户外太阳能智能座椅的主要功能模块有哪些？

太阳能户外公共座椅产品，主要采用光伏清洁能源转化为电能，经过智能控制系统，将电能储存在座椅内部的储能电池中；当遇见光伏能源供电不足时，可自动切换为市电供能，确保整体设备正常运行。将太阳能发电技术、智能化技术和日常生活中的公共座椅功能有机结合，在弥补传统公共座椅实用性和美观性不足缺陷的同时，增加多种实用性功能，满足人们在休息的同时为手机、IPad等小功率设备充电、播放音乐、人机语音互动的等休闲需要，构建太阳能产品便民、利民、惠民新主题。

一、太阳能智能座椅的整体设计方案

为了满足功能性和实用性兼顾的需求，将太阳能智能座椅设计成长椅，其产品功能采用模块化的设计方式，兼顾外形特征的设计，满足人们在休息的同时为小功率设备充电及休闲娱乐的需要。

太阳能智能座椅功能模块主要有4点：①绿色供电模块；②智能人机语音模块；③景观照明模块；④无线充电模块。

太阳能智能座椅外形设计要点：①人体工学外观设计研究；②城市景观美学美誉度研究。

太阳能智能座椅的方案如下：

(1)椅子为一字型外观，椅子中央为光储充电供电模块，模块上方安装光伏面板，可吸收太阳能转化为电能并存储在内部电池中。

(2)中央供电模块设置有线和无线两种充电模式，以适应不同电子产品的充电需求。

(3)智能语音模块位于中央供电模块侧边，智能语音模块内置Wi-Fi、人工智能语音等功能模块，具备无线上网、智能对话、音乐播放、地图查询等多种便民功能。

二、太阳能智能座椅的绿色供电模块

太阳能电池板是太阳能智能座椅的重要组成部分。整个太阳能智能座椅的能源主要是依靠太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化的电能一部分用于智能座椅的智能语音模块、无线充电模块等，此外系统可以将多余的电量储存到智能座椅内置的储能电池，在阴雨天气、夜晚等太阳能电池板产生的电力不足时，持续为智能座椅提供电能供给。

绿色供电模块采用光储独立供电模式。以基于PECVD工艺的硅基薄膜太阳电池作为主电源，采用PET封装，通过光电效应将光能转化为电能，蓄电池充放电管理系统将电能存储在储能电池中，并优化管理电池的充放电过程。太阳能智能座椅供电模块外观图如图1所示。

图1 太阳能智能座椅供电模块外观图

太阳能智能座椅的绿色供电模块利用太阳能电池板在阳光照耀下的光电效应产生电荷，锂离子电池将太阳能电池板产生的电荷存储起来，利用A/D转换器采集充电电池的电压并在显示屏上显示电压值，单片机系统可对其他智能模块进行控制及功能扩展。供电电路最主要关键部件有：太阳能电池板、锂电池。太阳能智能座椅供电模块系统框图如图2所示。

图2 太阳能智能座椅供电模块系统框图

根据地域、功能需求等采用不同材质太阳能电池板。采用高集成一体化设计，光伏输入采用MPPT控制通过H桥DC/DC变换器将电压变为DC与储能部分并入直流母线。采用电压电流双闭环控制，直流母线接单相逆变器将电压变为AC220V供给交流母线，由交流母线给负载供电。

储能电池是将化学能直接转化成电能的一种电子器件，原理是通过可逆的化学反应实现反复的充放电。目前，从安全性、实用性角度一般采用锂电池，在充电时电能储存为化学能，在放电时再次把化学能转换为电能输出。近几年，新能源汽车、电子产品、5G通信、科研教学等的快速发展，储能电池已广泛应用在人们的日常生活中。

三、太阳能智能座椅AI人机语音模块

智能语音交互模块将语音识别与合成技术、即时通信技术相融合，模块主要由主控模块、数据存储器、语音识别模块、微控制器和扬声器等组成，内置Wi-Fi、Bluetooth模块。基于IEEE 802.11协议实现近距离无线传输，使产品具备无线上网、智能对话、音乐播放、地图查询等多种便民功能，在系统设计的同时严格遵守以下4点原则：

(1)操作简单，用户界面友好。

(2)价格优势，要有性价比。

(3)系统可持续稳定运行，可靠性高。

(4)模块化设计，可扩展性好，方便系统升级和剪裁。

四、太阳能智能座椅的景观照明模块

太阳能是一种较为理想的绿色清洁能源，其参与到照明中可为能源合理利用的一种有效途径[4-7]。景观照明模块供电系统来自绿色供电系统模块，将时控、光控和感应控制三者结合智能调节路灯亮度。其中，主控制器控制太阳能供电以及对路灯照明的智能控制。景观照明模块整体框架图如图3所示。

图3 智能座椅景观照明模块整体框架图

太阳能智能座椅景观照明模块的功能如下：

(1)主控制器：负责整个景观照明模块的智能控制，采集信号，并发出照明的控制命令。

(2)储能控制器：负责实时检测储能电池的电压及电流，控制充放电。

(3)照明灯：智能检测环境明暗情况，实现辅助照明。

五、太阳能智能座椅的无线充电模块

人们每天使用手机时长的增加，也造成了手机电池耗电量的增大。短时间内手机电池在工艺技术上很难取得突破性进展，而通过增大电池体积来增加电池电量更不符合现在年轻人对电子产品轻薄的追求。太阳能智能座椅设计了智能充电模块，可实现一个设备同时给多个手机充电，突破了目前共享充电的不便捷性。人们可以在户外椅子上休息的同时为手机充电，给人们带来了更舒适的充电体验。

研制了具备广域特性的多负载耦合无线充电模块，在小功率充电平台的基础上设计了宽功率输出模块，能满足不同功率范围设备及不同数量设备同时充电的需求，实现即放即充、即拿即用，提升了用户使用感受。同时未来智能物联网的接入，能够实现充电平台与手机互联，通过异物检测系统及负载监测系统，实现无线供电模块的远程控制及安全监控。具备广域特性的多负载耦合无线充电模块使用场景如图4所示。

图4 具备广域特性的多负载耦合无线充电模块使用场景

具备广域特性的多负载耦合无线充电模块主要解决小微功率设备的无线充电问题。充电对象通常包括手机、智能手表、平板电脑等小功率产品。项目目前具备三大核心优势：具备广域特性，即设备可在一个较大的充电区域，可实现“非接触式”充电，而不仅是一个较小的充电模块；宽功率输出范围，可实现多台、多种类设备同时供电；智能物联网接入实现人机互联，以保障对设备的远程监控，从而确保设备工作的安全性。

(1)宽供电范围。通过多线圈串并联方式，实现有效供电范围的拓展。目前无线充电器传输方式主要是采用感应耦合的方式进行能量传输，传输距离一般为7mm，极大地影响使用便利性，通过磁耦合谐振式无线电能传输技术，传输距离可提高至10～30 cm，在较大平面范围内，放置设备均能实现设备较大功率供电。既有效解决有线供电带来的安全问题，又能在较宽的区域内实现无线供电。

(2)多设备兼容。主逆变电路采用可切换谐振支路的E类逆变器。在保证逆变电路始终工作于软开关，保证高效率输出的同时，兼容多种功率输出，同时兼容多种负载特性设备，从而实现不同数量、不同功率设备的同时接入。

(3)具备智能监测及智能识别功能。通过智能物联网接入，能有效实现人机互联以及对工作状态的实时监控。同时，可以智能识别充电，对充电设备的剩余电量检测能有效实现设备工作过程可视化。用户在体验便利性的同时，也可实时观测充电数据，使用体验极佳。

六、结语

针对目前太阳能产品功能定位模糊，实用性较差等不足的现状，开展光伏产品市场应用分析，设计了一款兼具功能性和舒适性的太阳能智能座椅。根据日常生活各种用电设备的需求，通过智能控制器输入到不同的设备中，可解决户外电子产品充电的问题。（本文作者：孙丽兵何永艳陈永平王金玉陈素莹）