適用于高速公路的大功率風(fēng)光互補(bǔ)智能充電樁設(shè)計(jì)研究

陳旭根 滕道祥 胡士邁 張?chǎng)? 徐奉娣

摘要：為解決新能源汽車長(zhǎng)途出行用電不足難題，將風(fēng)能、光能互補(bǔ)轉(zhuǎn)化為電能作能源輸入，提出了依托高速公路的設(shè)計(jì)方案，并研究和完善風(fēng)光互補(bǔ)智能充電樁設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在沿海等風(fēng)能儲(chǔ)備充足空間適宜的高速路段架設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在高速服務(wù)區(qū)建設(shè)充電終端，終端擁有人機(jī)交互界面，后臺(tái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能，提供更加智能、便捷的新能源汽車充電服務(wù)。

關(guān)鍵詞：高速公路;新能源汽車;風(fēng)光互補(bǔ);智能化;充電樁

1研究背景

隨著化石能源儲(chǔ)量日漸減少，環(huán)境問(wèn)題也不斷地凸顯，新能源汽車以其環(huán)保、節(jié)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)得到人們的認(rèn)可，但是作為新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)，存在一定的發(fā)展阻力，而如何提高新能源汽車的續(xù)航性能應(yīng)屬于最需攻克的難題了。在解決新能源汽車?yán)m(xù)航問(wèn)題上，我國(guó)不斷加快建設(shè)公共新能源汽車充電樁。用電能去取代化石能源，這真的是零排放嗎，將燃燒化石能源的直接碳排放，改為電能生產(chǎn)的間接排放，這樣的新能源汽車依舊不是“綠色”的。這時(shí)就需要一套更加綠色、環(huán)保的供能系統(tǒng)，去保證能源輸入的清潔性。在東部沿海及西北部等地區(qū)，風(fēng)能儲(chǔ)備充足，而在城際間的大部分高速路段空間充足，具備架設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的條件，汽車連續(xù)地高速行駛形成的空氣流動(dòng)，在一定程度上也為風(fēng)電設(shè)備提供了動(dòng)力輸入。在城際間的高速路段建設(shè)新能源汽車充電設(shè)備，保證能源輸入的情節(jié)性，同時(shí)也提高了新能源汽車的續(xù)航性能。

2設(shè)計(jì)方案

2.1供電系統(tǒng)

風(fēng)能、光伏發(fā)電系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)重要組成部分，主要經(jīng)過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電板組發(fā)電通過(guò)充電裝置穩(wěn)壓、限流后儲(chǔ)存在高速服務(wù)去的蓄電站中。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電板組的分布示意圖如圖1所示，高速公路兩行車道之間綠化帶中安置垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中安置密度需對(duì)高速周圍空間、風(fēng)能儲(chǔ)備情況、車流量等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析來(lái)確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝密度。根據(jù)行車的高度限制、風(fēng)力大小來(lái)確定安裝風(fēng)機(jī)的高度及使用風(fēng)機(jī)的規(guī)格、大小。行車道兩側(cè)可安置光伏發(fā)電板，根據(jù)植被的生長(zhǎng)需要，選擇光伏板發(fā)電板的規(guī)格及安裝高度、密度。

2.2充電終端

高速公路的服務(wù)站點(diǎn)可安置新能源汽車充電樁，經(jīng)配電室配送至每個(gè)充電樁位。充電終端由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電板組、充電樁三部分構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電板組為系統(tǒng)提供更多的電力輸入。高速服務(wù)站點(diǎn)可根據(jù)場(chǎng)地需要，建制圖2橫向停車位充電終端和縱向停車位充電終端。充電終端以MCU為主控單元，包含充電口檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)通信及儲(chǔ)存單元等基本電路，具有電壓電流檢測(cè)、充電槍口溫度檢測(cè)、緊急停用等功能，同時(shí)提供顯控觸摸人機(jī)交互界面，支持二維碼快捷支付，使用者可以通過(guò)手機(jī)小程序查看充電狀態(tài)，充電終端也會(huì)將充電數(shù)據(jù)反饋給服務(wù)后臺(tái)，保證充電樁的安全使用。

3實(shí)現(xiàn)功能與展望

完整的充電系統(tǒng)包含供電系統(tǒng)和充電終端兩大部分，其中需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電機(jī)組、蓄配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、維護(hù)室等六部分組成。根據(jù)充電使用電量及發(fā)電組的發(fā)電量的數(shù)據(jù)分析，配電室應(yīng)具備給予充電終端220V市電配送的功能，以防止東南沿海等地區(qū)連續(xù)陰雨天氣的出現(xiàn)，導(dǎo)致供電不足情況的發(fā)生。中央監(jiān)控室實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量以及地區(qū)的天氣數(shù)據(jù)、充點(diǎn)終端運(yùn)行情況，并完成管理情況的報(bào)表打印等。

隨著硅材料光伏發(fā)電板技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，發(fā)電效率將逐步提高，發(fā)電量也會(huì)不斷增多，四通八達(dá)的高速網(wǎng)路也將建立起新能源的發(fā)電網(wǎng)，分布式的風(fēng)光電站將過(guò)多的電量并入國(guó)家電網(wǎng)。充電終端逐漸的普及，可在城鎮(zhèn)中建起小型的公共充電站，再一次對(duì)新能源汽車的續(xù)航性能作再一次的提升，來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)的需求，刺激新能源汽車的新一輪發(fā)展。

4結(jié)語(yǔ)

節(jié)能是未來(lái)汽車發(fā)展的新方向，新能源汽車成為市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。充電樁等基建設(shè)備的完善，勢(shì)必會(huì)促進(jìn)新能源汽車的新一輪發(fā)展。同時(shí)風(fēng)、光發(fā)電從技術(shù)層面上有一定局限性，這勢(shì)必會(huì)阻礙新能源汽車充電設(shè)備的發(fā)展，但也為該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)明確了研究方向。隨著新能源科技的不斷發(fā)展，能源利用效率的逐步提高，新能源汽車的諸多問(wèn)題終會(huì)被解決。

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