多功能供电车设计毕业论文.doc

第 1章 绪 论1.1选题的背景1.1.1电力短缺中国已成为继美国之后的世界第二大电力消费大国，电力对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。我们经常听到夏季全国闹电荒，去年南方大雪导致南方大面积停电，一些城市沦为死城，今年5月12日的8.0级强烈地震又使电力系统瘫痪。电力行业整体不适应社会进步的问题越发显露。多年的电荒已经使一部分人产生恐慌。面对灾害，医院、通信等重要部门由于缺电导致不能展开抢救工作。电力的健康发展直接关系到国家的能源安全、整体竞争能力的提高、人民群众的切身利益、环境保护和可持续发展等问题，它应该受到全社会的关注。1.1.2太阳能的开发和利用21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源（如煤、石油、天燃气等）的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关住的焦点。其中，可再生能源主要有以下几个方面：（1）太阳能：据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类能源消耗的1.2万倍；（2）氢能源：利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢，或者由太阳能光催化水分解氢；（3）风力发电、小水电与潮汐发电：可提供可观的电力；（4）生物能：包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等，这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的，只要有人类的存在，就会有生物能，所以这种能源也可以说是用之不竭的；（5）核能：与传统能源的发电厂相比，核能的利用率较高，对环境的污染小，并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本，而核燃料所释放出来的能量却远远高于传统能源所释放出来的能量。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关行业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点：（1）数量巨大：每年到达地球表面能供人类利用的太阳辐射相当于一颗原子弹爆炸时所发出的能量；（2）时间长久，用之不竭：太阳按目前功率辐射能量其时间约可持续100亿年；（3）普照大地，取之不尽：不需要开采和运输；（4）清洁无污染：无任何物质的排放，既不会留下污染物，也不会向大气中排放废气。太阳能的开发利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形式。光热利用是将太阳能转换为热能储存起来，其中太阳能热水器是光热利用最成功的领域，有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等，有些技术尤其在我国的北方和西部应用较广，成效显著。以太阳能电池技术为核心，太阳能光伏利用成为太阳能开发利用中最重要的应用领域，利用太阳能发电，具有明显的优点：（1）结构简单，体积小且轻：能独立供电的太阳能电池组件和方阵结构都比较简单，输出4550W的晶体硅太阳能电池组件，体积约为450mm750mm45mm，质量为7kg；（2）容易安装运输，建设周期短：只要将太阳能电池支撑并面向太阳即可发电，宜于制成小功率移动电源；（3）维护简单，使用方便：如遇风雨天，只需检查太阳电池表面是否被站污、接线是否可靠、蓄电池电压是否正常即可；（4）清洁、安全、无噪声：光伏发电本身不向外界排放废物，没有机械噪声，是一种理想的能源；（5）可靠性高，寿命长，并且应用范围广：晶体硅太阳能电池的寿命可以长达2035年，在光伏系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命可以达到10多年。太阳能几乎无处不在，太阳能电池在中国大部分范围内都能作为独立的电源。1.2选题的目的和意义野外或断电时的供电问题，会对某些工作产生不利影响，多功能供电车可集成多种发电功能，包括太阳能光伏发电、内燃机发电，可以解决某些偏远地区或野外对电力的需求，以及停电时对电力的紧急需求问题，亦可以在平时将太阳能转变为电能，存储在大型蓄电池中，供需要时使用。1.3供电车的现状和发展趋势中国供电车车企业从20世纪70年代起步，至今已有30多年的历史。到目前为止，生产企业已由当时的4、5家发展到100余家。行业几个骨干企业通过近几年的技术改造，其生产规模不断扩大，都形成了各具特色的产品系列，企业的各项主要经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高，但还不能满足国内市场的需要。根据协会对会员单位初步统计，2006年中国供电车的产量为942台，出口67台; 2007年为1042台，出口84台。虽然这些年国内供电车产业发展很快，但企业发展很不平衡，企业之间出现了较大的差距。国内供电车设计制造发展现状主要表现在：发电功率的不断增加。在北京，发电量为1000W的供电车已经投入市场。但国内所生产的的供电车基本上发电方式单一，仅仅以柴油发电机或汽油发电机发电。国外供电车产业发展迅速，技术水平不断提高。工业发达国家一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营，如美国GROVE（格鲁夫）公司和GENIE（吉尼）公司，英国COLES公司和SI-MON（西蒙）公司，意大利RICO（利高）公司，芬兰BRONTO（波浪涛）公司、日本的多田野和爱知株式会社等。有些企业注重环保，生产的供电车以天然气为燃料发电，或者利用太阳能、风能等渠道发电。随着太阳能、风能发电技术的成熟，必将出现多功能供电车。中国电力短缺问题依然严重，使得供电车的设计制造被多家专用车厂家提上日程。随着自卸车、消防车等其它专用车的市场饱和，人们必将把目光投向供电车这个新型专用车的设计与制造。1.4太阳能光伏发电的广阔前景1.4.1国外光伏发电的发展太阳能光伏发电自20世纪80年代以来持续高速发展，每年以30%40%的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国，普遍受到重视。尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点，但是其发电的价格比常规电力价格高出许多，在电力市场上无法与常规能源进行竞争。20世纪90年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村、无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美日德等西方发达国家为主。从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域，并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力。1.4.2我国光伏发电的发展我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从70年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在80年代中期建立起来。80年代中期，我国光伏产业初步形成。经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。至90年代初中期，我国光伏产业已处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了17千瓦和7千瓦的光伏发电屋顶系统。1999年，我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室和中试产品，但在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。为了推动光伏技术及其产业发展，2003年10月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用，计划到2005年全国光伏发电系统总装机容量达到300兆瓦。至2003年底，我国光伏产业总的生产能力达到38兆瓦，太阳能电池组件的实际生产量达到13兆瓦。在市场方面，截至2003年底我国光伏系统累计装机容量达到45兆瓦。2004年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达1兆瓦，年发电能力约为100万千瓦时；2008年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现；2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的中华人民共和国可再生能源法自2006年1月1日起正式施行，国家鼓励可再生能源利用。我国光伏产业在满足国内市场需要和提高边远无电地区人民的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要作用。1.5本文主要研究的内容本设计的目标是设计一种多功能供电车，其性能参数与所选底盘车接近。设计过程安排如下：（1）二类底盘的选择；（2）太阳能光伏发电；（3）太阳能电池举升机构的选择与设计计算； （4）柴油机发电机组的选择；（5）车厢中的各类装置的布置。第2章 二类底盘的选择2.1总体主要参数的确定2.1.1尺寸参数的确定供电车车都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，保证性能参数与原车基本保持不变。只有整车的高度由于举升机构高于车头的顶部，所以整车的高度会有所增加。2.1.2整车整备质量整车整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时整车质量。参考同类供电车的整车整备质量m0，在此基础上在增加工作装置的质量，便可估算供电车的整车整备质量m0。供电车的整车整备质量约为：kg2.1.3总质量 所谓总质量是指专用汽车整备齐全，满载（规定值）货物及乘员时的质量。总质量计算公式为：kg式中mp乘员质量（kg），按每人65 kg计。2.2底盘的选择根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计。在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求：（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进 行改装造型设计。（2）可靠性所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。（4）方便性所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。考虑到要求供电车能在高原等野外恶劣的环境正常工作，所以选择军用底盘比较合适。东风、解放以及红岩等品牌中，东风公司的军用底盘市场中占有率较大，评价较高。东风汽车公司3.5吨级66越野汽车分为长头驾驶室和平头驾驶室两大系列。长头驾驶室系列主要车型有EQ2100E(EQ245)、EQ2100E6D、EQ2100E6DY等车型。平头驾驶室系列主要车型有EQ2102、EQ2102G等车型。EQ2100E车型是东风汽车公司最早的3.5吨级66汽油越野汽车，现已停产，被柴油机EQ2100E6D车型取代。EQ2100E6D车型是以EQ2100E车型为基础，换装上康明斯6BT5.9增压柴油机、外径350单片螺旋弹簧离合器，其它系统相应改进设计的新一代长头驾驶室3.5吨级越野汽车；EQ2102车型是部队装备的第二代3.5吨级越野汽车，采用许多新型总成部件，整车雄壮、威武，体现了军车的特点。主要总成包括康明斯6B5.9增压柴油机，该发动机具有良好的低温起动性能，不使用辅助装置可在零下12 度以上起动，采用PTC电热陶瓷冷起动装置，可在零下40度顺利起动。该车型装备有远距离液压气动助力操纵的外径350单片离合器、五档变速器、高低档两档分动器、前中后桥三桥驱动、引进TRW公司技术生产的整体式动力转向器、与日产柴公司联合开发的平头双排四门五座驾驶室、东风金狮轮胎公司研制的12.5R20子午线混合花纹加宽型越野轮胎、内长4270mm 高栏板车箱。根据部队的需求，以EQ2102车型为基础，换装平头一排带卧二门驾驶室和内长4800mm车箱而开发的EQ2102G车型，主要用于满足特殊用户的改装需要。表2=1 主要特征车型EQ2100E6DEQ2102EQ2102G车型主要特征长头驾驶室、循环球转向器平头双排驾驶室、动力转向器平头排半驾驶室、动力转向器目前市场上平头式的要比长头式的销售好，并且考虑到工作人员大于2人，驾驶室里最好能容纳4人，所以参照表2-1中的3种底盘的主要特征，选择EQ2102底盘。2.3底盘的主要参数底盘主要参数如表2-2。表2-2 底盘主要参数车型EQ2102车型主要特征平头双排驾驶室、动力转向器空载整备质量5480kg空载前轴轴载质量3165kg空载后轴轴载质量2675kg允许最大总质量10940kg允许前轴最大轴载质量3660kg允许后轴最大轴载质量8000kg钢板弹簧刚度前1972143.5N/mm钢板弹簧刚度后4856392N/mm外形总长7586mm外形总宽2198mm （续）外形总高2740mm轴距前中3475mm轴距中后1250mm前悬1408mm后悬1453mm后轮胎最外尺寸2198mm车架外宽861mm车架可用长度4402mm质心位置（距前轴中心）1880mm重心高度880mm2.4本章小结本章主要进行多功能供电车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们各方面因素选择比较适用的底盘；综合各方面情况最后选用东风EQ2102底盘作为本次供电车的底盘。第3章 车厢和副车架的设计3.1车厢的设计3.1.1车厢的参数车厢是实现该车功能所需仪器、设备、工具的载体。采用铝合金大板方舱开式结构。车厢壁板采用加筋大板夹层结构，框架采用铝合金型材，蒙皮采用铝合金板材，隔热层采用硬质聚胺脂泡沫板。厢体外形尺寸为4400mm2400mm1950 mm ,左右两侧采用翻板结构，左侧设计两副上翻板，尺寸为1237mm772mm，右侧与左侧相同。为了上、下的方便，在门处设有专用抽拉梯。为了便于采光，车厢左右侧各布置两个侧窗，均为活动窗并安装卷帘式防空窗帘。考虑到发电装置的通风散热问题，在厢体前壁下部开一个换气口。电站的布线采用布线槽，置于顶板四周，并考虑到维修方便，设计为活动盖板式。车厢后壁外平面与汽车底盘牵引钩平齐。车厢内壁选用乳白色醇酸磁漆。车厢内、外布置有灭火器，以满足防火安全性要求。车厢内部两侧设有工作台，右工作台由前至后依次存放的有军用背囊、电工服、五个移动电缆盘；左工作台由前至后依次存放的有各种附属油、电工工具箱、防爆应急工作灯、固定式电缆盘等。3.1.2配电系统整车电气系统主要由控制柜、净化电源、车内照明、电缆和分线盒等组成。电机组安装在底盘车后部。净化电源安装在车厢内左侧前方,主要用于改善供电品质,包含功率为1KW的24V /220V逆变器。车厢顶部共有6盏长方形高效荧光灯,其中1盏值班灯,解决车厢内部照明的问题。500 m电缆、分线盒供远距离定点供电。车厢外部左侧前方下部外接线盒,用于电源的输入、输出。3.1.3通讯设备驾驶室与车厢内装有有线对讲机等通信设备。3.1.4防护车厢外部可根据用户要求喷相应的漆。底盘纵梁以下喷黑色面漆。3.1.5工作台设计金属骨架结构，骨架颜色采用乳白色；台面采用25mm厚高密度板，上铺3mm厚绿色耐油橡胶板,不锈钢包边；外形尺寸为650mm860mm；抽屉、锁选型美观大方，安置位置适中，工具箱固定可靠，使用方便。3.1.6生命支持系统及其它辅助设备生命支持系统是运用变压吸附技术，在常温下直接从空气中分离出高浓度氧气的机电一体化的制氧设备，专供高原使用，装载在车辆上，提高空气含氧量的一种制氧装备。其它辅助设备及器材有:工兵锹镐、消防平斧、工兵锤、撬杠、风扇、医药箱、易损件、随车附件等。3.2副车架设计副车架采用框架式焊接结构，由两根纵梁、六根横梁组成，纵梁、横梁用Q345钢板折制成槽形。考虑到横梁受扭力大，将横梁设计成整体式。纵、横梁间采用T506焊条焊接，整体重量轻、强度高。副车架纵梁与汽车底盘加厚度为20mm的传动橡胶带，作为减振。副车架与车厢用均布的M10高强度螺栓连接，使车厢与副车架整体受力均匀，连接可靠。3.3本章小结 本章主要内容是车厢的布置及副车架的选择。根据二类底盘的车架确定了车厢的尺寸。副车架采用框架式焊接结构，由两根纵梁、六根横梁组成。确定了部分辅助设备的类型及其布置。第4章 太阳能光伏发电系统4.1太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳能控制器：太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。逆变器：逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。蓄电池（组）：蓄电池（组）的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量大时，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电；当日照量小时，这部分储存的能量将逐步放出。4.2太阳能光伏发电系统的分类根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。4.2.1独立供电的光伏发电系统独立供电的太阳能光伏发电系统如图4.1所示。整个独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。太阳能电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。根据负载的需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电;当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制组成。逆变器的作用是将直流电转换为与交流负载同相的交流电。太阳能电池板DC/DC蓄电池直流负载控制器逆变器交流负载图4-1 独立运行的太阳能光伏发电系统结构框图4.2.2并网光伏发电系统太阳能电池板DC/DC逆变器电网交流负载控制器图4-2 并网光伏发电系统结构框图并网光伏发电系统如图4.2所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。4.2.3混合型光伏发电系统太阳能电池板主开关发电机组控制器电池板直流负载交流负载逆变器电池板蓄电池电池板图4-3 混合型光伏发电系统结构框图图4.3为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。本次设计就采用此系统。4.3太阳能光伏电池的原理太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。对于半导体P一N结，光伏效应更明显，因此，太阳能光伏电池都是由半导体构成的。下面以硅半导体为例，对太阳能光伏电池的工作原理加以说明。当N型硅和P型硅结合时，N型区的电子扩散到P型区，P型区的空穴扩散到N型区，此时，N型带正电，P型带负电，在硅半导体内部产生电场。当太阳光照在半导体P一N结上时，形成新的空穴一电子对，在P一N结电场的作用下，空穴由N型区流向P型区，电子由P型区流向N型区，当接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能光伏电池的工作原理，如图4-4所示。电子空穴N型半导体P型半导体a 太阳能半导体晶片太阳光b 晶片受太阳光照射过程中带正电的空穴向P型半导体区移动带负电的电子向N型半导体区移动太阳光c 晶片受太阳光照射以后电子从N区负电极流出负电，空穴从P区正电极流出正电图4-4 太阳能光伏电池工作原理图将太阳能光伏电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能光伏电池组件，其功率可达几瓦、几十瓦甚至上百瓦，若干太阳能光伏电池组件按需要进行串、并联后形成太阳能光伏电池阵列。4.4太阳能光伏电池的分类一个太阳能光伏电池最重要的部分是半导体材料层，即用来产生电流的部分。目前，有许多材料可以用来做太阳能光伏电池的半导体层，但是能产生高能量转换效率的光伏材料并不多。全世界应用和研究的光伏材料主要包括单晶硅、多晶硅、砷化稼晶体材料以及非晶硅、磅化锡等薄膜材料。从对太阳能光吸收效率、能量转换效率、制造技术的成熟与否以及制造成本等多个因素来看，每种光伏材料各有其有缺点。4.4.1单晶硅太阳能光伏电池硅系列太阳能光伏电池中，单晶硅太阳能光伏电池转换效率最高，技术最成熟（一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术），使用寿命也最长。但是，由于受单晶硅太阳能光伏电池材料价格及相应的繁琐的电池工艺的影响，使得单晶硅成本价格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困难的。4.4.2非晶硅薄膜太阳能光伏电池由于非晶硅薄膜太阳能光伏电池资源丰富、制造过程简单并且成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但是与晶体硅太阳能光伏电池相比光电转换效率较低，稳定性较差。4.4.3多晶硅薄膜太阳能光伏电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450pm的高质量硅片上制成的，为了节省材料，人们采用化学气相沉积法制备多晶硅薄膜电池，通常先用低压化学气相沉积在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，另外还采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，无效率衰退问题，并且还有可能在廉价衬底材料上制备，其成本价格远低于单晶硅电池，而效率又高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能光伏电池市场上占据主导地位。4.5光伏发电系统的计算本设计采用JMD型光伏电池板，其单板的电气参数如表4-1所示：表4-1 JMD型光伏电池板单板的电气参数电器特性规格额定输出最大功率（WP）12.2W额定电流 (A)0.709A额定电压 (V)17.2V开路电压 (V)19V第7章 基本性能参数计算专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，其目的是检验整车参数选择是否合理，使用性能参数能否满足要求。最基本的性能参数计算包括动力性计算、经济性和稳定性计算。7.1多功能供电车整车参数表7-1 多功能供电车部分整车参数名称符号数值与单位发动机最大功率118KW发动机最大功率时的转速2800r/min发动机最大转矩546Nm发动机最大转矩时的转速15001700r/min车轮动力半径0.580m车轮滚动半径0.574m主减速比6.602汽车列车迎风面积15.51m2汽车列车总质量(满载)9000kg表7-2 多功能供电车变速器速比挡位12345倒挡传动比6.6023.7432.1301.2971.0006.7057.2动力性计算7.2.1发动机外特性发动机外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的主要依据。在外特性图上，发动机的输出转矩和输出功率随发动机转速变化的二条重要特性曲线，为非对称曲线。工程实践表明，可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性，即 （7-1）式中 发动机输出转矩，（Nm）； 发动机输出转速，（r/min）；、待定系数，由具体的外特性曲线决定；、可由多种途径获得,下面是常用的两种计算方法。（1）不知外特性曲线时，按经验公式拟合外特性方程式如果没有所要的发动机外特性，可从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，然后用下列经验公式来描述发动机的外特性: （7-2）式中： 发动机最大输出转矩（Nm）； 发动机最大输出转矩时的转速（r/min）； 发动机最大输出功率时的转速（r/min）；发动机最大输出功率时的转矩（Nm），。由公式（7-1）和公式（7-2），可得 （7.3）发动机外特性曲线是在室内试验台架上测量出来的，应对台架试验数据用修正系数进行修正，才能得到发动机的使用外特性。（2）已知外特性曲线时，根据外特性数值建立外特性方程式如果知道发动机外特性曲线时，则可利用拉格朗日三点插值法求出公式（7.1）中的待定系数、。在外特性曲线上选取三个点，即、，、，、，依拉氏插值三项式有: （7-4） 将上式展开，按幂次高低合并，然后与（5-1）式比较系数，即可得三个待定系数为： （7-5）7.2.2汽车的行驶方程式多功能供电车在直线行驶时，驱动力和行驶阻力之间存在如下平衡关系： （7-6）式中：驱动力，（）； 滚动阻力，（）；坡道阻力，（）； 空气阻力，（）；加速阻力，（）。（1）驱动Ft的计算多功能供电车在地面行驶时受到发动机限制所能产生的驱动力与发动机输出转矩的关系为： （7-7）式中 变速器某一挡的传动比；主减速器传动比；传动系统某一挡的机械效率；驱动轮的动力半径，（m）；发动机外特性修正系数。（2）滚动阻力Ff的计算多功能供电车的滚动阻力由下式计算： （7-8）式中 汽车的总质量（Kg）； 道路坡度角（）；滚动阻力系数。滚动阻力系数取决于轮胎的结构形式及气压、车辆的行驶速度、路面条件等因素。当车速在km/h以下时，可取常数；当车速超过km/h时，可用经验公式来求得。（式中、分别为常数项、比例系数、多功能供电车行驶的速度。）（3）坡道阻力Fi的计算多功能供电车上坡行驶时，整车重力沿坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为： （7-9）（4）空气阻力F的计算大量试验结果表明，汽车的空气阻力与车速的平方成反比，即 （7-10）式中 空气阻力系数，高位自卸汽车可取为0.50.9；迎风面积（m2），可按估算，为轮距（m），为整车高度（m）。（5）加速阻力Fj的计算加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力，有： （7-11）式中 汽车加速度（m/s2）；汽车整备质量（kg）；传统系统回转质量换算系数。的计算公式为 （7-12）式中 车轮的转动惯量（kgm2）；发动机飞轮的转动惯量（kgm2）； 车轮的滚动半径（m）。进行动力性计算时，若不知道、值，则可按下述经验公式估算值： （7-13）式中 。低挡时取上限，高档时取下限。将式（7-7）、（7-8）、（7-9）、（7-10）、（7-11）及（7-1）代入式（7-6），换算后得 （7-14）又因为 （7-15）将式（7-15）代入（7-14）并整理后，得： （7-16）式中： （7-17）7.2.3动力性评价指标的计算衡量汽车动力性能的评价指标有最高车速、最大爬坡度和加速性能。（1）最高车速vmax根据最高车速的定义，有,，由式（7-16）可得：将式（7-8）代入上式，有：因 所以令 （7-18）又因,，可确定专用汽车的最高车速为： （7-19）（2）最大爬坡度imax当汽车以最低挡稳定速度爬坡时，有，为简化，可设，则由式（7-16）可得： （7-20）对上式两边以为自变量求导，可得： （7-21）当时，取最大值，此时有：代入式（7-20），可得：令 （7-22）则： 对上式进行整理后可得：当时，但实际上滚动阻力总是存在，并且滚动阻力系数愈大，汽车爬坡能力愈小。因此上式中应取负号，又因，则上式可简化为 （7-23）由此可得到专用汽车的最大爬坡度，为： （7-24）（3）加速度amax专用车辆在水平路面上的加速度的计算公式如下： （7-25）专用车辆在某一挡位加速过程中最大加速度可由的极值点求出，令： 得到极值点的车速： （7-26）将（7-26）式代入（7-25）式，可得专用汽车在该挡时的最大加速度为： （7-27）7.2.4多功能供电车整车动力性计算（1）确定动力性计算所需的有关系数表7-3动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.90直接挡时传动系效率0.90其它挡时传动系效率0.87空气阻力系数0.68滚动阻力系数0.00430.000148表7-4质量换算系数的计算结果挡位12345倒挡2.6741.5921.2441.1561.0962.465（2）确定发动机外特性曲线的数学方程由于没有所要的发动机外特性，故采用经验公式拟合外特性方程式。将表5.1中相关数值代入公式（7.5），可得Nm即得发动机外特性的数学方程如下：（3）计算各档位时的系数A、B、C1、C2和D的值依据公式（7-17）和（7-18），将上面确定的有关参数分别代入计算，计算的结果如表5-5所列。表7-5各档位时的系数A、B、C1、C2和D的计算结果档位1-0.22560.65650.1275-1028800.56422-0.58790.13440.9388-1042880.41273-0.10770.52760.5433-1042880.11894-0.36390.22540.3547-1042880.60325-0.12550.10890.2495-1042990.4756倒档-0.17480.32660.1203-1042880.9588（4）计算多功能供电车的最高车速vmax将直接档（第5档位）、和值代入式（7-19），可得该高位自卸汽车的最高车速为km/h（5）计算最大坡度imax将最低档（第一档位）、的值代入式（7-22），可得：将E代入式（7-23），可得：多