多功能太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)擋雨，沒(méi)有利用傘其一，傳統(tǒng)傘僅能遮陽(yáng)擋雨，沒(méi)有利用傘在戶外使用在戶外使用 的特點(diǎn)以利用太陽(yáng)能；的特點(diǎn)以利用太陽(yáng)能；其二，傳統(tǒng)傘在夜間使用時(shí)沒(méi)有照明系統(tǒng)，其二，傳統(tǒng)傘在夜間使用時(shí)沒(méi)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(yáng)傘的使用者在傘的其三，炎炎夏日，太陽(yáng)傘的使用者在傘的籠罩下會(huì)

2、覺(jué)得異常的悶熱。此外，伴隨籠罩下會(huì)覺(jué)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(lái)越大。給電子設(shè)備充電的需求越來(lái)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(yáng)能設(shè)計(jì)制作一種多功能太陽(yáng)能傘。采用可彎曲柔性非晶硅太陽(yáng)能傘。采用可彎曲柔性非晶硅太陽(yáng)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(yáng)能傘使用降溫等功能。方便了太陽(yáng)能傘使用 者，出行無(wú)者，出行無(wú)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(yáng)能這一可再生清用了太陽(yáng)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(yáng)能電池片光伏供本產(chǎn)品主要包括太陽(yáng)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(yáng)能薄膜電池以及相關(guān)太陽(yáng)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(yáng)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(jiàn)出行照明；，可為夜見(jiàn)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(yáng)能發(fā)電控制器和移動(dòng)電源控制器等太陽(yáng)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(yáng)電池非晶硅薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池片實(shí)際選用太陽(yáng)能電池片 基于實(shí)際太陽(yáng)能傘制作要基于實(shí)際太陽(yáng)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(yáng)品牌的三結(jié)柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池供電的是一款可使用太陽(yáng)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(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤功路，具有太陽(yáng)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(yáng)能電池最大功率點(diǎn)采用恒電壓法跟蹤太陽(yáng)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(guò)流?；趯?shí)際需求，設(shè)計(jì)芯片具有以下功能：過(guò)流保護(hù)，短路保護(hù)，過(guò)放保護(hù)，短路

9、保護(hù)，過(guò)放保 護(hù)，穩(wěn)壓保護(hù)，過(guò)充保護(hù)。護(hù)，穩(wěn)壓保護(hù)，過(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤目前，國(guó)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(yáng)能電池裝置于太陽(yáng)能傘上，由于持傘人將薄膜太陽(yáng)能電池裝置于太陽(yáng)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(yáng)能電池板的輸出是隨機(jī)的，不變化之中，因此太陽(yáng)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(lái)一絲清涼，傘炎熱的夏季為持傘者帶來(lái)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?jī)?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