一種車載太陽能板摺疊追光發電裝置的製作方法

2023-12-10 11:16:28

本發明屬新能源汽車發電技術領域，具體涉及一種車載太陽能板摺疊追光發電裝置。

背景技術：

隨著石油、天然氣、煤炭等傳統非可再生能源的消耗、枯竭和帶來的環境汙染，人們迫切需求尋找新的替代能源來作為傳統代步工具的動力，同時人們也更注重能源效率問題。因此國家近幾年大力提倡發展新能源汽車，太陽能汽車也屬於新能源汽車的一種，但由於車頂面積小，固定太陽能板接收效率低下問題，僅僅靠車頂的太陽能板面積，很難提供車輛行駛的動力和供蓄電池充電時間長，導致太陽能汽車運用受到很大限制。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種車載太陽能板摺疊追光發電裝置，以解決現有太陽能汽車車頂面積小，太陽能接受效率低下的問題。

本發明由太陽能板組件ⅠA、步進電機組件ⅠB、太陽能板組件ⅡC、步進電機組件ⅡD、盒體E、太陽能板組件ⅢF、步進電機組件ⅢG、檢測模塊H、電動推桿組件I、底座組件J、智能控制器K、合頁Ⅰ1、頂端太陽能板2、合頁Ⅱ3和旋轉座4組成,其中盒體E經合頁Ⅰ1和合頁Ⅱ3固接於旋轉座4的一邊；檢測模塊H的底座Ⅰ38固接於頂端太陽能板2正面的中心，頂端太陽能板2固接於盒體E的頂部；太陽能板組件ⅠA位於盒體E的上滑槽L內；太陽能板組件ⅡC位於盒體E的中滑槽M內；太陽能板組件ⅢF位於盒體E的下滑槽N內；太陽能板組件ⅠA的太陽能板與盒體E的中滑槽M滑動連接；太陽能板組件ⅠA的齒條縱向與盒體E中左板16上的定位槽Ⅰ14和右板28上的定位槽Ⅳ26在一條直線上；太陽能板組件ⅡC的太陽能板與盒體E的上滑槽L滑動連接；太陽能板組件ⅡC的齒條縱向與盒體E中前板17的定位槽Ⅲ21和後板29的定位槽Ⅵ31在一條直線上；太陽能板組件ⅢF的太陽能板與盒體E的下滑槽N滑動連接；太陽能板組件ⅢF的齒條縱向與盒體E中右板28的定位槽Ⅴ27和左板16的定位槽Ⅱ15在一條直線上；步進電機組件ⅠB的步進電機底部固接於盒體E左板16的內側，步進電機組件ⅠB的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅠA的齒條互相嚙合；步進電機組件ⅡD的步進電機底部固接於盒體E前板17的內側，步進電機組件ⅡD的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅡC的齒條互相嚙合；步進電機組件ⅢG的步進電機底部固接於盒體E右板28的內側，步進電機組件ⅢG的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅢF的齒條互相嚙合；電動推桿組件I的電動推桿座Ⅰ43固接於盒體E前板17的電動推桿座槽22，電動推桿組件I的電動推桿座Ⅱ50固接於旋轉座4正面的中心；底座組件J的旋轉座齒輪51頂部固接於旋轉座4反面的中心；智能控制器K由單片機和導線組成，智能控制器K固接於旋轉座4正面，且在盒體E與旋轉座4結合時，與電動推桿組件I不發生幹涉；步進電機組件ⅠB的步進電機、步進電機組件ⅡD的步進電機、步進電機組件ⅢG的步進電機、電動推桿組件I、底座組件J的水平步進電機54均由智能控制器K控制；光敏二極體34、電子陀螺儀35、八位數顯時鐘37、四象限探測器O經導線與智能控制器K連接構成檢測電路。

所述的太陽能板組件ⅠA、太陽能板組件ⅡC和太陽能板組件ⅢF結構完全相同，均由太陽能板5和齒條6組成，齒條6固接於太陽能板5背面正中位置。

所述的步進電機組件ⅠB、步進電機組件ⅡD和步進電機組件ⅢG結構完全相同，均由齒輪Ⅰ7、螺釘組8、電機座Ⅰ9和步進電機10組成，其中步進電機10底部經螺釘組8與電機座Ⅰ9固接，齒輪Ⅰ7與步進電機10的輸出軸固接。

所述的盒體E由左板16、前板17、右板28和後板29固接而成，其中左板16上設有非通透滑槽Ⅰ11、通透滑槽Ⅰ12、通透滑槽Ⅱ13、定位槽Ⅰ14、定位槽Ⅱ15；前板17上設有電動推桿座槽22、通透滑槽Ⅲ18、非通透滑槽Ⅱ19、非通透滑槽Ⅲ20、定位槽Ⅲ21；右板28上設有非通透滑槽Ⅳ23、通透滑槽Ⅳ24、通透滑槽Ⅴ25、定位槽Ⅳ26、定位槽Ⅴ27；後板29上設有通透滑槽Ⅵ30、非通透滑槽Ⅴ32、非通透滑槽Ⅵ33、定位槽Ⅵ31；通非透滑槽Ⅰ11、通透滑槽Ⅲ18、非通透滑槽Ⅳ23、通透滑槽Ⅵ30在同一平面上共同構成上滑槽L；通透滑槽Ⅰ12、非通透滑槽Ⅱ19、通透滑槽Ⅳ24、非通透滑槽Ⅵ33在同一平面上共同構成中滑槽M；通透滑槽Ⅱ13、非通透滑槽Ⅲ20、通透滑槽Ⅴ25、非通透滑槽Ⅴ32在同一平面上共同構成下滑槽N。

所述的檢測模塊H由光敏二極體34、電子陀螺儀35、遮光筒36、八位數顯時鐘37、四象限探測器O和底座Ⅰ38組成，光敏二極體34、電子陀螺儀35、遮光筒36、四象限探測器O和底座Ⅰ38自上而下順序排列，其中四象限探測器O固接於底座Ⅰ38中心，遮光筒36下端與底座Ⅰ38固接，光敏二極體34固接於遮光筒36頂端面的一邊，電子陀螺儀35固接於遮光筒36的頂端面另一邊；八位數顯時鐘37固接於盒體E的前板17外側；四象限探測器O由第一象限光敏傳感器39、第二象限光敏傳感器40、第三象限光敏傳感器41和第四象限光敏傳感器42組成，並呈田字形排列。

所述的電動推桿組件I由電動推桿座Ⅰ43、上端頭44、液壓上筒45、液壓下筒46、增壓筒47、底座Ⅱ48、下端頭49和電動推桿座Ⅱ50組成，電動推桿座Ⅰ43、上端頭44、液壓上筒45、液壓下筒46、增壓筒47、底座Ⅱ48、下端頭49和電動推桿座Ⅱ50自上而下順序排列，其中液壓下筒46上部套於液壓上筒45，液壓下筒46下端和增壓筒47下端與底座Ⅱ48上面固接，增壓筒47下側與液壓下筒46連通；

固接於液壓上筒45頂端的上端頭44與電動推桿座Ⅰ43活動連接，固接於底座Ⅱ50下面的下端頭49與電動推桿座Ⅱ50活動連接。

所述的底座組件J由旋轉座齒輪51、軸承52、底座Ⅲ53、水平步進電機54、電機座Ⅱ55和齒輪Ⅱ56組成，其中旋轉座齒輪51、軸承52、底座Ⅲ53自上而下順序排列，且軸承52內圈與旋轉座齒輪51下部外圈過盈配合，軸承52外圈與底座Ⅲ53內圈過盈配合；水平步進電機54經電機座Ⅱ56固接於底座Ⅲ53；齒輪Ⅱ56中心固接於水平步進電機54的輸出軸，且齒輪Ⅱ56與旋轉座齒輪51互相嚙合。

本發明的工作過程如下：

1)啟動裝置，智能控制器K初始化；

2)各太陽能板組件在齒條6和齒輪7組成的齒輪齒條副的作用下在各自滑槽中滑動展開；

3)智能控制器K讀取八位數顯時鐘37獲取時間和日期並調用自身存儲的計算太陽高度角與方位角程序公式來計算太陽高度角與方位角；電子陀螺儀35獲取盒體E的位置信息，進而確定太陽入射角；

4)利用太陽高度角與方位角追蹤模式進行粗調，智能控制器K通過對水平步進電機54和電動推桿組件I的作用，使太陽入射角和太陽高度角與方位角重合，即完成了粗調；

5)採集光敏二極體34的數據，判斷光敏二極體34導通還是截止，經處理後給智能控制器K，來判斷陰晴天；若陰天繼續太陽高度角與方位角追蹤，若晴天切換成光電追蹤模式，進行精調；

6)晴天時採用光電追蹤模式：智能控制器K檢測四象限探測器O的四個象限光敏傳感器39、光敏傳感器40、光敏傳感器41、光敏傳感器42的電位情況，經智能控制器K處理分別控制水平步進電機54和電動推桿組件I的作用，最終使四個光敏傳感器電位相同，電位差為零，即完成了光電追蹤；

7)一次追蹤調整完之後，系統待機15分鐘即太陽轉動1°，15分鐘後重複上述追蹤過程；

8)若太陽高度角小於設定的角度Φ，系統停止追蹤；

9)關閉裝置，系統復位。

本發明能顯著增加太陽能車車頂的陽光接收面積，追光系統能提高太陽能板的陽光接收效率，並能根據不同的天氣條件選擇不同的追光策略，使追光精度大大提高。

附圖說明

圖1為車載太陽能板摺疊追光發電裝置的結構示意圖

圖2為車載太陽能板摺疊追光發電裝置實例示意圖

圖3為盒體、電動推桿組件、合頁和旋轉座的與步進電機結構關係爆炸圖

圖4為太陽能板組件的結構示意圖

圖5為步進電機組件的爆炸圖

圖6為盒體的結構示意圖

圖7為檢測模塊爆炸圖

圖8為四象限探測器的結構示意圖

圖9為電動推桿的結構示意圖

圖10為底座組件的結構示意圖

圖11為太陽高度角與方位角的示意圖

圖12為追光策略流程圖

其中：A.太陽能板組件Ⅰ B.步進電機組件Ⅰ C.太陽能板組件Ⅱ D.步進電機組件ⅡE.盒體 F.太陽能板組件Ⅲ G.步進電機組件Ⅲ H.檢測模塊 I.電動推桿組件 J.底座組件 K.智能控制器 L.上滑槽 M.中滑槽 N.下滑槽 O.四象限探測器 1.合頁Ⅰ 2.頂端太陽能板 3.合頁Ⅱ 4.旋轉座 5.太陽能板 6.齒條 7.齒輪Ⅰ 8.螺釘組 9.電機座Ⅰ 10.步進電機 11.非通透滑槽Ⅰ 12.通透滑槽Ⅰ 13.通透滑槽Ⅱ 14.定位槽Ⅰ15.定位槽Ⅱ 16.左板 17.前板 18.通透滑槽Ⅲ 19.非通透滑槽Ⅱ 20.非通透滑槽Ⅲ21.定位槽Ⅲ 22.電動推桿座槽 23.非通透滑槽Ⅳ 24.通透滑槽Ⅳ 25.通透滑槽Ⅴ26.定位槽Ⅳ 27.定位槽Ⅴ 28.右板 29.後板 30.通透滑槽Ⅵ 31.定位槽Ⅵ32.非通透滑槽Ⅴ 33.非通透滑槽Ⅵ 34.光敏二極體 35.電子陀螺儀 36.遮光筒 37.八位數顯時鐘 38.底座Ⅰ 39.第一象限光敏傳感器 40.第二象限光敏傳感器 41.第三象限光敏傳感器 42.第四象限光敏傳感器 43.電動推桿座Ⅰ 44.上端頭 45.液壓上筒46.液壓下筒 47.增壓筒 48.底座Ⅱ 49.下端頭 50.電動推桿座Ⅱ 51.旋轉座齒輪52.軸承 53.底座Ⅲ 54.水平步進電機 55.電機座Ⅱ 56.齒輪Ⅱ

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細描述。

如圖1、圖2和圖3所示，本發明由太陽能板組件ⅠA、步進電機組件ⅠB、太陽能板組件ⅡC、步進電機組件ⅡD、盒體E、太陽能板組件ⅢF、步進電機組件ⅢG、檢測模塊H、電動推桿組件I、底座組件J、智能控制器K、合頁Ⅰ1、頂端太陽能板2、合頁Ⅱ3和旋轉座4組成；其中盒體E經合頁Ⅰ1和合頁Ⅱ3固接於旋轉座4的一邊；檢測模塊H的底座Ⅰ38固接於頂端太陽能板2正面的中心，頂端太陽能板2固接於盒體E的頂部；太陽能板組件ⅠA位於盒體E的上滑槽L內；太陽能板組件ⅡC位於盒體E的中滑槽M內；太陽能板組件ⅢF位於盒體E的下滑槽N內；太陽能板組件ⅠA的太陽能板與盒體E的中滑槽M滑動連接；太陽能板組件ⅠA的齒條縱向與盒體E中左板16上的定位槽Ⅰ14和右板28上的定位槽Ⅳ26在一條直線上；太陽能板組件ⅡC的太陽能板與盒體E的上滑槽L滑動連接；太陽能板組件ⅡC的齒條縱向與盒體E中前板17的定位槽Ⅲ21和後板29的定位槽Ⅵ31在一條直線上；太陽能板組件ⅢF的太陽能板與盒體E的下滑槽N滑動連接；太陽能板組件ⅢF的齒條縱向與盒體E中右板28的定位槽Ⅴ27和左板16的定位槽Ⅱ15在一條直線上；步進電機組件ⅠB的步進電機底部固接於盒體E左板16的內側，步進電機組件ⅠB的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅠA的齒條互相嚙合；步進電機組件ⅡD的步進電機底部固接於盒體E前板17的內側，步進電機組件ⅡD的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅡC的齒條互相嚙合；步進電機組件ⅢG的步進電機底部固接於盒體E右板28的內側，步進電機組件ⅢG的齒輪Ⅰ與太陽能板組件ⅢF的齒條互相嚙合；電動推桿組件I的電動推桿座Ⅰ43固接於盒體E前板17的電動推桿座槽22，電動推桿組件I的電動推桿座Ⅱ50固接於旋轉座4正面的中心；底座組件J的旋轉座齒輪51頂部固接於旋轉座4反面的中心；智能控制器K由單片機和導線組成，智能控制器K固接於旋轉座4正面，且在盒體E與旋轉座4結合時，與電動推桿組件I不發生幹涉；步進電機組件ⅠB的步進電機、步進電機組件ⅡD的步進電機、步進電機組件ⅢG的步進電機、電動推桿組件I、底座組件J的水平步進電機54均由智能控制器K控制；光敏二極體34、電子陀螺儀35、八位數顯時鐘37、四象限探測器O經導線與智能控制器K連接構成檢測電路。

如圖4所示，所述的太陽能板組件ⅠA、太陽能板組件ⅡC和太陽能板組件ⅢF結構完全相同，均由太陽能板5和齒條6組成，齒條6固接於太陽能板5背面正中位置。

如圖5所示，所述的步進電機組件ⅠB、步進電機組件ⅡD和步進電機組件ⅢG結構完全相同，均由齒輪Ⅰ7、螺釘組8、電機座Ⅰ9和步進電機10組成，其中步進電機10底部經螺釘組8與電機座Ⅰ9固接，齒輪Ⅰ7與步進電機10的輸出軸固接。

如圖6所示，所述的盒體E由左板16、前板17、右板28和後板29固接而成，其中左板16上設有非通透滑槽Ⅰ11、通透滑槽Ⅰ12、通透滑槽Ⅱ13、定位槽Ⅰ14、定位槽Ⅱ15；前板17上設有電動推桿座槽22、通透滑槽Ⅲ18、非通透滑槽Ⅱ19、非通透滑槽Ⅲ20、定位槽Ⅲ21；右板28上設有非通透滑槽Ⅳ23、通透滑槽Ⅳ24、通透滑槽Ⅴ25、定位槽Ⅳ26、定位槽Ⅴ27；後板29上設有通透滑槽Ⅵ30、非通透滑槽Ⅴ32、非通透滑槽Ⅵ33、定位槽Ⅵ31；其中通非透滑槽Ⅰ11、通透滑槽Ⅲ18、非通透滑槽Ⅳ23、通透滑槽Ⅵ30在同一平面上共同構成上滑槽L；通透滑槽Ⅰ12、非通透滑槽Ⅱ19、通透滑槽Ⅳ24、非通透滑槽Ⅵ33在同一平面上共同構成中滑槽M；通透滑槽Ⅱ13、非通透滑槽Ⅲ20、通透滑槽Ⅴ25、非通透滑槽Ⅴ32在同一平面上共同構成下滑槽。

如圖7和圖8所示，所述的檢測模塊H由光敏二極體34、電子陀螺儀35、遮光筒36、八位數顯時鐘37、四象限探測器O和底座Ⅰ38組成，光敏二極體34、電子陀螺儀35、遮光筒36、四象限探測器O和底座Ⅰ38自上而下順序排列，其中四象限探測器O固接於底座Ⅰ38中心，遮光筒36下端與底座Ⅰ38固接，光敏二極體34固接於遮光筒36頂端面的一邊，電子陀螺儀35固接於遮光筒36的頂端面另一邊；八位數顯時鐘37固接於盒體E的前板17外側；四象限探測器O由第一象限光敏傳感器39、第二象限光敏傳感器40、第三象限光敏傳感器41和第四象限光敏傳感器42組成，並呈田字形排列。

如圖9所示，所述的電動推桿組件I由電動推桿座Ⅰ43、上端頭44、液壓上筒45、液壓下筒46、增壓筒47、底座Ⅱ48、下端頭49和電動推桿座Ⅱ50組成，電動推桿座Ⅰ43、上端頭44、液壓上筒45、液壓下筒46、增壓筒47、底座Ⅱ48、下端頭49和電動推桿座Ⅱ50自上而下順序排列，其中液壓下筒46上部套於液壓上筒45，液壓下筒46下端和增壓筒47下端與底座Ⅱ48上面固接，增壓筒47下側與液壓下筒46連通；固接於液壓上筒45頂端的上端頭44與電動推桿座Ⅰ43活動連接，固接於底座Ⅱ50下面的下端頭49與電動推桿座Ⅱ50活動連接。

如圖10所示，所述的底座組件J由旋轉座齒輪51、軸承52、底座Ⅲ53、水平步進電機54、電機座Ⅱ55和齒輪Ⅱ56組成，其中旋轉座齒輪51、軸承52、底座Ⅲ53自上而下順序排列，且軸承52內圈與旋轉座齒輪51下部外圈過盈配合，軸承52外圈與底座Ⅲ53內圈過盈配合；水平步進電機54經電機座Ⅱ56固接於底座Ⅲ53；齒輪Ⅱ56中心固接於水平步進電機54的輸出軸，且齒輪Ⅱ56與旋轉座齒輪51互相嚙合。

如圖11所示，所述的為太陽高度角與方位角的示意圖，太陽高度角α是從地球上一點到太陽位置的連線與所在水平面之間的夾角，太陽方位角γ是指太陽光線在地平面上的投影與當地子午線之間的夾角，太陽入射角θ是指太陽直射光線與太陽能板集熱面法線之間的夾角；由地理知識可知，在確定的地理位置、時間、日期的情況下太陽能高度角α與方位角γ是唯一確定的，即太陽的位置是確定的，因此可以進行追蹤，其計算程序公式如下：

太陽高度角α計算公式：

太陽方位角γ計算公式：

太陽入射角θ計算公式：

上述式中赤緯角δ計算公式：

太陽時角ω計算公式：

上述公式中：-地理緯度；Δ-赤緯角；Ω-太陽時角；β-太陽能板傾角；ζ-太陽能板方位角；T-當地真太陽時；N-一年中日期的序號，如元旦n＝1，12月31日n＝365；

其計算程序存儲在智能控制器K中，用來計算太陽高度角α和方位角γ。

如圖12所示，所述的為系統的追光策略，本發明使用了太陽高度角與方位角追光方式與光電追光方式相結合的追光策略；啟動系統時，系統首先選擇太陽高度角與方位角的追光方式進行粗略追蹤，使陽光能透過遮光筒36上的小孔照射在四象限傳感器O上，智能控制器O根據光電二極體34的信號判斷陰晴，若陰天繼續以太陽高度角與方位角的追光方式進行追蹤，若晴天則進行光電追蹤，一次追蹤完成後，系統待機15min太陽轉過1°後重複以上追光過程，直至太陽高度角小於預設值Φ停止追蹤，關閉系統時，系統復位。