摘 要：現(xiàn)階段多數(shù)太陽(yáng)能供電裝置都采用導(dǎo)線作為導(dǎo)電回路。在汽車上使用太陽(yáng)能供電裝置時(shí)，若依舊使用導(dǎo)線作為導(dǎo)電回路，不可避免地需要對(duì)車身打孔，勢(shì)必會(huì)對(duì)車體完整度造成一定損壞。隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，將無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于該裝置中，可以避免對(duì)車身進(jìn)行打孔布線，從而保證車身的完整性。文章提出了一種基于無(wú)線電能傳輸?shù)能囕d太陽(yáng)能制冷裝置，該裝置利用太陽(yáng)能作為車載制冷設(shè)備的能量來(lái)源，同時(shí)采用了無(wú)線電能傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量傳輸，有效利用了清潔環(huán)保的太陽(yáng)能，同時(shí)避免了對(duì)車身進(jìn)行打孔布線，可以保證車身的完整性。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；無(wú)線電能傳輸；制冷裝置

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源危機(jī)的不斷加劇以及人們對(duì)環(huán)境的關(guān)注，開發(fā)和利用新能源已成為當(dāng)代社會(huì)的一大主題[1]。太陽(yáng)能作為一種綠色環(huán)保的可再生能源，其應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。在汽車行業(yè)，由于當(dāng)今社會(huì)對(duì)汽車尾氣排放和能源利用效率低等問題的關(guān)注，清潔、環(huán)保和節(jié)能的新能源汽車已成為汽車工業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能在汽車行業(yè)的使用也越來(lái)越廣泛。但是，就現(xiàn)有的技術(shù)而言，將太陽(yáng)能作為汽車的全部動(dòng)力源并不實(shí)際。因此，在考慮實(shí)際行車需求的情況下，將太陽(yáng)能作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的能量來(lái)源具有一定的可行性。

在夏季，為了保證安全，車主在停車后，一般關(guān)閉所有發(fā)電系統(tǒng)，停止車載制冷裝置能量供給。這會(huì)造成停放于室外的汽車由于烈日的暴曬而使得車內(nèi)溫度升高，車內(nèi)溫度過(guò)高會(huì)令車主感到悶熱難耐，降低車主用車舒適度。因此，針對(duì)在熄火停車后利用太陽(yáng)能電池板發(fā)電為車載制冷設(shè)備供電具有較大意義，但是由于太陽(yáng)能電池板置于車外，為了實(shí)現(xiàn)與車內(nèi)制冷設(shè)備的電氣連接，采用傳統(tǒng)有線連接將不可避免地需要對(duì)車身打孔，損壞車體完整度，影響車體美觀性。

近些年來(lái)，無(wú)線電能傳能技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其在交通運(yùn)輸、消費(fèi)電子設(shè)備及醫(yī)療電子設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。該技術(shù)不依賴于有線的傳輸媒介，是一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的技術(shù)。本文提出了一種基于無(wú)線電能傳輸?shù)能囕d太陽(yáng)能制冷裝置，該裝置利用太陽(yáng)能作為車載制冷設(shè)備的能量來(lái)源，同時(shí)采用了無(wú)線電能傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量傳輸，有效利用了清潔環(huán)保的太陽(yáng)能，且避免了對(duì)車身進(jìn)行打孔布線，可以保證車身的完整性。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線電能傳輸?shù)能囕d太陽(yáng)能制冷裝置，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。安裝于汽車頂部的柔性太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電后在車外微處理器的控制下經(jīng)過(guò)逆變?cè)O(shè)備逆變成高頻交流電；高頻交流電在發(fā)射能量的原邊線圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)；交變磁場(chǎng)在安裝于車內(nèi)的拾取能量的副邊線圈感應(yīng)出同頻交流電壓，實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。同時(shí)，車內(nèi)整流設(shè)備將該高頻交流電壓整流為直流。無(wú)線通信裝置接收控制命令，在車內(nèi)微處理器和車外微處理器的控制下，整流設(shè)備變換后的直流電經(jīng)過(guò)DC-DC變換器穩(wěn)定地向車載制冷設(shè)備供電或向儲(chǔ)能設(shè)備充電。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 太陽(yáng)能電池

常規(guī)太陽(yáng)能電池板一般是兩層玻璃中間填充EVA材料和電池片的結(jié)構(gòu)，組件重量較重且不可彎曲，不僅不方便安裝于汽車頂部，還會(huì)增加系統(tǒng)總重和增大汽車高速行駛時(shí)的風(fēng)阻。故本裝置選用半柔性單晶硅光伏板，其柔性的特點(diǎn)可使太陽(yáng)能電池板緊緊貼合在車頂，減少安裝流程，同時(shí)減小汽車行駛阻力。

3.2 無(wú)線電能傳輸模塊

將無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于該車載太陽(yáng)能制冷裝置上，是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)所在。根據(jù)能量傳輸過(guò)程中繼能量形式的不同，無(wú)線電能傳輸可分為：磁場(chǎng)耦合式、電場(chǎng)耦合式、電磁輻射式和機(jī)械波耦合式[3]。本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)耦合式，其電路拓?fù)淙鐖D2所示。逆變?cè)O(shè)備將太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化的直流電逆變成高頻交流電加載到發(fā)射線圈，原邊線圈在電源激勵(lì)下產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，副邊線圈在此高頻磁場(chǎng)作用下感應(yīng)出同頻交流電壓，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電能傳輸。

3.3 整流和DC-DC變換電路

考慮到本次設(shè)計(jì)的車載制冷設(shè)備為直流供電制式，故需要將副邊線圈感應(yīng)的高頻交流電整流為直流電，本裝置采用二極管進(jìn)行整流；同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的恒壓或者恒流充電以及對(duì)車載制冷設(shè)備的穩(wěn)定供電，加裝了DC-DC變換器[4-5]，并選取BUCK電路作為DC-DC變換電路。通過(guò)改變開關(guān)管V1驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比即可改變BUCK電路輸出的電壓，微處理器實(shí)時(shí)采集輸出電壓值與設(shè)定值比較，通過(guò)閉環(huán)控制改變占空比實(shí)現(xiàn)輸出恒定。整流和DC-DC變換電路原理如圖3所示。

4 系統(tǒng)功能分析

為了充分利用太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)能量高效利用，本裝置對(duì)能量進(jìn)行管理。設(shè)有三種模式：①太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化的直流電能通過(guò)DC-DC變換器向儲(chǔ)能設(shè)備充電；②太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化的直流電能通過(guò)DC-DC變換器向車載制冷設(shè)備供電；③儲(chǔ)能設(shè)備向車載制冷設(shè)備供電。如圖4所示。

當(dāng)光照充足，車主可選擇系統(tǒng)工作在①或②模式；若光照不足，可以使用儲(chǔ)能設(shè)備向車載制冷設(shè)備供電，即模式③。三種工作模式可以通過(guò)能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，具有較好的用戶體驗(yàn)。為了更方便車主遠(yuǎn)程控制裝置，裝置設(shè)有無(wú)線通信模塊，車主可以通過(guò)手機(jī)向無(wú)線通信模塊發(fā)送控制命令，使系統(tǒng)工作或者關(guān)閉。同時(shí)，該裝置設(shè)有液晶屏顯示模塊，可以讓車主方便了解時(shí)間、車內(nèi)溫度、儲(chǔ)能設(shè)備剩余電量情況及工作狀態(tài)等信息，從而進(jìn)行合理調(diào)控。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線電能傳輸?shù)能囕d太陽(yáng)能制冷裝置，創(chuàng)造性地將無(wú)線傳能技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)，避免對(duì)車體打孔布線，保證車身整體性。車主可通過(guò)手機(jī)向車內(nèi)無(wú)線通信設(shè)備發(fā)送命令，利用太陽(yáng)能或儲(chǔ)能設(shè)備繼續(xù)為車載制冷設(shè)備進(jìn)行供電，避免了怠速停車時(shí)啟用空調(diào)對(duì)車體機(jī)能的損傷，實(shí)現(xiàn)在烈日停車下車內(nèi)依舊能夠保持舒適的溫度，具有較好的用戶體驗(yàn)。同時(shí)，該裝置采用車內(nèi)能量管理系統(tǒng)，能夠最大程度地利用太陽(yáng)能，減少燃油消耗，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

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作者簡(jiǎn)介：霍彪（1999-），男，高中生，就讀于北京市第一五六中學(xué)。