基于風光互補的電動汽車充電系統設計

摘 ?要：隨著風光互補發電的的普及及電動汽車行業的迅速發展，探討利用風光互補發電技術為電動汽車充電，在介紹風光互補電動汽車供電電系統主體結構的基礎上，對風力發電機、光伏電池、蓄電池、電動汽車動力電池等各個組成部分進行選型，為后續智能充電系統的研究分析奠定基礎。

關鍵詞：風光互補;電動汽車;智能充電

汽車的廣泛使用方便了人們的出行，然而隨著石油能源的過度開采，汽車的傳統燃料面臨枯竭，而且排放的尾氣也造成空氣的嚴重污染。這使電動汽車成為人們關注的熱點，它氣體排放少，污染小，噪聲低，能效高。但電池的成本高，續航能力弱等缺點卻影響了它的大范圍使用。為更好的將風光互補充電技術與電動汽車相結合，在介紹風光互補電動汽車充電系統主體結構的基礎上，對各個組成部分進行選型，為后續的智能充電系統的研究分析奠定基礎。

1 風光互補電動汽車充電系統的結構

風光互補電動汽車供電系統的結構（如圖1）由風力發電機、太陽能電池板、AC/DC整流電路、降壓斬波電路、控制模塊、蓄電池和車載動力電池組成。在整個系統中，太陽能電池板和風力發電機產生電能;AC/DC和降壓DC/DC變換器主要實現電能變換;蓄電池不僅儲存電能，還能調節電能及平衡負載;負載部分為車載動力電池;控制模塊由PWM產生模塊和內部控制算法等構成，主要是對風力發電機、光伏電池的電流和電壓進行控制，不僅能保證蓄電池平穩、快速、高效的充電，避免出現過放、過充等情況，而且還能延長蓄電池的壽命。

2 風光互補電動汽車充電系統設計

（1）風力發電機的選型

風力發電機是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成，葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能，尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能，轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能，機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。按照風機轉軸的方向分水平軸和垂直軸兩種，本設計采用水平軸風力發電機。參數如表1所示。

在某個風速，風機的輸出功率是跟隨轉速變化的，總有一個最佳轉速，此時風機輸出最大功率。風力發電機的輸出功率為：

式中， 為風輪掃過面積風的功率; 為風能利用系數，它隨風速變化;A為風掃過葉片的垂直截面積;D為風輪直徑; 是空氣密度; 是風速大小。

（2）太陽能電池的選型

太陽能電池是將太陽光輻射能直接轉換為電能的器件，是一種非線性直流電源。輸出電壓在大部分電壓范圍內穩定，電壓超過一定值，電流迅速降為零，在一定的電池溫度和光照強度下，必然存在最大功率點，日照強度對太陽能電池的影響較大，選用合適的控制策略來捕捉太陽能電池的最大功率點以提高輸出功率。太陽能電池選型如表2所示。

風力發電機輸出電壓經三相整流后，輸出電壓平均值為561.6V～588V，要與光伏電池輸出端并聯，必須要和輸出電壓相匹配，選用16塊光伏電池單體串聯的方式，輸出電壓達到：16*36V=576V，為提供足夠大的功率，選取16串聯8并聯的結構，使最大功率達到33.28KW。

（3）蓄電池的選型

所用蓄電池為鉛酸蓄電池，主要參數如表3。

（4）電動汽車動力電池的選型

電動汽車動力電池常見的有鉛酸電池、鎳鉻電池和鋰電池等類型，具體參數如表4。

目前對鋰離子電池的研究較為成熟，并且能量高，續航能力強，因此絕大多數電動汽車采用鋰離子電池作為動力電池。

與其它電池相比，鋰電池的優點如下：

提升電量，增加汽車續航里程;提升充電倍率，縮短充電時間;低溫性能好，在低溫環境下電動汽車能正常駕駛，簡化設計并能降低成本;電芯組合封裝，便于管理，制造過程自動化程度高。

鋰電池單體電壓為3.6V，需要上千個電池單體串并聯形成電池組為汽車提供動力。

（5）車載動力電池的充電控制策略

車載動力電池目前主要以鋰電池組的形式出現，目前鋰電池的充電策略主要有：（1）階段充電法：恒流恒壓充電法應用較廣泛，它又分為二階段式和三階段式。（2）脈沖充電：周期性的脈沖對電池進行充電。（3）間歇充電（4）智能充電：即將智能控制技術應用到電池的智能控制技術中。它能通過智能整定參數使充電曲線進一步趨近最佳充電曲線。但由于智能控制技術較難實現，更多的研究將粒子群算法和模糊控制技術應用到電池充電控制技術中去，以提高充電過程中的各項指標。

3 結論

本文將風光互補充電技術與電動汽車相結合，在介紹風光互補電動汽車供電系統主體結構的基礎上，對風力發電機、太陽能電池、蓄電池、電動汽車動力電池等各個組成部分進行選型，為后續智能充電系統的研究奠定基礎。

參考文獻

[1] ?林玉婷.新能源電動汽車充電技術的研究[D].成都：西華大學，2019.

[2] ?王升鴻，丁成功. 一種風光互補型電動汽車充電樁[J]，電子質量，2019年第05期：30-34.

[3] ?葛笑寒.基于風光互補發電系統的充電樁設計與仿真[J].湖南職業技術學院學報，2019年第2：66-69.

[4] ?申曜榮.電動汽車智能充電系統的分析與設計[D].長沙：湖南大學，2017.

基金項目：滁州職業技術學院科研重點項目（YJZ-2018-20）：基于風光互補的電動汽車智能充電系統設計;滁州職業技術學院骨干教師（YG2019005）：優秀骨干教師—變流技術。

作者簡介：孫素軍（1979-02），女，河南省汝州人，碩士，滁州職業技術學院電氣工程學院講師，研究方向：電氣自動化及新能源。