多功能太陽能傘

1、設(shè)計(jì)者：張明智、尹智斌、陳碩、楊熠、謝永靖設(shè)計(jì)者：張明智、尹智斌、陳碩、楊熠、謝永靖 指導(dǎo)教師：白一鳴指導(dǎo)教師：白一鳴多功能太陽能傘 目錄1 1、背景及意義、背景及意義2 2、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)原理3 3、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方案背景及意背景及意義義 傳統(tǒng)傘存在許多缺陷傳統(tǒng)傘存在許多缺陷: :其一，傳統(tǒng)傘僅能遮陽擋雨，沒有利用傘其一，傳統(tǒng)傘僅能遮陽擋雨，沒有利用傘在戶外使用在戶外使用 的特點(diǎn)以利用太陽能；的特點(diǎn)以利用太陽能；其二，傳統(tǒng)傘在夜間使用時(shí)沒有照明系統(tǒng)，其二，傳統(tǒng)傘在夜間使用時(shí)沒有照明系統(tǒng)，使行進(jìn)困難；使行進(jìn)困難； 其三，炎炎夏日，太陽傘的使用者在傘的其三，炎炎夏日，太陽傘的使用者在傘的籠罩下會(huì)

2、覺得異常的悶熱。此外，伴隨籠罩下會(huì)覺得異常的悶熱。此外，伴隨 2121世紀(jì)電子產(chǎn)品設(shè)備的普及，使人們對(duì)戶外世紀(jì)電子產(chǎn)品設(shè)備的普及，使人們對(duì)戶外給電子設(shè)備充電的需求越來越大。給電子設(shè)備充電的需求越來越大。 基于此，我們基于此，我們 設(shè)計(jì)制作一種多功能太陽能設(shè)計(jì)制作一種多功能太陽能傘。采用可彎曲柔性非晶硅太陽能傘。采用可彎曲柔性非晶硅太陽能 電池片作為電池片作為光電轉(zhuǎn)換器件，自主集成設(shè)計(jì)電源控制電路，穩(wěn)光電轉(zhuǎn)換器件，自主集成設(shè)計(jì)電源控制電路，穩(wěn)定給鋰離子電池充定給鋰離子電池充 電，采用電，采用MPPTMPPT最大功率跟蹤最大功率跟蹤芯片保證電池片效率，從而可實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)電子設(shè)芯片保證電池片效率，從而

3、可實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)電子設(shè)備備 充電，同時(shí)該傘還集成了充電，同時(shí)該傘還集成了LEDLED照明，夏季風(fēng)扇照明，夏季風(fēng)扇降溫等功能。方便了太陽能傘使用降溫等功能。方便了太陽能傘使用 者，出行無者，出行無需自帶照明及移動(dòng)電源設(shè)備，在炎炎夏日也可清需自帶照明及移動(dòng)電源設(shè)備，在炎炎夏日也可清爽出行，同時(shí)有效利爽出行，同時(shí)有效利 用了太陽能這一可再生清用了太陽能這一可再生清潔資源，達(dá)到了節(jié)能目的。潔資源，達(dá)到了節(jié)能目的。設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 本產(chǎn)品主要包括太陽能電池片光伏供本產(chǎn)品主要包括太陽能電池片光伏供電儲(chǔ)能裝置和電源輸出功能裝置（電儲(chǔ)能裝置和電源輸出功能裝置（LEDLED、小風(fēng)小風(fēng) 扇）兩部分。扇）兩部分。系統(tǒng)原

4、理如圖系統(tǒng)原理如圖2.1 2.1 所示。所示。系統(tǒng)各部分電子器件配置如圖系統(tǒng)各部分電子器件配置如圖2.22.2。Page 8機(jī)械物理特性機(jī)械物理特性太陽能薄膜電池以及相關(guān)太陽能薄膜電池以及相關(guān)LEDLED燈燈和小風(fēng)扇的布置和小風(fēng)扇的布置蓄電池及控制系統(tǒng)的布置蓄電池及控制系統(tǒng)的布置需保證傘的可折疊性；整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；限制總重量以實(shí)現(xiàn)便攜性蓄電池可與傘體分離作為獨(dú)立移動(dòng)電源充電使用電氣特性電氣特性充電充電可由太陽能電池為蓄電池充電，同時(shí)蓄電池也可直接使用220v交流電充電作為補(bǔ)充電源LED燈及小風(fēng)扇燈及小風(fēng)扇可根據(jù)需要手動(dòng)開啟，由蓄電池提供穩(wěn)定工作電壓，USB放電放電可輸出5v的穩(wěn)定電壓給重用移動(dòng)

5、電子設(shè)備充電Page 101.1.兼具防雨防曬及光電轉(zhuǎn)換等功能兼具防雨防曬及光電轉(zhuǎn)換等功能，可為可為各種移動(dòng)電子設(shè)備充電，方便實(shí)用各種移動(dòng)電子設(shè)備充電，方便實(shí)用；2.2. 增加了增加了LEDLED光照系統(tǒng)光照系統(tǒng)，可為夜見出行照明；，可為夜見出行照明；3 3. .增加內(nèi)置風(fēng)扇，可為夏季降溫；增加內(nèi)置風(fēng)扇，可為夏季降溫；4.4.太陽能發(fā)電控制器和移動(dòng)電源控制器等太陽能發(fā)電控制器和移動(dòng)電源控制器等控制裝置的集成化設(shè)計(jì)控制裝置的集成化設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)難點(diǎn)1.元器件參數(shù)的選擇元器件參數(shù)的選擇2.各組件之間機(jī)械特性的匹配各組件之間機(jī)械特性的匹配3.電氣環(huán)節(jié)的防水處理電氣環(huán)節(jié)的防水處理4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)成本

6、控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)成本控制設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案1 1、WARMSPACE WARMSPACE 品牌的三結(jié)柔性品牌的三結(jié)柔性非晶硅薄膜太陽電池非晶硅薄膜太陽電池2 2、充電控制芯片、充電控制芯片:CN3722:CN37223 3、最大功率點(diǎn)跟蹤（、最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPTMPPT）4 4、小風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制、小風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制 5 5、DC-DCDC-DC升壓器（放于傘的后面升壓器（放于傘的后面) )6 6、LED LED 照明照明7 7、手機(jī)充電裝置、手機(jī)充電裝置 3.13.1實(shí)際選用太陽能電池片實(shí)際選用太陽能電池片 基于實(shí)際太陽能傘制作要基于實(shí)際太陽能傘制作要求，以及彈性，重量，以及光電轉(zhuǎn)換效率等因求，以

7、及彈性，重量，以及光電轉(zhuǎn)換效率等因 素，我素，我們選擇了們選擇了 WARMSPACE WARMSPACE 品牌的三結(jié)柔性非晶硅薄膜太陽品牌的三結(jié)柔性非晶硅薄膜太陽電池，詳電池，詳 細(xì)參數(shù)如細(xì)參數(shù)如Table 3 Table 3 所示。所示。 3.2 3.2 實(shí)際選用充電控制芯片實(shí)際選用充電控制芯片1 1、CN3722CN3722是一款可使用太陽能電池供電的是一款可使用太陽能電池供電的 PWM PWM 降壓模式降壓模式充電管理集成電充電管理集成電 路，具有太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤功路，具有太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤功能。能。2 2、CN3722 CN3722 具有恒流恒壓充電模式，非具有恒流恒壓充

8、電模式，非 常適合對(duì)單節(jié)或常適合對(duì)單節(jié)或多節(jié)鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電管理。多節(jié)鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電管理。3 3、恒流充電電流由連接、恒流充電電流由連接 CSP CSP 管腳和管腳和 BAT BAT 管腳之間的電管腳之間的電流檢測(cè)電阻流檢測(cè)電阻 RCSRCS設(shè)置，在恒壓充電模式，恒壓充電設(shè)置，在恒壓充電模式，恒壓充電 電壓電壓由外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置由外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置4 4、CN3722 CN3722 采用恒電壓法跟蹤太陽能電池最大功率點(diǎn)采用恒電壓法跟蹤太陽能電池最大功率點(diǎn) 基于實(shí)際需求，設(shè)計(jì)芯片具有以下功能：過流?；趯?shí)際需求，設(shè)計(jì)芯片具有以下功能：過流保護(hù)，短路保護(hù)，過放保護(hù)，短路

9、保護(hù)，過放保 護(hù)，穩(wěn)壓保護(hù)，過充保護(hù)。護(hù)，穩(wěn)壓保護(hù)，過充保護(hù)。充電電流和充電電壓示意圖如充電電流和充電電壓示意圖如 Figure4 Figure4 所示所示3.33.3最大功率點(diǎn)跟蹤（最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPTMPPT） 目前，國內(nèi)外對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤目前，國內(nèi)外對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤 ( Most Power ( Most Power Point TrackingPoint Tracking，MPPT) MPPT) 技術(shù)研究較多，最常用的技術(shù)研究較多，最常用的 MPPT MPPT 方法有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制方法有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制 法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、滑膜控制法等。法、神

10、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、滑膜控制法等。 將薄膜太陽能電池裝置于太陽能傘上，由于持傘人將薄膜太陽能電池裝置于太陽能傘上，由于持傘人的移動(dòng)，光照強(qiáng)度和溫度都受自然環(huán)境的影響而處于動(dòng)的移動(dòng)，光照強(qiáng)度和溫度都受自然環(huán)境的影響而處于動(dòng)態(tài)態(tài) 變化之中，因此太陽能電池板的輸出是隨機(jī)的，不變化之中，因此太陽能電池板的輸出是隨機(jī)的，不穩(wěn)定的，這樣光伏系統(tǒng)的效率就受到很大影響。穩(wěn)定的，這樣光伏系統(tǒng)的效率就受到很大影響。 在本設(shè)計(jì)中，利用小電機(jī)帶動(dòng)塑性扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，在在本設(shè)計(jì)中，利用小電機(jī)帶動(dòng)塑性扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，在炎熱的夏季為持傘者帶來一絲清涼，傘炎熱的夏季為持傘者帶來一絲清涼，傘 葉在靜止的情葉在靜止的情況下是自然下垂的，不妨礙傘的折疊

11、收起，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由況下是自然下垂的，不妨礙傘的折疊收起，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力展開，安全可于離心力展開，安全可 靠。由于所選的風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)靠。由于所選的風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為電壓為 6v6v，高于選用的鋰離子額定電壓，故需要采用，高于選用的鋰離子額定電壓，故需要采用 XTW6009DC-DC XTW6009DC-DC 變換器將蓄電池電壓升高以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)變換器將蓄電池電壓升高以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)3.4 3.4 小風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制小風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制 3.5 3.5 DC-DCDC-DC升壓器（放于傘的后面升壓器（放于傘的后面) ) 由于所選的風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為由于所選的風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為 6v6v，高于選用的，高于選用的鋰

12、離子額定電壓，故需要鋰離子額定電壓，故需要 采用采用DC-DC DC-DC 變換器將蓄電池變換器將蓄電池電壓升高以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電壓升高以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。DC-DC DC-DC 變換器變換器, ,顧名思顧名思 義義, ,可以將電源由一種直流形式到另一種直流形式的轉(zhuǎn)換可以將電源由一種直流形式到另一種直流形式的轉(zhuǎn)換, ,實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值大實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值大 于或小于輸入電壓幅值，輸出電于或小于輸入電壓幅值，輸出電壓方向與輸入電壓方向相反。壓方向與輸入電壓方向相反。升壓模塊電路如圖升壓模塊電路如圖3.53.53.6 3.6 LED LED 照明照明 為了使該傘具有夜間照明功能，特別是有效地防止持為了使

13、該傘具有夜間照明功能，特別是有效地防止持傘者在昏暗的雨夜踩入傘者在昏暗的雨夜踩入 水中，該設(shè)計(jì)在傘的手柄處布置水中，該設(shè)計(jì)在傘的手柄處布置了了 LED LED 照明燈，由于照明燈，由于 LED LED 等具有亮度高，耗等具有亮度高，耗 電少等特電少等特點(diǎn)，實(shí)際的應(yīng)用中效果良好。點(diǎn)，實(shí)際的應(yīng)用中效果良好。 （1 1） 電芯是移動(dòng)電源的核心部分，也就是移動(dòng)電源的電量電芯是移動(dòng)電源的核心部分，也就是移動(dòng)電源的電量儲(chǔ)存器，其實(shí)也是由電池組成。我們所采用的是聚合物鋰電儲(chǔ)存器，其實(shí)也是由電池組成。我們所采用的是聚合物鋰電池池 （2 2）聚合物鋰電池：標(biāo)準(zhǔn)電壓）聚合物鋰電池：標(biāo)準(zhǔn)電壓3.7V3.7V，形狀較多，可定制，形狀較多，可定制，具有容量大，物美價(jià)廉，應(yīng)用廣泛，如：手機(jī)，具有容量大，物美價(jià)廉，應(yīng)用廣泛，如：手機(jī)，MP4MP4，便攜，便攜音箱。聚合物鋰電池是一種在結(jié)構(gòu)音箱。聚合物鋰電池是一種在結(jié)構(gòu) 上采用鋁塑軟包裝的鋰上采用鋁塑軟包裝的鋰離子電芯，它比金屬外殼的電芯更安全，工作時(shí)不會(huì)離子電芯，它比金屬外殼的電芯更安全，工作時(shí)不會(huì) 出現(xiàn)出現(xiàn)高危的安全隱患。其電量密度高，厚度更小，重量更輕，而高危的安全隱患。其電量密度高，厚度更小，重量更輕，而容量卻很容量卻很 大，很多手機(jī)電