太阳能折叠棚的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种太阳能折叠棚，其特征在于，包括：太阳能电池板；折叠架体包含：固定件、支撑杆对和安装转动部件；充电控制部，包含电流检测单元、电压的稳压单元、电压检测单元、存储单元、设定单元、比较单元、控制单元；以及感光转动部，包含两个光敏电阻、挡板、电压比较器、传动件以及步进电机。本发明通过可折叠式设计的折叠架体带动太阳能电池板合拢折叠可以实现太阳折叠棚的收合，实现节省停放空间，通过充电控制部控制蓄电池的电流电压控制电路的工作模式，实现对蓄电池的智能充电，通过感光转动部使太阳能电池板随着太阳的光线转动，实现对太阳光能的最大的利用率。
【专利说明】太阳能折叠棚
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能装置领域，具体涉及用于电动车或电动轮椅上的太阳能折叠 棚。
【背景技术】
[0002] 目前，电动自行车已经成为人们出行的常用代步工具，现在的电动自行车通常在 停放的时候通过充电电源对其充电，这些影响了电动自行车的使用。而太阳能作为一种取 之不尽的绿色能源已被广泛应用于工业生产、农业生产和家庭生活中，现有技术中，有关于 将太阳能作为汽车的驱动能源的设想，但由于技术限制，要实现这一设想还不能实现，然 而，太阳能可以用于动力需求较小的电动自行车或电动轮椅中，现在市场上还没有以太阳 能为驱动能源的电动自行车。
[0003] 在电动自行车上通常安装有遮阳棚，但遮阳棚的结构通常是一体式的，不能折叠， 使得电动自行车的停放空间大。现有技术中太阳能电池板也往往是整块铺设，需要占用较 大的使用面积，限制了太阳能电池板的使用。另外太阳能电池板普遍是固定安装，但太阳光 在一天当中的照射角度是不同的，由于太阳能电池板不能随太阳光的移动而转动，这使得 太阳能的利用率较低。基于上述缺点，使得太阳能装置的使用范围不广，尤其是在日照时间 短的地方，太阳能设备基本不能使用。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种太阳能折叠棚，能够可 折叠的设置在电动自行车或电动轮椅上，并能够随太阳的光线转动地将太阳的光能转换为 电能。
[0005] 本发明提供太阳能折叠棚，将太阳的光能转换为电能后供电动自行车或电动轮椅 的蓄电池使用，其特征在于，包括：至少一个太阳能电池板，用于对蓄电池进行充电；折叠 架体，包含：固定在电动自行车或电动轮椅上并设有复数个铰链块的固定件；分别位于固 定件两侧与铰链块连接并绕固定件在预定角度内转动呈扇形展开或合拢折叠用于分别支 撑太阳能电池板的复数个支撑杆对；连接在支撑杆对之间用于安装带动太阳能电池板转动 的安装转动部件；感光转动部，与太阳能电池板相连接并根据太阳的光线方向调节太阳能 电池板的角度，包含：设置在太阳能电池板上用于分别采集太阳的光照信号的两个光敏电 阻、设置在两个光敏电阻之间的挡板、与两个光敏电阻相连并用于对光照信号进行比较后 输出比较结果信号的电压比较器、与安装转动部件相连接用于带动太阳能电池板转动的传 动件、与传动件相连接的步进电机，用于根据比较结果信号控制步进电机的转动方向和转 动角度的控制单元；以及充电控制部，设置在太阳能电池板与蓄电池的充电电路上，其中， 充电控制部包含用于检测充电电路上的充电电流的电流检测单元、用于调节稳定太阳能电 池板输出的输出电压的稳压单元、用于检测蓄电池两端的电池电压的电压检测单元、用于 存储与充电电流和电池电压分别相对应的充电电流值和电池电压值的存储单元、用于设定 阈值电压值、过充电电压和阈值电流值的设定单元、用于充电电流值与阈值电流值进行比 较并对电池电压值与设定单元的阈值电压值进行比较的比较单元，当充电电流值大于阈值 电流值且电压值大于过充电电压时，控制单元将蓄电池的充电模式控制为过充电模式；当 充电电流值大于阈值电流值且电池电压值不大于过充电压且大于阈值电压时，控制单元将 蓄电池的充电模式控制为大电流快速充电模式；当充电电流值不大于阈值电流值时，控制 单元将蓄电池的充电模式控制为涓流充电模式。
[0006] 在本发明所提供的太阳能折叠棚中，还具有这样的特征：其中，电压比较器是 LM393。
[0007] 在本发明所提供的太阳能折叠棚中，还具有这样的特征：其中，太阳能电池板感光 转动模块还包括与光敏电阻串联的调节电阻，调节电阻用于调节光敏电阻的光敏电压。
[0008] 发明的作用与效果
[0009] 根据本发明所涉及的太阳能折叠棚，通过可折叠式设计的折叠架体，在进行充电 的时候，折叠架体呈扇形展开，带动使至少一个太阳能电池板展开，使太阳能电池板充分接 收太阳光照，实现对蓄电池进行充电，在不进行充电的时候，可以实现多个太阳能电池板的 合拢折叠，节省电动车或电动轮椅的停放空间，并且通过感光转动部使太阳能电池板随着 太阳的光线的变化而转动，使得太阳能电池板垂直太阳光，实现对太阳光能的最大的利用 率，并且针对由于太阳光的强弱引起的充电电压的波动变化，通过充电控制部控制蓄电池 的充电模式，实现对蓄电池的智能充电从而增加了对蓄电池的保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明实施例中的太阳能折叠棚的展开斜视立体结构示意图；
[0011] 图2是本发明实施例中的太阳能折叠棚的俯视图；
[0012] 图3是本发明实施例中的太阳能折叠棚的侧视图；
[0013] 图4是本发明实施例中的太阳能折叠棚的合拢结构示意图；
[0014] 图5是本发明实施例中的太阳能折叠棚的充电控制部和感光转动部的总框图；
[0015] 图6是本发明实施例中的太阳能折叠棚的充电控制部的框图；
[0016] 图7是本发明实施例中的太阳能折叠棚的感光转动部的框图；以及
[0017] 图8是本发明实施例中的太阳能折叠棚的感光转动部的电路图。
[0018] 具体实施案例
[0019] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明所涉及的太阳能折叠棚作具体阐述。
[0020] 图1是本发明实施例中的太阳能折叠棚的展开斜视立体结构示意图。
[0021] 如图1所示，在本实施例中的太阳能折叠棚100可折叠式地被加装在电动自行车 上，利用太阳能作为驱动电动自行车的驱动能源，将太阳的光能转换为电能为电动自行车 的蓄电池提供电源。包括：六个太阳能电池板10、折叠架体20、感光转动部30以及充电控 制部40。
[0022] 太阳能电池板10用于对电动自行车提供电能，即为电动自行车的蓄电池进行充 电。
[0023] 折叠架体20固定在电动自行车上用于分别支撑太阳能电池板10,包含固定件21、 六对支撑杆对22、六个安装转动部件23以及遮挡布（图中未画出）。
[0024] 固定件21包含两个铰链块21a，固定件21的两端分别固定在电动自行车的两侧。 支撑杆对22分别位于固定件21的两侧，支撑杆对22的一端分别与两个铰链块21a相连， 支撑杆对22通过铰链块21a绕固定件21转动，铰链块21a限定支撑杆对22在预定角度内 转动。六对支撑杆对22在固定件21上可以呈扇形展开或合拢折叠。安装转动部件23连 接在支撑杆对22的远离固定件21的一端部之间，即以图1中的方向来看，安装转动部件23 位于支撑杆对22的上端且可在支撑杆对22之间翻转，太阳能电池板10设置在安装转动部 件23上，安装转动部件23用于带动太阳能电池板10在支撑杆对22内转动。
[0025] 遮挡布与支撑杆对22-体形成用于为使用电动自行车的使用者遮挡阳光和雨 水，安装在六个太阳能电池板10背向太阳的一侧方，即以图1中的方向来看，遮挡布位于六 个太阳能电池板的下方，以及最左边和最右边的支撑杆对22之间，遮挡布应该不影响六个 太阳能电池板对太阳光的充分采集。
[0026] 感光转动部30用于根据太阳的光线方向调整太阳能电池板10的角度，包含光敏 电阻31 (图中未画出）、光敏电阻32 (图中未画出）、挡板33 (图中未画出）、电压比较器34、 传动件35、步进电机36、调节电阻37 (图中未画出）、调节电阻38 (图中未画出）以及控制 单元39。传动件35与安装转动部件23相连接，用于带动安装转动部件23翻转从而带动太 阳能电池板10转动。
[0027] 充电控制部40设置在蓄电池与太阳能电池板10的充电电路上，用于对蓄电池的 充电模式进行控制。包括电流检测单元41、稳压单元42、电压检测单元43、存储单元44、设 定单元45、比较单元46。
[0028] 图2是本发明实施例中的太阳能折叠棚的俯视图。
[0029] 如图2所示，六块太阳能电池板10的面积可达0. 3X0. 6X6 = 1. 08m2,能够提供 的功率为 1.08m2X 1000W/m2X15%= 162W，在此功率下大约需要（48vX20Ah)/162W~6h 即可将电动自行车的蓄电池充满。假若按照每天光照4. 5h，则可为电动车充电0. 729Kwh。 即使每天需给电动车充一次电（一次充满约需lKwh电能），在充满的电量中太阳能 所占比重仍可以达到73 %左右。所以可大概估算，平均每天利用太阳能最多可续航 0. 729kwh*40kni/(20Ah*48V*10-3) = 30. 4Km。以在上海使用此太阳能电池板为例，上海 的年光照时间约1200h，六块太阳能电池板10在一年中就可以为电动自行车续航达到 的路程为：（162wX1200hV(20AhX48V) X40km = 8100km，一辆电动车一年可节省电能 0· 162kwX 1200h = 194. 4kwh。
[0030] 图3是本发明实施例中的太阳能折叠棚的侧视图。
[0031] 如图3所示，折叠架体20展开呈扇形，支撑杆对22之间的展开角度为A。当不需 要太阳能折叠棚100对蓄电池进行充电时，或者电动车准备停放时，将太阳能折叠棚100折 叠收合起来，转动折叠架体20,使得太阳能电池板10处于叠放状态，实现节省电动车的停 放空间。
[0032] 图4是本发明实施例中的太阳能折叠棚的合拢结构示意图。
[0033] 如图1和图4所示当太阳能折叠棚100对蓄电池进行充电时，将太阳能折叠棚100 展开如图1所示的扇形；当不需要太阳能折叠棚100对蓄电池进行充电时，或者电动车准备 停放时，将太阳能折叠棚100折叠合拢起来如图2所示，合拢折叠架体20,使得太阳能电池 板10处于叠放状态，实现节省电动车的停放空间。
[0034] 图5是本发明实施例中的太阳能折叠棚的充电控制部和感光转动部的总框图。
[0035] 如图5所示，太阳能折叠棚100在充电过程中，感光转动部30根据光敏电阻31和 光敏电阻32输出的光敏电压值通过控制单元39控制步进电机36的转动，进而对太阳能电 池板10的角度进行调节，从而使太阳能电池板10尽量垂直于太阳光，实现对太阳光进行充 分利用。进一步地，太阳能电池板10将太阳能转换为电能通过充电控制部40对蓄电池充 电。充电控制部40根据充电电路的电池电压和充电电流的大小通过控制单元39控制蓄电 池的充电模式，当电流检测单元41检测的充电电流值大于设定单元45设定的阈值电流值 且电压检测单元43检测的电池电压值大于设定单元45设定的过充电电压时，控制单元39 控制电流电压控制电路39a使蓄电池进入过充电模式；当电流检测单元41检测的充电电流 值大于设定单元45设定的阈值电流值且电压检测单元43检测的电池电压值不大于过充电 压以及大于设定单元45设定的阈值电压时，控制单元39控制电流电压控制电路39a使蓄 电池进入大电流快速充电模式；当电流检测单元41检测的充电电流值不大于设定部45设 定的阈值电流值时，控制单元39控制电流电压控制电路39a使蓄电池进入涓流充电模式。
[0036] 图6是是本发明实施例中的太阳能折叠棚的充电控制部的框图。
[0037] 如图6所示，充电控制部40中的电流检测单元41用于检测充电电路上的充电电 流，串联在充电电路上，并将检测到的充电电流值传输到存储单元44中进行存储。
[0038] 稳压单元22采用东胜降压稳压模块，用于调节稳定太阳能电池板12输出的输出 电压。
[0039] 电压检测单元43用于检测蓄电池两端的电池电压，与蓄电池并联。
[0040] 存储单元44、设定单元45、比较单元46以及控制单元39集成于单片机主控芯片 中。存储单元44用于存储电流检测单元41检测到的充电电流值和电压检测单元43检测 到的电池电压值。设定单元45用于设定阈值电压值、过充电电压和阈值电流值。比较单元 46用于对存储单元44中充电电路的充电电流值与设定单元45的阈值电流值进行比较并对 存储单元44中的电池电压值与设定单元45的阈值电压值进行比较。控制单元39包含电 流电压控制电路39a，控制单元39根据比较单元46的比较结果通过控制电流电压控制电路 39a的电路从而控制蓄电池的充电模式。
[0041] 充电控制部40的工作原理：随着不同强度的太阳光照射在太阳能电池板10上，太 阳能电池板10输出的输出电压会发生波动性变化，传给东胜降压稳压模块（升降压在10V 至|J 80V之间），因为太阳能电池板10的内阻大，所有一旦充电电路中的电流大，东胜降压稳 压模块的内阻相对就小，太阳能电池板10的电会被自身的内阻消耗掉，所以，采用小电流 对蓄电池进行充电，太阳能电池板10的使用效率更高。充电控制部40的工作流程：用电流 检测单元41来检测充电电路上的充电电流的大小，用太阳能电池板10为蓄电池充电（蓄 电池的额定电压为48V)，蓄电池的充电电压需要调到79. 8V，然后慢慢调到高电压，直到太 阳能电池板10的电压降到一定的程度后，通过电压检测单元43检测蓄电池两端的电池电 压大小，通过电流电压控制电路39a，充电电路的电压为快速充电电压，由单片机主控芯片 来控制电流电压控制电路39a。当电压检测单元43、电流检测单元41将检测到的电池电压 值和充电电流值的信息传输到单片机主控芯片后，单片机主控芯片再反馈给电流电压控制 电路39a，从而实现智能充电。
[0042] 图7是本发明实施例中的太阳能折叠棚的感光转动部的框图。
[0043] 如图7所示，感光转动部30中的光敏电阻31与光敏电阻32设置在太阳能电池板 10上。挡板33设置在光敏电阻31与光敏电阻32之间，使太阳照射到光敏电阻31与光敏 电阻32上时，光敏电阻31与光敏电阻32的阻值将发生变化。
[0044] 电压比较器34采用LM393,连接光敏电阻31光敏电阻32和控制单元39。光敏 电阻31和光敏电阻32输出的电压经过电压比较器34比较后输出比较结果信号到控制单 元39中，其中，控制单元39连接步进电机36。控制单元39根据比较结果信号控制步进电 机36的转动即控制步进电机36的转动方向以及转动角度大小。步进电机36通过带动传 动件35转动从而带动太阳能电池板10绕转动轴12b转动，太阳能电池板10随着太阳光的 移动而转动实现对太阳能的更大的利用率。调节电阻37与光敏电阻31串联、调节电阻38 与光敏电阻32串联，调节电阻37与调节电阻38用于相对应地调节光敏电阻31与光敏电 阻32的输出电压，使得该输出电压的误差值可以被调节电阻37和调节电阻38进行调节后 去除，实现步进电机36更加准确地带动太阳能电池板10随太阳光转动。
[0045] 步进电机36的驱动芯片采用ULN2003,当控制单元39发出控制步进电机转动的转 动信号后，步进电机36根据转动信号调节转动方向及转动角度。步进电机36是随输入脉 冲信号调节转动的电机。该调节角度具有精确的特点，所以用在角度调节上非常合适。
[0046] 图8是本发明实施例中的太阳能折叠棚的感光转动部的电路图。
[0047] 如图8所示，比较单元46连接控制单元39的引脚"1"，实现将比较结果信号向控 制单元39的输送，控制单元39的引脚"39、38、37、36"分别与步进电机36的见吧003芯片 连接，用于将控制单元39发出控制步进电机转动的转动信号输送到步进电机36中。
[0048] 实施例的作用与效果
[0049] 根据本实施例所涉及的太阳能折叠棚，通过可折叠式设计的折叠架体，在进行充 电的时候，折叠架体呈扇形展开，带动使至少一个太阳能电池板展开，使太阳能电池板充分 接收太阳光照，实现对蓄电池进行充电，在不进行充电的时候，可以实现多个太阳能电池板 的合拢折叠，节省电动车或电动轮椅的停放空间，并且通过感光转动部使太阳能电池板随 着太阳的光线的变化而转动，使得太阳能电池板垂直太阳光，实现对太阳光能的最大的利 用率，并且针对由于太阳光的强弱引起的充电电压的波动变化，通过充电控制部控制蓄电 池的充电模式，实现对蓄电池的智能充电从而增加了对蓄电池的保护。
[0050] 在本实施例中的步进电机通过ULN2003控制步进电机的转动，实现对步进电机的 转动方向及角度的精确调节。
[0051] 本实施例中的遮挡布，能够更加有效的为使用者遮挡阳光及雨水，使得本实施例 在现实生活使用更加广泛。
[0052] 在本实施例中的调节电阻，能够有效的对光敏电阻的输出电压的误差值进行去 除，因为在误差较大时会出现单一正传或单一反转的可能，将影响整个装置的使用，通过调 节电阻使得太阳能电池板在步进电机的控制下准确地跟随太阳光。
[0053] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
[0054] 去除光敏电阻的输出电压的误差值也不仅限为优选案例中的调节电阻，也可采用 其他如软件编程的方法来去除该误差值。
[0055] 本实施例也不仅仅使用于电动自行车上，还可用于电动轮椅等电动设备上。
【权利要求】
1. 一种太阳能折叠棚，将太阳的光能转换为电能后供电动自行车或电动轮椅的蓄电池 使用，其特征在于，包括： 至少一个太阳能电池板，用于对所述蓄电池进行充电； 折叠架体，包含：固定在所述电动自行车或电动轮椅上并设有复数个铰链块的固定件、 分别位于所述固定件两侧与所述铰链块连接并绕所述固定件在预定角度内转动呈扇形展 开或合拢折叠用于分别支撑所述太阳能电池板的复数个支撑杆对、连接在所述支撑杆对之 间用于安装带动所述太阳能电池板转动的安装转动部件； 感光转动部，与所述太阳能电池板相连接并根据所述太阳的光线方向调节所述太阳能 电池板的角度，包含：设置在所述太阳能电池板上用于分别采集所述太阳的光照信号的两 个光敏电阻、设置在所述两个光敏电阻之间的挡板、与所述两个光敏电阻相连并用于对所 述光照信号进行比较后输出比较结果信号的电压比较器、与所述安装转动部件相连接用于 带动所述太阳能电池板转动的传动件、与所述传动件相连接的步进电机、用于根据所述比 较结果信号控制所述步进电机的转动方向和转动角度的控制单元；以及 充电控制部，设置在所述太阳能电池板与所述蓄电池的充电电路上， 其中，所述充电控制部包含用于检测所述充电电路上的充电电流的电流检测单元、用 于调节稳定所述太阳能电池板输出的输出电压的稳压单元、用于检测所述蓄电池两端的电 池电压的电压检测单元、用于存储与所述充电电流和所述电池电压分别相对应的充电电流 值和电池电压值的存储单元、用于设定阈值电压值、过充电电压和阈值电流值的设定单元、 用于对所述充电电流值与所述阈值电流值进行比较并对所述电池电压值与所述阈值电压 值进行比较的比较单元， 当所述充电电流值大于所述阈值电流值且所述电池电压值大于所述过充电电压时，所 述控制单元将所述蓄电池的充电模式控制为过充电模式；当所述充电电流值大于所述阈值 电流值且所述电池电压值不大于所述过充电压且大于所述阈值电压时，所述控制单元将所 述蓄电池的充电模式控制为大电流快速充电模式；当所述充电电流值不大于所述阈值电流 值时，所述控制单元将所述蓄电池的充电模式控制为涓流充电模式。
2. 根据权利要求1所述的太阳能折叠棚，其特征在于： 其中，所述电压比较器是LM393。
3. 根据权利要求1所述的太阳能折叠棚，其特征在于： 其中，所述太阳能电池板感光转动模块还包括与所述光敏电阻串联的调节电阻， 所述调节电阻用于调节所述光敏电阻的光敏电压。
【文档编号】H02S30/20GK104113277SQ201410365956
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】赵明, 杨茉, 赵一铭, 刘宇航, 王文洁, 王伟, 曹家玮, 姬志行, 高宏飞 申请人:上海理工大学