基于可再生能源的電動(dòng)汽車充電設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)

基于可再生能源的電動(dòng)汽車充電設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)

生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，節(jié)約能源，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已被我國提上日程，電動(dòng)汽車作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，得到了大力發(fā)展，然而與其緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)充電設(shè)施成為影響電動(dòng)汽車推廣和發(fā)展的重要因素。本論文通過對可再生能源充電設(shè)施的深入探索研究和優(yōu)化，改進(jìn)可再生能源和電動(dòng)汽車充電設(shè)施的配置方案，使用先進(jìn)的控制和保護(hù)方法，有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和充電效率。

汽車工業(yè)中，傳統(tǒng)燃油汽車的尾氣排放是最主要的污染源之一，發(fā)展低碳交通運(yùn)輸業(yè)被越來越多的學(xué)者所關(guān)注。近年來，國家已大力發(fā)展純電動(dòng)汽車和插電式電動(dòng)汽車，兩個(gè)“五年計(jì)劃”的科技攻關(guān)以及北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、深圳大運(yùn)會(huì)、“十城千輛”計(jì)劃中25個(gè)示范城市建立示范工程的實(shí)施，政府采購電動(dòng)汽車和消費(fèi)者購買電動(dòng)汽車提供補(bǔ)貼，其他優(yōu)惠政策如“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程”等，大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在我們國家的“十二五”規(guī)劃中，提出了“樹立綠色、低碳發(fā)展理念”，把電動(dòng)汽車列入我國“七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”對其進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。同時(shí)國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》也指出，2020年插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)和銷售達(dá)200萬輛，累計(jì)產(chǎn)銷量要超過500萬輛。我國的電動(dòng)汽車已經(jīng)逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，發(fā)展電動(dòng)汽車這一新興行業(yè)被確立為世界上很多國家普遍提高汽車行業(yè)和低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。

可再生能源與電動(dòng)汽車充電設(shè)施集成可行性分析

太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，與分散式充電樁、常規(guī)充電站等電動(dòng)汽車充放電基礎(chǔ)設(shè)施，通過微電網(wǎng)的形式，形成完整的系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)中加入蓄電池儲能系統(tǒng)、控制、保護(hù)等電氣設(shè)備，就可以滿足電動(dòng)汽車充電，電動(dòng)汽車就地消納一部分可再生能源，同時(shí)可再生能源還具有電能調(diào)節(jié)特性。

目前，有可能被大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用于發(fā)電的可再生能源，包括太陽能（光熱、光電）、風(fēng)能和生物質(zhì)能等。考慮到這些能源的自然特性、開發(fā)的成本、能量密度和發(fā)電效率高低、以及開發(fā)利用技術(shù)水平等許多因素的制約，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)能和太陽能就地利用于電動(dòng)汽車充電，還是具有非常明顯的可行性。

首先，風(fēng)能的適用性。地球表面風(fēng)能的蘊(yùn)藏量十分豐富，而且風(fēng)能還具有無污染、可再生、安全可靠的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，如果把其并網(wǎng)運(yùn)行，可能會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。還有另外一個(gè)現(xiàn)象，在西北某些地區(qū)，由于風(fēng)資源過量，也導(dǎo)致了電網(wǎng)無法完全消納，所以棄風(fēng)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，此時(shí)如果通過電動(dòng)汽車充電的可調(diào)節(jié)特性，適時(shí)的消納一部分原本被棄用的風(fēng)能，可以顯著提高風(fēng)電的利用小時(shí)數(shù)。

其次，太陽能的適用性。在地球表面太陽能隨處可得，具有無噪聲、無污染、是一種環(huán)境友好型的綠色能源。但是由于太陽能光伏發(fā)電受到季節(jié)、氣候、灰塵等多種環(huán)境條件因素影響，在對其進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)大、效率偏低等各種現(xiàn)象。但是光伏發(fā)電也具有很多優(yōu)點(diǎn)，如光伏組件結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、易于運(yùn)輸和安裝，并且建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的周期很短，同時(shí)還可以根據(jù)用電負(fù)荷靈活的進(jìn)行容量組合，在使用的過程中，不會(huì)給使用地區(qū)帶來額外輸配電壓力，在變配電站中配一部分儲能電池就可有效的緩解輸出功率存在間歇性波動(dòng)的問題。

圖1　

電動(dòng)汽車充電設(shè)施的種類與特點(diǎn)

現(xiàn)有充電基礎(chǔ)設(shè)施，總結(jié)如下：（1）分散式交流充電樁。分散式一般都采用小電流慢速充電模式，需要五到八個(gè)小時(shí)，把動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)從零充到100%，這種充電設(shè)施經(jīng)常被使用在居民區(qū)、單位內(nèi)部或者公共場所的停車位，具體分布和數(shù)量都沒有普遍的規(guī)律性。

（2）常規(guī)充電站。這種充電站一般采取快速充電模式，充電時(shí)間在幾十分鐘到幾小時(shí)之間，充電電流在一百五十安培到四百安培左右。這些充電設(shè)施地理位置明確，具有專屬的充電場地。

（3）大型充電站。這種充電站不但可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)充電站的功能，還可以對電池包充電，實(shí)現(xiàn)電池的快速更換服務(wù)和配送服務(wù)。最明顯的特點(diǎn)就是向電網(wǎng)回饋電能，參與負(fù)荷峰谷調(diào)節(jié)。

本論文探索的新型太陽能充電站建設(shè)方案

（1）地理位置選擇。可以將太陽能電池板加裝在加油站的頂棚上，或者安裝在停車場的頂棚上，甚至可以建在臨時(shí)停車的路邊，這樣不僅可以節(jié)約用地，還能節(jié)省充電站的建設(shè)造價(jià)成本。

（2）可再生能源綜合系統(tǒng)。在智能系統(tǒng)控制下，太陽能發(fā)出的電優(yōu)先給電動(dòng)汽車充電，富余的可以存儲在蓄電池中。在陽光充足時(shí)，蓄電池充滿后，還有剩余電能可以通過光伏逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)?0HZ的交流電并入電網(wǎng)。

（3）配套設(shè)施建設(shè)。由于電動(dòng)汽車充電時(shí)間相對于加油站，花費(fèi)時(shí)間較長，可以配套建休息室，設(shè)置茶水、娛樂、游戲等服務(wù)項(xiàng)目，同時(shí)使用太陽能實(shí)現(xiàn)照明、空調(diào)制冷等，也不會(huì)額外增加成本，也不會(huì)浪費(fèi)傳統(tǒng)能源造成環(huán)境污染，見圖1所示。

（4）智能功能充電設(shè)施。充電站的功能要像電動(dòng)汽車的智能終端一樣，可以滿足智能充電行為。使用者可以在充電設(shè)施上辦理或者購買充電卡業(yè)務(wù)。

充電設(shè)施的智能創(chuàng)新功能

（1）車型識別功能。鎖定汽車車型和品牌，可以在汽車進(jìn)入充電軌道之后，充電設(shè)施智能分辨出汽車的充電口和地面的距離，通過紅外感應(yīng)，電源接口自動(dòng)與汽車充電接口進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)正常充電。

（2）點(diǎn)對點(diǎn)充電

智能化充電是充電站設(shè)置固定的行車軌道，同時(shí)固定充電位置。可以根據(jù)需求選擇快充或者慢充兩種方式，最后消費(fèi)者刷卡，充電設(shè)施提示開始充電，同時(shí)可以選擇充電時(shí)間。

（3）聯(lián)網(wǎng)充電。可以把充電卡和手機(jī)綁定，在需要充電時(shí)，只需用手機(jī)掃一下，即可識別，大大拉近我們和智能生活的距離。

結(jié)語

太陽能風(fēng)能等利用，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電，建設(shè)太陽能電動(dòng)汽車充電站，有效解決環(huán)境污染難題。本論文在利用可再生能源為電動(dòng)汽車充電的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析探究設(shè)計(jì)，把人性化、智能化融入到充電站的設(shè)計(jì)中，使充電站更便捷地出現(xiàn)在人們的生活中。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.005