本发明及太阳能利用技术领域，具体为一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置及发电计算方法。
背景技术：
近些年，我国经济得到了快速发展，人们的生活水平不断提高，对于交通出行的要求也变得越来越高，这就促使了汽车领域的飞速发展。由于汽车领域的快速发展，导致能源危机和环境污染这两大问题变得异常严重。据有关部门统计，2011年开始国内汽车销量急剧增加，到2020年国内汽车总量预计将达到3500万辆，这一发展趋势必然会使环境污染和能源短缺问题更加突出。
为了缓解上述问题，政府大力倡导推广使用新能源电动汽车，但是由于新能源电动汽车依靠蓄电池组驱动行驶，续航能力有限，此外在行驶中如果使用中控等设备，将加快消耗电量，进一步降低其续航能力。太阳能作为绿色新型能源的一种，具有能量大、覆盖面广等特点，蕴藏着巨大的开发潜力。在我国，拥有极其丰富的太阳能资源，据估算，每天太阳辐射到达地球表面的能量相当于大约两亿多万桶石油产生的能量。如此丰富便利的资源，将其应用于新能源汽车领域，作为其部分或者是整体的能量供应，能够显著提高新能源汽车的续航能力。
目前，许多人设想将蓄电池作为供能能源安装于汽车车顶，而未将汽车中网部分的空间加以利用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置及发电计算方法，以解决上述背景技术中提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：种用于电动汽车的风光互补发电储电装置，包括安装在汽车中网上的太阳能薄膜电池、光照传感器，设置在汽车顶部的风力发电装置、风力发电控制器，以及设置在汽车内的太阳能充电控制器、蓄电池，所述太阳能薄膜电池通过水平舵机、竖直舵机安装在汽车中网上，所述太阳能充电控制器与太阳能薄膜电池、汽车中控、蓄电池、水平舵机、竖直舵机、光照传感器电连接，所述汽车顶部的风力发电装置与风力发电控制器电连接，所述风力发电控制器与蓄电池电连接，所述蓄电池与汽车中控电连接并为其供。
优选的，所述太阳能充电控制器和风力发电控制器包括mcu处理器和与mcu处理器电连接的充电管理芯片、继电器、存储器、接口通讯模块、充放电接口。
优选的，所述接口通讯模块为串口通讯模块、can总线通讯模块或者usb通讯模块。
优选的，所述光照传感器分布在太阳能薄膜电池四角。
优选的，所述充电管理芯片连接太阳能薄膜电池，所述继电器连接蓄电池，所述接口通讯模块连接汽车中控。
优选的，所述太阳能薄膜电池安装在支撑板上，所述支撑板依次通过竖直舵机、水平舵机安装在汽车中网上。
优选的，所述风力发电装置包括通过螺栓旋转连接在车顶部的伸缩杆，所述伸缩杆顶部连接发电模块，所述发电模块前端连接扇叶，所述发电模块后端连接平衡翼，所述扇叶与平衡翼之间为转轴且转轴贯穿发电模块，所述发电模块的电能输出端通过导线连接风力发电控制器。
一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置的发电计算方法，包括：
s1、检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0；
s2、结合开路电压法和安时积分法估算soc；
s3、结合开路电压法和安时积分法估算耗电量q；
s4、根据耗电量q即可反推电池发电量。
优选的，所述结合开路电压法和安时积分法估算soc，具体为：
通过检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0，则
soc0＝(u0-n)/(m-n)(1)
其中u0为电池开路电压；m和n为系数；
结合开路电压法和安时积分法估算soc，则有：
其中qn为电池的额定容量；i为充放电电流(充电时电流为负值，放电时电流时电流为正值)；k为与温度和充放电效率因子有关的常数；
k＝kt×η(3)
其中kt为温度修正系数；η为充放电效率因子，η由peukert方程求得。
优选的，所述温度修正系数kt计算公式为：
kt＝1 0.008(ta-t)，其中ta为标准温度；t为设定温度；
所述η的计算方法为：
由peukert方程可得可用电量与放电电流存在的关系公式为
k＝a×in-1(4)
其中i为放电电流；a为与活性物质有关的电池常数,只要初始条件相同，a和n是相同的，所以
η＝(i/in)n-1(5)
其中in为额定电流，只要测出两组i就可以求出a和n(n为与池结构特别是极板厚度有关的常数，其值为1.15-1.42。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明巧妙利用新能源电动汽车的中网，将薄膜电池创新性地安装于中网上，更加提高了新能源电动汽车续航能力，可实现多渠道充电，延长蓄电池使用寿命。且可以通过检测太阳光强度调整薄膜电池角度，实现跟有效地利用太阳能。另外，还提供了一种计算太阳光储电装置的发电计算方法，可以了解薄膜电池对汽车中控的续航时间和及其节能量。
附图说明
图1为本发明整个系统原理结构示意图。
图2为本发明实验模型图。
图3为本发明太阳能薄膜电池通过舵机连接在中网上的结构示意图。
图4为本发明整个系统原理框图。
图5为本发明伸缩杆底部通过螺栓连接在车顶的结构示意图。
图6为本发明的太阳能发电量计算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-4所示，一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，包括安装在汽车中网上的太阳能薄膜电池1、光照传感器7，设置在汽车顶部的风力发电装置9、风力发电控制器10，以及设置在汽车内的太阳能充电控制器2、蓄电池4，太阳能薄膜电池1通过水平舵机5、竖直舵机6安装在汽车中网上，太阳能充电控制器2与太阳能薄膜电池1、汽车中控3、蓄电池4、水平舵机5、竖直舵机6、光照传感器7电连接，汽车顶部的风力发电装置9与风力发电控制器10电连接，风力发电控制器10与蓄电池4电连接，蓄电池4与汽车中控3电连接并为其供电。
其中，风力发电装置9包括通过螺栓96旋转连接在车顶部的伸缩杆91，伸缩杆91顶部连接发电模块92，发电模块92前端连接扇叶93，发电模块92后端连接平衡翼94，扇叶93与平衡翼94之间为转轴且转轴贯穿发电模块92，发电模块92的电能输出端通过导线95连接风力发电控制器10。伸缩杆91在使用时可以调整其竖直高度，其结构原理类似于收音机天线。发电模块92利用电磁切割发电原理，当扇叶93受风力吹动转动，扇叶93与平衡翼94之间的转轴转动，带动发电模块92内的线圈做切割磁力线运动进而发电，电流通过导线95传输到风力发电控制器10处理后，最终输入蓄电池4，平衡翼94起到使得转轴转动平稳的作用。如图5所示，为伸缩杆91底部通过螺栓96连接在车顶的结构示意图，当需要收纳整个发电装置，可以将螺栓松动，将整个装置折叠贴在车顶，不占空间。
其中，太阳能充电控制器2和风力发电控制器10包括mcu处理器和与mcu处理器电连接的充电管理芯片、继电器、存储器、接口通讯模块、充放电接口，充电管理芯片连接太阳能薄膜电池1，继电器连接蓄电池，接口通讯模块连接汽车中控3。充电管理芯片用于电池各种充电模式下的管理，比如充电模式、升压模式和睡眠模式。继电器用于在电池充满或者充电保护时对充电回路进行断开控制。接口通讯模块为串口通讯模块、can总线通讯模块或者usb通讯模块，用于与汽车中控数据通讯，通过中控的显示屏、按键模块实现了与用户交互的功能，可以通过按键设置相关充电参数，也可以通过显示屏了解目前的电池充电状态、电量、光照度等参数。充放电接口用于连接太阳能薄膜电池、蓄电池、负载，提供电源输入输出接口。
光照传感器7分布在太阳能薄膜电池1四角，用于检测太阳能薄膜电池1的太阳能光照强度，为控制太阳能薄膜电池1角度以获得最佳光照接收角度提供数据参考。
如图3所示，太阳能薄膜电池1安装在支撑板8上，支撑板8依次通过竖直舵机6、水平舵机5安装在汽车中网上。可以通过控制竖直舵机6动作调节支撑板8竖直方向角度，通过控制水平舵机5动作调节支撑板8水平方向角度，使得太阳能薄膜电池1获得最佳光照接收角度。
使用时，将蓄电池按正负级连入控制器的蓄电池正负极端口，控制器将自动检测蓄电池电压；将负载正负极接入控制器(因为使用的是直流负载，所以可以直接连在控制器的负载端口)；将薄膜蓄电池的正负极接入控制器。
蓄电池控制器和风力发电控制器10能够对蓄电池的充、放电条件加以控制，并按照负载的电源需求控制蓄电池和蓄电池对负载的电能输出，具体过程如下：
均充控制点电压：直充结束后，蓄电池一般会被充放电控制器静置一段时间，让其电压自然下落，当下落到“恢复电压”值时，可能会有个别分子“落后”(端电压相对偏低)，为了将这些个别分子拉回来，使所有的电池端电压具有均匀一致性，会进入均充状态，此时的端电压即为均充电压。
浮充控制点电压：一般是均充完毕后，蓄电池静置一段时间，使其端电压自然下落，当下落至“维护电压”点时，就进入浮充状态，类似于“涓流充电”(即小电流充电)，电池电压一低就充上一点，一股一股地来，以免电池温度持续升高，浮充状态结束时的电压即为浮充电压。
电池处于充电状态下，通过控制器对蓄电池进行充电管理，电池正常充电蓄电池。当充电电压高于截止电压时，自动关断对蓄电池的充电。此后，当蓄电池的电压降至其维持电压时，蓄电池进入浮充状态，当电压达到浮充电压时，进入均充状态，由于负载消耗蓄电池电量，蓄电池进入放电状态，直至电压放电恢复电压。
电池处于未充电状态下，将产生的电量储存于蓄电池中，再由蓄电池维持中控等负载正常工作。当蓄电池电压低于放电截至电压时，控制器自动关闭蓄电池输出，防止蓄电池向蓄电池充电，以保护蓄电池和蓄电池不受损坏，此时蓄电池不再维持负载工作。
通过调研可知，市场上新能源汽车中网面积大约为0.25m，汽车中控的用电量为45wh。本发明采用的薄膜蓄电池每平方米最佳发电功率100w，按照薄膜蓄电池一天工作8小时，计算可知：
蓄电池发电量：0.25(m2)×100(w/m2)×8(h)＝200(wh)
维持中控工作时间：200(wh)/45(w)＝4.44(h)
在实际应用中，太阳能薄膜电池1安装于新能源电动汽车中网上，太阳能充电控制器2和风力发电控制器10分别安装于汽车前舱后后舱中，采用汽车内置的蓄电池用于储存电量。根据汽车中网的面积选购规格适宜的薄膜蓄电池安装于中网上，利用光生伏特效应将光能转化为电能，通过控制器将其产生的电能储存于蓄电池中，当蓄电池达到满充状态时，控制器会自动切断对蓄电池的充电。此时，可将储存于蓄电池中的电量供给汽车中控等设备的正常工作。图1为整个系统原理结构示意图，图2为实验模型图，图4为整个系统原理框图。
如图6所示，本发明还公开了一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置的发电计算方法，包括：
s1、检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0；
s2、结合开路电压法和安时积分法估算soc；
s3、结合开路电压法和安时积分法估算耗电量q；
s4、根据耗电量q即可反推电池发电量。
其中，结合开路电压法和安时积分法估算soc，具体为：
锂离子电池在其性能完全稳定时，它的荷电状态与它的开路电压在一定范围内有线性关系，而且这种线性关系受到温度和电池老化因素的影响很小，所以在电池开始充放电时，在满足一定条下，通过检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0，则
soc0＝(u0-n)/(m-n)(1)
其中u0为电池开路电压；m和n为系数；
结合开路电压法和安时积分法估算soc，则有：
其中qn为电池的额定容量；i为充放电电流(充电时电流为负值，放电时电流时电流为正值)；k为与温度和充放电效率因子有关的常数；
k＝kt×η(3)
其中kt为温度修正系数；η为充放电效率因子，η由peukert方程求得。
其中，温度修正系数kt计算公式为：
kt＝1 0.008(ta-t)，其中ta为标准温度；t为设定温度；
η的计算方法为：
由peukert方程可得可用电量与放电电流存在的关系公式为
k＝a×in-1(4)
其中i为放电电流；a为与活性物质有关的电池常数,只要初始条件相同，a和n是相同的，所以
η＝(i/in)n-1(5)
其中in为额定电流，只要测出两组i就可以求出a和n(n为与池结构特别是极板厚度有关的常数，其值为1.15-1.42。
其中，结合开路电压法和安时积分法估算耗电量q，具体为：q＝(1-soc)qn，其中qn为电池的额定容量。实验运用开路电压法测量蓄电池容量，用来衡量太阳能的发电量。开路电压法就是当电池处于开路状态，且蓄电池内部的化学反应处于平衡状态时，通过测量蓄电池的端电压来估算电池的soc值。电池的soc值是反映电池剩余电量的一个重要参数，其定义为电池剩余容量占电池容量的比值：soc＝1-q/qn，其中，q为电池的消耗电量；qn为电池额定容量，因此q＝(1-soc)qn。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，包括安装在汽车中网上的太阳能薄膜电池(1)、光照传感器(7)，设置在汽车顶部的风力发电装置(9)、风力发电控制器(10)，以及设置在汽车内的太阳能充电控制器(2)、蓄电池(4)，所述太阳能薄膜电池(7)通过水平舵机(5)、竖直舵机(6)安装在汽车中网上，所述太阳能充电控制器(2)与太阳能薄膜电池(1)、汽车中控(3)、蓄电池(4)、水平舵机(5)、竖直舵机(6)、光照传感器(7)电连接，所述汽车顶部的风力发电装置(9)与风力发电控制器(10)电连接，所述风力发电控制器(10)与蓄电池(4)电连接，所述蓄电池(4)与汽车中控(3)电连接并为其供电。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述太阳能充电控制器(1)和风力发电控制器(10)包括mcu处理器和与mcu处理器电连接的充电管理芯片、继电器、存储器、接口通讯模块、充放电接口。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述接口通讯模块为串口通讯模块、can总线通讯模块或者usb通讯模块。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述光照传感器(7)分布在太阳能薄膜电池(7)四角。
5.根据权利要求2所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述充电管理芯片连接太阳能薄膜电池(7)，所述继电器连接蓄电池，所述接口通讯模块连接汽车中控(3)。
6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述太阳能薄膜电池(7)安装在支撑板(8)上，所述支撑板(8)依次通过竖直舵机(6)、水平舵机(5)安装在汽车中网上。
7.根据权利要求1所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置，其特征在于，所述风力发电装置(9)包括通过螺栓(96)旋转连接在车顶部的伸缩杆(91)，所述伸缩杆(91)顶部连接发电模块(92)，所述发电模块(92)前端连接扇叶(93)，所述发电模块(92)后端连接平衡翼(94)，所述扇叶(93)与平衡翼(94)之间为转轴且转轴贯穿发电模块(92)，所述发电模块(92)的电能输出端通过导线(95)连接风力发电控制器(10)。
8.一种用于电动汽车的风光互补发电储电装置的发电计算方法，其特征在于，包括：
s1、检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0；
s2、结合开路电压法和安时积分法估算soc；
s3、结合开路电压法和安时积分法估算耗电量q；
s4、根据耗电量q即可反推电池发电量。
9.根据权利要求7所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置的发电计算方法，其特征在于，所述结合开路电压法和安时积分法估算soc，具体为：
通过检测电池两端的开路电压得到电池的初始容量soc0，则
soc0＝(u0-n)/(m-n)(1)
其中u0为电池开路电压；m和n为系数；
结合开路电压法和安时积分法估算soc，则有：
其中qn为电池的额定容量；i为充放电电流(充电时电流为负值，放电时电流时电流为正值)；k为与温度和充放电效率因子有关的常数；
k＝kt×η(3)
其中kt为温度修正系数；η为充放电效率因子，η由peukert方程求得。
10.根据权利要求8所述的用于电动汽车的风光互补发电储电装置的发电计算方法，其特征在于，所述温度修正系数kt计算公式为：
kt＝1 0.008(ta-t)，其中ta为标准温度；t为设定温度；
所述η的计算方法为：
由peukert方程可得可用电量与放电电流存在的关系公式为
k＝a×in-1(4)
其中i为放电电流；a为与活性物质有关的电池常数,只要初始条件相同，a和n是相同的，所以
η＝(i/in)n-1(5)
其中in为额定电流，只要测出两组i就可以求出a和n(n为与池结构特别是极板厚度有关的常数，其值为1.15-1.42。
技术总结