放大器輸出Low，后級(jí)再經(jīng)74LS14整波形IC，將介于0V至5V間的中間值電壓去除，而得到純5V(Hi)及0V(Low)之感測(cè)電壓準(zhǔn)位，便于8051程序處理。圖7 石英震蕩器電路 圖 7所示為石英震蕩器電路，石英振蕩器，提供程序執(zhí)行時(shí)所須之時(shí)間脈波。 圖8車尾感測(cè)LED電路 圖 8所示為，當(dāng)車尾感測(cè)到黑膠帶時(shí)，8051輸出Low，亮燈； 感測(cè)到白色時(shí)，8051輸出Hi，熄燈。圖9 車頭感測(cè)LED電路 圖9 所示為車頭感測(cè)LED電路，當(dāng)車頭感測(cè)到黑膠帶時(shí)，8051輸出Low，亮燈； 感測(cè)到白色時(shí)，8051輸出Hi，熄燈。圖10 后退電路 圖10 所示為后退電路8051控制一晶體管，ON(Low)時(shí)繼電器導(dǎo)通此時(shí)端子座輸出反相電壓(2)v，車輪馬達(dá)后退，OFF(Hi)時(shí)繼電器不通此時(shí)無(wú)輸出電壓。 圖11 前進(jìn)電路 圖11所示為前進(jìn)電路，8051控制一晶體管，ON(Low)繼電器導(dǎo)通此時(shí)端子座輸出正相電，車輪馬達(dá)前進(jìn)，OFF(Hi)時(shí)繼電器不通此時(shí)無(wú)輸出電壓。圖12 馬達(dá)電路 圖12所示為馬達(dá)電路，當(dāng)繼電器輸出正相電壓時(shí)，車輪馬達(dá)前進(jìn)，當(dāng)繼電器輸出反相電壓時(shí)，車輪馬達(dá)后退。  太陽(yáng)能光伏電池板是將太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，是因?yàn)楣庾釉谌展庀庐a(chǎn)生能量帶動(dòng)電子從一個(gè)半運(yùn)動(dòng)的金屬粒子的一層轉(zhuǎn)移到另一層面，電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了通用的電力。太陽(yáng)能光伏電池板可以由光電轉(zhuǎn)化率、能量比大小來(lái)選擇。由于許多獨(dú)立的硅片被組合，形成龐大的太陽(yáng)能光伏陣列，并產(chǎn)生能夠電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的電能，而這種電能量還必須達(dá)到高電壓、高功率的程度，這就要有一個(gè)重要的系統(tǒng)電力控制系統(tǒng)。 電動(dòng)汽車的心臟部位就是電源及其蓄電池組，而運(yùn)行系統(tǒng)基本上是由電源、電控、電機(jī)來(lái)組成。而在太陽(yáng)能電動(dòng)汽車上其控制系統(tǒng)不僅僅控制電動(dòng)源（電池），還要增加太陽(yáng)能光伏電池陣列的控制功能。太陽(yáng)能光伏電池所供應(yīng)的電壓與蓄電池組飽和電壓基本相同，可以直接耦合，在太陽(yáng)能功率充足時(shí)，多余的能量進(jìn)入儲(chǔ)能的蓄電池，在太陽(yáng)能光電功率不足時(shí)由蓄電池完成電力驅(qū)動(dòng)的任務(wù)。這些，必須由控制系統(tǒng)來(lái)完成?？刂葡到y(tǒng)的功能就是對(duì)充電和放電的過(guò)程進(jìn)行控制和保護(hù)，這樣才能保證對(duì)整個(gè)電動(dòng)源系統(tǒng)的正常充電、放電及其對(duì)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)。最簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)也應(yīng)該起到以下三個(gè)方面的作用：一是按照使用要求給出穩(wěn)定的電壓、電流；二是蓄電池過(guò)充電或過(guò)放電時(shí)可以報(bào)警或自動(dòng)切斷電路； 三是負(fù)載發(fā)生短路時(shí)可以自動(dòng)切斷電源電路。 控制系統(tǒng)是控制太陽(yáng)能光伏電池陣列板對(duì)蓄電池的充電以及蓄電池和太陽(yáng)能電池對(duì)負(fù)載的放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能光伏電池和蓄電池的科學(xué)管理，指示蓄電池過(guò)壓、欠壓等運(yùn)行狀態(tài)，具有兩路負(fù)載輸出的管理，或兩路負(fù)載可以隨意設(shè)置為同時(shí)工作、分時(shí)工作或單獨(dú)工作等模式，同時(shí)具有負(fù)載過(guò)流、短路保護(hù)功能，具有較高的自動(dòng)化和智能化水平。其硬件結(jié)構(gòu)主要由電壓采集電路、負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路、指示或顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽(yáng)能光伏電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽(yáng)光線強(qiáng)弱的識(shí)別以及蓄電池電壓的獲取等。 在電動(dòng)源控制系統(tǒng)利用子系統(tǒng)的控制功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理時(shí)，若太陽(yáng)能