互補(bǔ)式新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李帥

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的新型新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)，適用于各種如旅游觀光車、郵政運(yùn)輸車、城市垃圾車等輕型車輛。配備該系統(tǒng)的新能源汽車可以由車主控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電，解決了當(dāng)下新能源汽車?yán)m(xù)航里程較短與汽車充電設(shè)施建設(shè)緩慢充電樁比例不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，同時(shí)大大減輕了汽車對(duì)化石燃料的依賴，也很大程度上減緩了我國(guó)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化。在我國(guó)提倡清潔能源的背景下此種動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)新能源汽車的發(fā)展有著重要意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ) 新能源 自動(dòng)溫度測(cè)量系統(tǒng) 設(shè)計(jì)原理

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（c）-0031-03

溫室氣體的主要來(lái)源就是化石燃料燃燒時(shí)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(yīng)與交通。[1]全國(guó)汽車消耗的石油占到了世界石油消耗總量的80%，而我國(guó)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和汽車保有量的不斷增加使得環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重[2]。新能源汽車的出現(xiàn)也成為一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然而由于新能源汽車是近幾年才發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)所以面臨著造價(jià)高、充電樁數(shù)量與汽車數(shù)量不成比例、續(xù)航里程較短等問(wèn)題，使之無(wú)法全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品[3-4]。由于充電樁的建設(shè)成本高、利用率低、電池成本高，技術(shù)短板明顯而且產(chǎn)能不足，現(xiàn)階段新能源汽車的續(xù)航里程都不能突破300 km，這是直接導(dǎo)致消費(fèi)者無(wú)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(yīng)運(yùn)而生。

1 設(shè)計(jì)原理

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、整流器、逆變器和儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成，風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)在儲(chǔ)能和逆變器環(huán)節(jié)是通用的，控制系統(tǒng)依照日照強(qiáng)度，風(fēng)力大小和負(fù)載的變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)蓄電池的工作狀態(tài)，把多余的電能儲(chǔ)存，日照強(qiáng)度弱的時(shí)候釋放，當(dāng)發(fā)電量不能滿足用電器所需求時(shí)控制器直接將蓄電池的電能輸送到用電器，確保了整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)工作性同時(shí)也大大提高了汽車的續(xù)航里程能力。風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的工作原理為利用控制器將太陽(yáng)能電池方陣和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)化成為直流電，存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，通過(guò)輸電線路送達(dá)用戶負(fù)載處。一般來(lái)說(shuō)風(fēng)能與太陽(yáng)能在季節(jié)上有較大的互補(bǔ)性，即冬天風(fēng)大而陽(yáng)光弱，夏天風(fēng)小而陽(yáng)光強(qiáng)。（如圖1）

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)溫度測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)調(diào)理放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器和8051單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成，測(cè)量系統(tǒng)首先通過(guò)傳感器將被測(cè)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之對(duì)應(yīng)的電阻值，再通過(guò)測(cè)量電路將其轉(zhuǎn)換成電壓值，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)之后再送入單片機(jī)處理，單片機(jī)按照編排好的程序進(jìn)行處理，若數(shù)據(jù)超出提前設(shè)定好的閾值，單片機(jī)將對(duì)喇叭輸出高電平，使得喇叭發(fā)出信號(hào)，提醒車主打開(kāi)車窗進(jìn)行自主供電。該自動(dòng)溫度測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)完全依賴單片機(jī)中的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)時(shí)多任務(wù)處理、測(cè)量結(jié)果的非線性校正，以及標(biāo)度變換、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和軟件抗干擾等。（如圖2）

3 汽車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

溫度傳感器放置于新能源汽車的頂窗之下，當(dāng)日照強(qiáng)度足夠大時(shí)候，車頂持續(xù)吸收熱量，傳感器不斷接受物理信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，當(dāng)數(shù)字信號(hào)超過(guò)初始設(shè)置的閾值時(shí)，單片機(jī)給喇叭發(fā)出高電平使之發(fā)出信號(hào)，提醒車主開(kāi)始自主充電。光伏電池板所吸收熱能轉(zhuǎn)化為直流電流直接傳送到直流母線上進(jìn)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(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成為交流電為車燈等零部件供電。風(fēng)電機(jī)組則是安裝在汽車車門的兩側(cè)，在汽車還未行駛之前風(fēng)電機(jī)組是不可以發(fā)電的，而當(dāng)汽車高速行駛時(shí)風(fēng)向與汽車行駛方向相反，速度卻相同，當(dāng)達(dá)到風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)機(jī)組開(kāi)始工作，從而產(chǎn)生交流電流，電流通過(guò)整流器轉(zhuǎn)化成直流電流送入直流母線進(jìn)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(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成為交流電為車燈等零部件供電。（如圖3）

4 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展前景

新能源一般具有不利于系統(tǒng)平衡的缺點(diǎn)，比如：隨機(jī)性、波動(dòng)性，并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響，因此，消除新能源隨機(jī)性等問(wèn)題是新能源推廣應(yīng)用急需要解決的問(wèn)題。互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)是利用多種新能源的不同特性組成的一種新發(fā)電系統(tǒng)，可以大幅度提高系統(tǒng)的可靠性，減小新能源給電網(wǎng)帶來(lái)不利影響，提高新能源的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。充電樁建設(shè)的速度一直是制約新能源汽車發(fā)展的條件，消費(fèi)者不想去買新能源汽車的原因，因?yàn)槌潆娫O(shè)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(wàn)個(gè)充電樁。車樁比例大約9∶1，而標(biāo)準(zhǔn)的配置比例應(yīng)該的1∶1。與傳統(tǒng)新能源汽車最大的不同在于裝配該系統(tǒng)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(dòng)汽車行駛，使用戶的出行更加自由旅途更加長(zhǎng)遠(yuǎn)。汽車每天排出的尾氣嚴(yán)重污染大氣，危害人體健康，對(duì)氣候和人類的生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，然而裝配此發(fā)電系統(tǒng)的純電動(dòng)新能源汽車與老式純電動(dòng)新能源汽車相比，其電能均來(lái)源于太陽(yáng)和汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)能，不需要添加任何清潔燃料，在實(shí)現(xiàn)真正零排放的同時(shí)也不會(huì)對(duì)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(zhǎng)很大程度上還是靠著政府的影響，購(gòu)車補(bǔ)貼、免搖號(hào)、不限行，限購(gòu)之下的剛需被導(dǎo)流到新能源汽車。隨著補(bǔ)貼政策逐漸退位，以補(bǔ)貼為中心的非市場(chǎng)化產(chǎn)業(yè)活動(dòng)會(huì)逐漸減少，回歸市場(chǎng)理性。補(bǔ)貼過(guò)高帶來(lái)的問(wèn)題：一是企業(yè)研發(fā)不夠；二是行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩；三是產(chǎn)品粗制濫造。自主品牌車企在新能源車型研發(fā)上的投入普遍偏低，而且缺乏原創(chuàng)性等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。政府與其在車價(jià)上給予自主品牌車企高額補(bǔ)貼，不如轉(zhuǎn)變?yōu)樵谘邪l(fā)技術(shù)上支持，這樣更有利于自主品牌車企持續(xù)健康發(fā)展。電池價(jià)格較高是當(dāng)前市場(chǎng)大規(guī)模發(fā)展的最大阻礙，但是鋰電池的價(jià)格將在未來(lái)3年下降超過(guò)40%，也就是說(shuō)與此同時(shí)新能源汽車的造價(jià)也會(huì)隨著電池價(jià)格的降低而降低。在能源危機(jī)，公共環(huán)保訴求提升的大環(huán)境下，新能源汽車的未來(lái)無(wú)比燦爛，仍然寄希望于充電技術(shù)、電池容量密度兩者。

5 結(jié)語(yǔ)

多種可再生能源聯(lián)合發(fā)電是一種有效的可再生能源利用方式。目前我國(guó)對(duì)于多種可再生能源聯(lián)合互補(bǔ)發(fā)電的研究尚處于起步研究階段，為了響應(yīng)《中國(guó)制造2025》“節(jié)能與新能源汽車”作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，提出汽車低碳化、電動(dòng)化、智能化的發(fā)展目標(biāo)，此次設(shè)計(jì)將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)與新能源汽車相結(jié)合，構(gòu)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(xù)航里程短等問(wèn)題。在未來(lái)幾年中，鋰電池的大幅度降價(jià)將使得此種汽車模型變?yōu)榭赡埽瑢?shí)現(xiàn)汽車純電動(dòng)化、零排放的時(shí)代將會(huì)來(lái)臨，此種綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統(tǒng)也必然會(huì)得到大面積的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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