互補式新能源汽車的動力系統設計

李帥

摘 要：設計了一種基于風光互補發電的新型新能源汽車動力系統，適用于各種如旅游觀光車、郵政運輸車、城市垃圾車等輕型車輛。配備該系統的新能源汽車可以由車主控制實現自動充電，解決了當下新能源汽車續航里程較短與汽車充電設施建設緩慢充電樁比例不協調等問題，同時大大減輕了汽車對化石燃料的依賴，也很大程度上減緩了我國生態環境的持續惡化。在我國提倡清潔能源的背景下此種動力系統的設計對我國新能源汽車的發展有著重要意義。

關鍵詞：風光互補 新能源 自動溫度測量系統 設計原理

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0031-03

溫室氣體的主要來源就是化石燃料燃燒時排放的二氧化碳，占化石燃料使用比例最大的就是能源供應與交通。[1]全國汽車消耗的石油占到了世界石油消耗總量的80%，而我國汽車工業的迅速發展和汽車保有量的不斷增加使得環境污染問題日益嚴重[2]。新能源汽車的出現也成為一個新的轉折點，然而由于新能源汽車是近幾年才發展的新型產業所以面臨著造價高、充電樁數量與汽車數量不成比例、續航里程較短等問題，使之無法全面代替傳統汽車成為市場上的主流產品[3-4]。由于充電樁的建設成本高、利用率低、電池成本高，技術短板明顯而且產能不足，現階段新能源汽車的續航里程都不能突破300 km，這是直接導致消費者無法接受新能源汽車的原因，在此背景下可以自主充電的新能源汽車便應運而生。

1 設計原理

風光互補發電系統主要由發電系統、控制系統、整流器、逆變器和儲能系統構成，風電和光伏發電系統在儲能和逆變器環節是通用的，控制系統依照日照強度，風力大小和負載的變化，相應調節蓄電池的工作狀態，把多余的電能儲存，日照強度弱的時候釋放，當發電量不能滿足用電器所需求時控制器直接將蓄電池的電能輸送到用電器，確保了整個系統的連續工作性同時也大大提高了汽車的續航里程能力。風光互補聯合發電技術的工作原理為利用控制器將太陽能電池方陣和風力發電機發出的交流電轉化成為直流電，存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉化為交流電，通過輸電線路送達用戶負載處。一般來說風能與太陽能在季節上有較大的互補性，即冬天風大而陽光弱，夏天風小而陽光強。（如圖1）

2 系統設計

自動溫度測量系統由傳感器、信號調理放大電路、A/D轉換器和8051單片機應用系統組成，測量系統首先通過傳感器將被測溫度信號轉變成與之對應的電阻值，再通過測量電路將其轉換成電壓值，輸入到A/D轉換器轉換成為數字信號之后再送入單片機處理，單片機按照編排好的程序進行處理，若數據超出提前設定好的閾值，單片機將對喇叭輸出高電平，使得喇叭發出信號，提醒車主打開車窗進行自主供電。該自動溫度測量系統的自動功能的實現完全依賴單片機中的算法來實現，包括實時多任務處理、測量結果的非線性校正，以及標度變換、量程自動轉換和軟件抗干擾等。（如圖2）

3 汽車系統實現

溫度傳感器放置于新能源汽車的頂窗之下，當日照強度足夠大時候，車頂持續吸收熱量，傳感器不斷接受物理信號并通過A/D轉換器轉換為數字信號發送給單片機，當數字信號超過初始設置的閾值時，單片機給喇叭發出高電平使之發出信號，提醒車主開始自主充電。光伏電池板所吸收熱能轉化為直流電流直接傳送到直流母線上進行傳輸，一部分直接供給蓄電池作為備用；另一部分可以直接供給汽車的直流用電或者通過逆變器轉換成為交流電為車燈等零部件供電。風電機組則是安裝在汽車車門的兩側，在汽車還未行駛之前風電機組是不可以發電的，而當汽車高速行駛時風向與汽車行駛方向相反，速度卻相同，當達到風機的啟動風速時機組開始工作，從而產生交流電流，電流通過整流器轉化成直流電流送入直流母線進行傳輸，一部分直接供給蓄電池作為備用；另一部分可以直接供給汽車的直流用電或者通過逆變器轉換成為交流電為車燈等零部件供電。（如圖3）

4 系統的優勢與發展前景

新能源一般具有不利于系統平衡的缺點，比如：隨機性、波動性，并網給系統帶來的不利影響，因此，消除新能源隨機性等問題是新能源推廣應用急需要解決的問題。互補發電系統技術是利用多種新能源的不同特性組成的一種新發電系統，可以大幅度提高系統的可靠性，減小新能源給電網帶來不利影響，提高新能源的競爭優勢。充電樁建設的速度一直是制約新能源汽車發展的條件，消費者不想去買新能源汽車的原因，因為充電設施的不齊全，充電樁安放需要固定車位。至2015年年底建成沖換電站3 600座，4.9萬個充電樁。車樁比例大約9∶1，而標準的配置比例應該的1∶1。與傳統新能源汽車最大的不同在于裝配該系統的新能源汽車完全自主充電，完全拋棄了充電樁和充電站的制約，即使在陰雨天也可以由蓄電池帶動汽車行駛，使用戶的出行更加自由旅途更加長遠。汽車每天排出的尾氣嚴重污染大氣，危害人體健康，對氣候和人類的生存構成了嚴重威脅，然而裝配此發電系統的純電動新能源汽車與老式純電動新能源汽車相比，其電能均來源于太陽和汽車行駛時產生的風能，不需要添加任何清潔燃料，在實現真正零排放的同時也不會對汽車本身的零件損耗，使得汽車使用壽命大大提升。

目前新能源汽車的高速增長很大程度上還是靠著政府的影響，購車補貼、免搖號、不限行，限購之下的剛需被導流到新能源汽車。隨著補貼政策逐漸退位，以補貼為中心的非市場化產業活動會逐漸減少，回歸市場理性。補貼過高帶來的問題：一是企業研發不夠；二是行業產能過剩；三是產品粗制濫造。自主品牌車企在新能源車型研發上的投入普遍偏低，而且缺乏原創性等基礎研究和應用研究。政府與其在車價上給予自主品牌車企高額補貼，不如轉變為在研發技術上支持，這樣更有利于自主品牌車企持續健康發展。電池價格較高是當前市場大規模發展的最大阻礙，但是鋰電池的價格將在未來3年下降超過40%，也就是說與此同時新能源汽車的造價也會隨著電池價格的降低而降低。在能源危機，公共環保訴求提升的大環境下，新能源汽車的未來無比燦爛，仍然寄希望于充電技術、電池容量密度兩者。

5 結語

多種可再生能源聯合發電是一種有效的可再生能源利用方式。目前我國對于多種可再生能源聯合互補發電的研究尚處于起步研究階段，為了響應《中國制造2025》“節能與新能源汽車”作為重點發展領域，提出汽車低碳化、電動化、智能化的發展目標，此次設計將風光互補發電技術與新能源汽車相結合，構造出一種可以完全自主供電的新型新能源汽車，解決了汽車充電困難、續航里程短等問題。在未來幾年中，鋰電池的大幅度降價將使得此種汽車模型變為可能，實現汽車純電動化、零排放的時代將會來臨，此種綠色、環保的新能源發電系統也必然會得到大面積的應用。

參考文獻

[1] 張子皿，馮賓春.風光互補新能源發電系統的設計與實現[J].風能，2015（9）：60-64.

[2] 黃來，李勁柏，劉武林.風光互補新能源并網發電試驗系統的研制與應用[J].湖南電力，2011（4）：10-13.

[3] 胡國文，王銀杰，王林.基于DSP28335的風光互補發電系統的優化設計[J].電子設計工程，2012（20）：102-105.

[4] 齊發.獨立運行的風光互補發電系統的研究與設計[J].電子設計應用，2005（7）：121-123.