太阳能发电在汽车供电系统中的应用(附件)【字数：14146】
摘 要随着不可再生资源消耗的增加，特别是石油能源的枯竭，对汽车工业产生巨大的影响，人们开始思考如何保持可持续发展，新能源汽车将在新世纪的前几十年里成为发展主流，并被业内的专业人士所认同。太阳能在汽车中的应用，有效地减少了全球环境的污染，创造了清洁的生活环境。随着世界经济的和科学技术的快速发展，太阳能汽车成为了一个产业已经不再是神话。在这种背景下，一些环保人士主张开发太阳能汽车，太阳能汽车利用太阳能电池将光能转化为电能，电能储存在电池中，并驱动汽车使用。因为太阳能汽车使用光伏发电来提供动力，不使用化石燃料，所以它们不排放污染物。据报道，如果使用的是太阳能汽车而不是内燃机汽车，则每辆车的二氧化碳排放量可以减少43 - 54%。本论文将太阳能发电与汽车动力相结合，提出了一种太阳能混合动力系统的方案。本文首先研究了光伏发电的基本构造和基本原理，简述了太阳能电池的工作原理，基本特性和分类，并选择了其中的一种作为本论文的充放电电池。其次对当今主流的控制方法MPPT进行简单的说明，选择了模糊逻辑控制作为本文MPPT的控制方法。然后是介绍了混合动力汽车的基本构造和工作原理，并且用薄膜电池将车顶变成太阳能电池充电设备。其中，由混合动力系统ECU（HV ECU）控制着整个车工作状态，并详细介绍了其工作原理。最后在这个基础上，提出了一种太阳能混合动力系统——太阳能混合动力汽车。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 国内外研究动态和现状 1
1.2.1 理论的渊源及演进过程 1
1.2.2 国外研究状况 2
1.2.3 国内研究状况 2
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 太阳能发电技术 4
2.1 太阳能光伏发电的介绍 4
2.1.1太阳能电池方阵 4
2.1.2蓄电池 5
2.1.3控制器 6
2.1.4变换器 6
2.2太阳能电池的工作原理和特性 6
2.2.1 太阳能电池的工作原理 7
2.2.2太阳能发电原理 7
2.2.3太阳能电池的基本特性 7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2.3太阳能电池的分类 8
2.3.1硅基薄膜太阳能电池 8
2.3.2化合物太阳能电池 8
2.3.3.染料敏化太阳能电池 9
2.4太阳能发电系统的控制 9
2.4.1最大功率点跟踪控制 9
2.4.2最大功率点跟踪的算法 11
2.4.3蓄电池充放电控制技术 12
第三章 太阳能混合动力汽车 14
3.1混合动力系统的基本概念 14
3.2太阳能混合动力系统的基本结构 14
3.2.1.蓄电池及其管理系统 14
3.2.2.动力管理系统 15
3.2.3控制系统 15
3.2.4车顶太阳能电池充电系统 15
第四章 太阳能混合动力汽车控制系统的设计 17
4.1太阳能混合动力汽车的控制设计 17
4.1.1太阳能混合动力系统ECU（HV ECU）的控制设计 18
4.1.2发动机ECU控制设计 19
4.1.3变频器控制设计 19
4.1.4发电机(MG1)和电动机(MG2)的控制设计 19
4.1.5蓄龟池ECU控制设计 20
4.1.6系统主继电器(SMR)的控制功能 20
4.1.7碰撞时的控制 21
4.2太阳能混合动力汽车控制系统工作状态 21
4.3太阳能混合动力汽车的控制系统工作流程 23
第五章 总结及展望 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
当今人类面临一个严峻的问题:能源资源枯竭，环境污染严重。石油所代表的化石能源越来越多，价格波动很大。由于人类的经济发展消耗了大量的化石燃料，所以导致了温室气体的排放快速增长。根据科学家的预测，到2020年，世界上的石油储量将会枯竭。对于这个问题，摆脱对化石能源的依赖，减少全球变暖是如今全世界最重要的课题。其中，利用太阳能发电及太阳能的应用是这一重要问题的解决手段之一。
对于这种情况，我国也制定了以发展可再生能源为国家政策方针，作为一项主要的战略措施。国务院审查和批准的《可再生能源和长期发展规划原则》中，建议中国在2010年将太阳能的可再生能源消费占总能耗的比例从2005年的7.5%上升到11%左右，到2020年将达到总比例的15%。
1.1.2 研究意义
太阳能发电技术应用在汽车上，能够有效的降低汽车尾气排放和二氧化碳等气体的排放，从而减少了地球的环境污染，创建出一个洁净的生存环境，随着全球飞速发展的科学技术，太阳能发电在汽车上的应用愈来愈多。正如我们所知，使用传统能源的汽车是城市中最重要的污染来源，汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都是有毒气体，它不仅会污染空气，还会影响我们的身心健康。当今社会，全球的各个传统汽车厂商都在打造电动汽车，希望能取代传统能源汽车，来减少环境污染。但由于电动汽车是拥有电力驱动的，然而各城市的主要电力是来自于各类传统能源的燃烧发电，使用电动汽车会使城市用电增加，这便会间接的增加发电厂的环境污染。针对这种情况，一些环保人士和新能源专家就提倡使用太阳能作为汽车的动力，太阳能汽车是利用光伏发电将太阳能转化成电能，电能会储存在蓄电池中，以供驱动汽车。由于太阳能汽车不使用传统能源，所以太阳能汽车可实现零排放，不会产生环境污染。据报道使用太阳能汽车，其二氧化碳排放量相比于传统汽车可减少43至54%。
1.2 国内外研究动态和现状
1.2.1 理论的渊源及演进过程
利用太阳能将大规模的太阳能转化为电能是一种很重要的方法。太阳能电池是实现这一过程的主要部件。1954年，贝尔实验室开发出了世界第一个太阳能电池块，揭开了利用太阳能能源的序幕。在70年代以前，由于太阳能电池效率低下且昂贵，通常用于太空技术。70年代以后，世界上的太阳能电池材料，在结构和工艺方面有着深入的研究，在提高效率和降低成本方面取得了很大的进步，扩大了其应用的规模。但与常规的发电相比，其使用成本仍然很高，主要是太阳能发电转换率过低。不过自上世纪90年代开始，太阳能发电的技术正不断的完善，其应用领域也不断的扩大。
1.2.2 国外研究状况
到2012年为止，欧洲区域为全球光伏核心开发领域，其中以德国、意大利及西班牙为代表。根据欧洲光伏产业协会（EPIA）的报告，2010年光伏发电能力超过40GW的整体设备,主要用于市场德国、西班牙、日本和意大利,其中，德国在2010年新增加的容量达到7瓦；2011年,新增的光伏发电设施装机容量超过30兆瓦，比2010年增加了13兆瓦，直到2011年底,全球累积的光伏发电总装机容量超过71兆瓦。在2012年之前，全球累计的光伏发电的容量达到100兆瓦，其中，全球的70%的容量是欧洲的份额。自2013年以来，欧洲逐渐被中国、日本、美国所超越，它们三个国家成为了一个主要的增长区域。2014年，日本、美国、英国排名第四，超越德国、意大利、西班牙等欧洲光伏传统强国。在这些国家中，全球新增发电容量的一半以上都是来自于中国和日本的新增发电容量。而且南非和印度这样的发展中国家也已经开始增加装机容量。2015年，全球光伏发电的增长由中、美、日和新兴市场引领。根据德国的太阳能协会统计数据，在2016年，全球的光伏新增装机容量达到70兆瓦，相比于2015年增加约30%。2016年的全球光伏发电装机容量达到900亿千瓦时，可供2500万居民使用[1]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 国内外研究动态和现状 1
1.2.1 理论的渊源及演进过程 1
1.2.2 国外研究状况 2
1.2.3 国内研究状况 2
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 太阳能发电技术 4
2.1 太阳能光伏发电的介绍 4
2.1.1太阳能电池方阵 4
2.1.2蓄电池 5
2.1.3控制器 6
2.1.4变换器 6
2.2太阳能电池的工作原理和特性 6
2.2.1 太阳能电池的工作原理 7
2.2.2太阳能发电原理 7
2.2.3太阳能电池的基本特性 7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2.3太阳能电池的分类 8
2.3.1硅基薄膜太阳能电池 8
2.3.2化合物太阳能电池 8
2.3.3.染料敏化太阳能电池 9
2.4太阳能发电系统的控制 9
2.4.1最大功率点跟踪控制 9
2.4.2最大功率点跟踪的算法 11
2.4.3蓄电池充放电控制技术 12
第三章 太阳能混合动力汽车 14
3.1混合动力系统的基本概念 14
3.2太阳能混合动力系统的基本结构 14
3.2.1.蓄电池及其管理系统 14
3.2.2.动力管理系统 15
3.2.3控制系统 15
3.2.4车顶太阳能电池充电系统 15
第四章 太阳能混合动力汽车控制系统的设计 17
4.1太阳能混合动力汽车的控制设计 17
4.1.1太阳能混合动力系统ECU（HV ECU）的控制设计 18
4.1.2发动机ECU控制设计 19
4.1.3变频器控制设计 19
4.1.4发电机(MG1)和电动机(MG2)的控制设计 19
4.1.5蓄龟池ECU控制设计 20
4.1.6系统主继电器(SMR)的控制功能 20
4.1.7碰撞时的控制 21
4.2太阳能混合动力汽车控制系统工作状态 21
4.3太阳能混合动力汽车的控制系统工作流程 23
第五章 总结及展望 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
当今人类面临一个严峻的问题:能源资源枯竭，环境污染严重。石油所代表的化石能源越来越多，价格波动很大。由于人类的经济发展消耗了大量的化石燃料，所以导致了温室气体的排放快速增长。根据科学家的预测，到2020年，世界上的石油储量将会枯竭。对于这个问题，摆脱对化石能源的依赖，减少全球变暖是如今全世界最重要的课题。其中，利用太阳能发电及太阳能的应用是这一重要问题的解决手段之一。
对于这种情况，我国也制定了以发展可再生能源为国家政策方针，作为一项主要的战略措施。国务院审查和批准的《可再生能源和长期发展规划原则》中，建议中国在2010年将太阳能的可再生能源消费占总能耗的比例从2005年的7.5%上升到11%左右，到2020年将达到总比例的15%。
1.1.2 研究意义
太阳能发电技术应用在汽车上，能够有效的降低汽车尾气排放和二氧化碳等气体的排放，从而减少了地球的环境污染，创建出一个洁净的生存环境，随着全球飞速发展的科学技术，太阳能发电在汽车上的应用愈来愈多。正如我们所知，使用传统能源的汽车是城市中最重要的污染来源，汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都是有毒气体，它不仅会污染空气，还会影响我们的身心健康。当今社会，全球的各个传统汽车厂商都在打造电动汽车，希望能取代传统能源汽车，来减少环境污染。但由于电动汽车是拥有电力驱动的，然而各城市的主要电力是来自于各类传统能源的燃烧发电，使用电动汽车会使城市用电增加，这便会间接的增加发电厂的环境污染。针对这种情况，一些环保人士和新能源专家就提倡使用太阳能作为汽车的动力，太阳能汽车是利用光伏发电将太阳能转化成电能，电能会储存在蓄电池中，以供驱动汽车。由于太阳能汽车不使用传统能源，所以太阳能汽车可实现零排放，不会产生环境污染。据报道使用太阳能汽车，其二氧化碳排放量相比于传统汽车可减少43至54%。
1.2 国内外研究动态和现状
1.2.1 理论的渊源及演进过程
利用太阳能将大规模的太阳能转化为电能是一种很重要的方法。太阳能电池是实现这一过程的主要部件。1954年，贝尔实验室开发出了世界第一个太阳能电池块，揭开了利用太阳能能源的序幕。在70年代以前，由于太阳能电池效率低下且昂贵，通常用于太空技术。70年代以后，世界上的太阳能电池材料，在结构和工艺方面有着深入的研究，在提高效率和降低成本方面取得了很大的进步，扩大了其应用的规模。但与常规的发电相比，其使用成本仍然很高，主要是太阳能发电转换率过低。不过自上世纪90年代开始，太阳能发电的技术正不断的完善，其应用领域也不断的扩大。
1.2.2 国外研究状况
到2012年为止，欧洲区域为全球光伏核心开发领域，其中以德国、意大利及西班牙为代表。根据欧洲光伏产业协会（EPIA）的报告，2010年光伏发电能力超过40GW的整体设备,主要用于市场德国、西班牙、日本和意大利,其中，德国在2010年新增加的容量达到7瓦；2011年,新增的光伏发电设施装机容量超过30兆瓦，比2010年增加了13兆瓦，直到2011年底,全球累积的光伏发电总装机容量超过71兆瓦。在2012年之前，全球累计的光伏发电的容量达到100兆瓦，其中，全球的70%的容量是欧洲的份额。自2013年以来，欧洲逐渐被中国、日本、美国所超越，它们三个国家成为了一个主要的增长区域。2014年，日本、美国、英国排名第四，超越德国、意大利、西班牙等欧洲光伏传统强国。在这些国家中，全球新增发电容量的一半以上都是来自于中国和日本的新增发电容量。而且南非和印度这样的发展中国家也已经开始增加装机容量。2015年，全球光伏发电的增长由中、美、日和新兴市场引领。根据德国的太阳能协会统计数据，在2016年，全球的光伏新增装机容量达到70兆瓦，相比于2015年增加约30%。2016年的全球光伏发电装机容量达到900亿千瓦时，可供2500万居民使用[1]。
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