设计者：张明智、尹智斌、陈硕、杨熠、谢永靖设计者：张明智、尹智斌、陈硕、杨熠、谢永靖 指导教师：白一鸣指导教师：白一鸣多功能太阳能伞 目录1 1、背景及意义、背景及意义2 2、设计原理、设计原理3 3、设计方案、设计方案 背背景景及及意意义义 传统伞存在许多缺陷传统伞存在许多缺陷: :其一，传统伞仅能遮阳挡雨，没有利用伞其一，传统伞仅能遮阳挡雨，没有利用伞在户外使用在户外使用 的特点以利用太阳能；的特点以利用太阳能；其二，传统伞在夜间使用时没有照明系统，其二，传统伞在夜间使用时没有照明系统，使行进困难；使行进困难； 其三，炎炎夏日，太阳伞的使用者在伞的其三，炎炎夏日，太阳伞的使用者在伞的笼罩下会觉得异常的闷热此外，伴随笼罩下会觉得异常的闷热此外，伴随 2121世纪电子产品设备的普及，使人们对户外世纪电子产品设备的普及，使人们对户外给电子设备充电的需求越来越大给电子设备充电的需求越来越大 基于此，我们基于此，我们 设计制作一种多功能太阳能设计制作一种多功能太阳能伞采用可弯曲柔性非晶硅太阳能伞采用可弯曲柔性非晶硅太阳能 电池片作为电池片作为光电转换器件，自主集成设计电源控制电路，稳光电转换器件，自主集成设计电源控制电路，稳定给锂离子电池充定给锂离子电池充 电，采用电，采用MPPTMPPT最大功率跟踪最大功率跟踪芯片保证电池片效率，从而可实现为移动电子设芯片保证电池片效率，从而可实现为移动电子设备备 充电，同时该伞还集成了充电，同时该伞还集成了LEDLED照明，夏季风扇照明，夏季风扇降温等功能。
方便了太阳能伞使用降温等功能方便了太阳能伞使用 者，出行无者，出行无需自带照明及移动电源设备，在炎炎夏日也可清需自带照明及移动电源设备，在炎炎夏日也可清爽出行，同时有效利爽出行，同时有效利 用了太阳能这一可再生清用了太阳能这一可再生清洁资源，达到了节能目的洁资源，达到了节能目的 设设计计原原理理 本产品主要包括太阳能电池片光伏供本产品主要包括太阳能电池片光伏供电储能装置和电源输出功能装置（电储能装置和电源输出功能装置（LEDLED、、小风小风 扇）两部分扇）两部分 系统原理如图系统原理如图2.1 2.1 所示 系统各部分电子器件配置如图系统各部分电子器件配置如图2.22.2 Page 8机械物理特性机械物理特性太阳能薄膜电池以及相关太阳能薄膜电池以及相关LEDLED灯灯和小风扇的布置和小风扇的布置蓄电池及控制系统的布置蓄电池及控制系统的布置需保证伞的可折叠性；整体结构稳定性；限制总重量以实现便携性蓄电池可与伞体分离作为独立移动电源充电使用 电气特性电气特性充电充电可由太阳能电池为蓄电池充电，同时蓄电池也可直接使用220v交流电充电作为补充电源LED灯及小风扇灯及小风扇可根据需要手动开启，由蓄电池提供稳定工作电压，USB放电放电可输出5v的稳定电压给重用移动电子设备充电 Page 101.1.兼具防雨防晒及光电转换等功能兼具防雨防晒及光电转换等功能，，可为可为各种移动电子设备充电，方便实用各种移动电子设备充电，方便实用；；2.2. 增加了增加了LEDLED光照系统光照系统，可为夜见出行照明；，可为夜见出行照明；3 3. .增加内置风扇，可为夏季降温；增加内置风扇，可为夏季降温；4.4.太阳能太阳能发电控制器和移控制器和移动电源控制器等源控制器等控制装置的集成化控制装置的集成化设计创新点创新点难点1.元器件参数的选择元器件参数的选择2.各组件之间机械特性的匹配各组件之间机械特性的匹配3.电气环节的防水处理电气环节的防水处理4.结构优化实现成本控制结构优化实现成本控制 设设计计方方案案1 1、、WARMSPACE WARMSPACE 品牌的三结柔性品牌的三结柔性非晶硅薄膜太阳电池非晶硅薄膜太阳电池2 2、充电控制芯片、充电控制芯片:CN3722:CN37223 3、最大功率点跟踪（、最大功率点跟踪（MPPTMPPT））4 4、小风扇驱动控制、小风扇驱动控制 5 5、、DC-DCDC-DC升压器（放于伞的后面升压器（放于伞的后面) )6 6、、LED LED 照明照明7 7、充电装置、充电装置 3.13.1实际选用太阳能电池片实际选用太阳能电池片 基于实际太阳能伞制作要基于实际太阳能伞制作要求，以及弹性，重量，以及光电转换效率等因求，以及弹性，重量，以及光电转换效率等因 素，我素，我们选择了们选择了 WARMSPACE WARMSPACE 品牌的三结柔性非晶硅薄膜太阳品牌的三结柔性非晶硅薄膜太阳电池，详电池，详 细参数如细参数如Table 3 Table 3 所示。
所示 3.2 3.2 实际选用充电控制芯片实际选用充电控制芯片1 1、、CN3722CN3722是一款可使用太阳能电池供电的是一款可使用太阳能电池供电的 PWM PWM 降压模式降压模式充电管理集成电充电管理集成电 路，具有太阳能电池最大功率点跟踪功路，具有太阳能电池最大功率点跟踪功能2 2、、CN3722 CN3722 具有恒流恒压充电模式，非具有恒流恒压充电模式，非 常适合对单节或常适合对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理3 3、恒流充电电流由连接、恒流充电电流由连接 CSP CSP 管脚和管脚和 BAT BAT 管脚之间的电管脚之间的电流检测电阻流检测电阻 RCSRCS设置，在恒压充电模式，恒压充电设置，在恒压充电模式，恒压充电 电压电压由外部电阻分压网络设置由外部电阻分压网络设置4 4、、CN3722 CN3722 采用恒电压法跟踪太阳能电池最大功率点采用恒电压法跟踪太阳能电池最大功率点 基于实际需求，设计芯片具有以下功能：过流保基于实际需求，设计芯片具有以下功能：过流保护，短路保护，过放保护，短路保护，过放保 护，稳压保护，过充保护。
护，稳压保护，过充保护 充电电流和充电电压示意图如充电电流和充电电压示意图如 Figure4 Figure4 所示所示 3.33.3最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPTMPPT）） 目前，国内外对最大功率点跟踪目前，国内外对最大功率点跟踪 ( Most Power ( Most Power Point TrackingPoint Tracking，，MPPT) MPPT) 技术研究较多，最常用的技术研究较多，最常用的 MPPT MPPT 方法有扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制方法有扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制 法、神经网络法、滑膜控制法等法、神经网络法、滑膜控制法等 将薄膜太阳能电池装置于太阳能伞上，由于持伞人将薄膜太阳能电池装置于太阳能伞上，由于持伞人的移动，光照强度和温度都受自然环境的影响而处于动的移动，光照强度和温度都受自然环境的影响而处于动态态 变化之中，因此太阳能电池板的输出是随机的，不变化之中，因此太阳能电池板的输出是随机的，不稳定的，这样光伏系统的效率就受到很大影响稳定的，这样光伏系统的效率就受到很大影响 在本设计中，利用小电机带动塑性扇叶转动，在炎在本设计中，利用小电机带动塑性扇叶转动，在炎热的夏季为持伞者带来一丝清凉，伞热的夏季为持伞者带来一丝清凉，伞 叶在静止的情况叶在静止的情况下是自然下垂的，不妨碍伞的折叠收起，转动时由于离下是自然下垂的，不妨碍伞的折叠收起，转动时由于离心力展开，安全可心力展开，安全可 靠。
由于所选的风扇电机驱动电压靠由于所选的风扇电机驱动电压为为 6v6v，高于选用的锂离子额定电压，故需要采用，高于选用的锂离子额定电压，故需要采用 XTW6009DC-DC XTW6009DC-DC 变换器将蓄电池电压升高以驱动电机转变换器将蓄电池电压升高以驱动电机转动动3.4 3.4 小风扇驱动控制小风扇驱动控制 3.5 3.5 DC-DCDC-DC升压器（放于伞的后面升压器（放于伞的后面) ) 由于所选的风扇电机驱动电压为由于所选的风扇电机驱动电压为 6v6v，高于选用的，高于选用的锂离子额定电压，故需要锂离子额定电压，故需要 采用采用DC-DC DC-DC 变换器将蓄电池变换器将蓄电池电压升高以驱动电机转动电压升高以驱动电机转动DC-DC DC-DC 变换器变换器, ,顾名思顾名思 义义, ,可以将电源由一种直流形式到另一种直流形式的转换可以将电源由一种直流形式到另一种直流形式的转换, ,实现输出电压幅值大实现输出电压幅值大 于或小于输入电压幅值，输出电于或小于输入电压幅值，输出电压方向与输入电压方向相反压方向与输入电压方向相反升压模块电路如图升压模块电路如图3.53.5 3.6 3.6 LED LED 照明照明 为了使该伞具有夜间照明功能，特别是有效地防止持为了使该伞具有夜间照明功能，特别是有效地防止持伞者在昏暗的雨夜踩入伞者在昏暗的雨夜踩入 水中，该设计在伞的手柄处布置水中，该设计在伞的手柄处布置了了 LED LED 照明灯，由于照明灯，由于 LED LED 等具有亮度高，耗等具有亮度高，耗 电少等特电少等特点，实际的应用中效果良好。
点，实际的应用中效果良好 （（1 1）） 电芯是移动电源的核心部分，也就是移动电源的电量电芯是移动电源的核心部分，也就是移动电源的电量储存器，其实也是由电池组成我们所采用的是聚合物锂电储存器，其实也是由电池组成我们所采用的是聚合物锂电池池 （（2 2）聚合物锂电池：标准电压）聚合物锂电池：标准电压3.7V3.7V，形状较多，可定制，，形状较多，可定制，具有容量大，物美价廉，应用广泛，如：，具有容量大，物美价廉，应用广泛，如：，MP4MP4，便携，便携音箱聚合物锂电池是一种在结构音箱聚合物锂电池是一种在结构 上采用铝塑软包装的锂上采用铝塑软包装的锂离子电芯，它比金属外壳的电芯更安全，工作时不会离子电芯，它比金属外壳的电芯更安全，工作时不会 出现出现高危的安全隐患其电量密度高，厚度更小，重量更轻，而高危的安全隐患其电量密度高，厚度更小，重量更轻，而容量却很容量却很 大，很多电池也是采用聚合物电芯制成其大，很多电池也是采用聚合物电芯制成其内阻小，甚至低于内阻小，甚至低于35mΩ35mΩ，极大的减少了电池的自耗电，使，极大的减少了电池的自耗电，使得电量的利用率更高另外，其形状可以定制，根据外壳的得电量的利用率更高。
另外，其形状可以定制，根据外壳的外观量身定做，很多外观小巧的移动电源都是采用软包装电外观量身定做，很多外观小巧的移动电源都是采用软包装电 芯芯3.7 3.7 充电装置充电装置 谢谢 。