適用于高速公路的大功率風光互補智能充電樁設計研究

陳旭根 滕道祥 胡士邁 張雯 徐奉娣

摘要：為解決新能源汽車長途出行用電不足難題，將風能、光能互補轉化為電能作能源輸入，提出了依托高速公路的設計方案，并研究和完善風光互補智能充電樁設計。該設計在沿海等風能儲備充足空間適宜的高速路段架設風力發電機，在高速服務區建設充電終端，終端擁有人機交互界面，后臺遠程數據監控等功能，提供更加智能、便捷的新能源汽車充電服務。

關鍵詞：高速公路;新能源汽車;風光互補;智能化;充電樁

1研究背景

隨著化石能源儲量日漸減少，環境問題也不斷地凸顯，新能源汽車以其環保、節能的獨特優勢得到人們的認可，但是作為新型技術產業，存在一定的發展阻力，而如何提高新能源汽車的續航性能應屬于最需攻克的難題了。在解決新能源汽車續航問題上，我國不斷加快建設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，改為電能生產的間接排放，這樣的新能源汽車依舊不是“綠色”的。這時就需要一套更加綠色、環保的供能系統，去保證能源輸入的清潔性。在東部沿海及西北部等地區，風能儲備充足，而在城際間的大部分高速路段空間充足，具備架設風力發電設備的條件，汽車連續地高速行駛形成的空氣流動，在一定程度上也為風電設備提供了動力輸入。在城際間的高速路段建設新能源汽車充電設備，保證能源輸入的情節性，同時也提高了新能源汽車的續航性能。

2設計方案

2.1供電系統

風能、光伏發電系統是整個設計重要組成部分，主要經過風力發電機、光伏發電板組發電通過充電裝置穩壓、限流后儲存在高速服務去的蓄電站中。風力發電機和光伏發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力發電機，其中安置密度需對高速周圍空間、風能儲備情況、車流量等進行數據分析來確定風力發電機的安裝密度。根據行車的高度限制、風力大小來確定安裝風機的高度及使用風機的規格、大小。行車道兩側可安置光伏發電板，根據植被的生長需要，選擇光伏板發電板的規格及安裝高度、密度。

2.2充電終端

高速公路的服務站點可安置新能源汽車充電樁，經配電室配送至每個充電樁位。充電終端由小型風力發電機、光伏發電板組、充電樁三部分構成，風力發電機、光伏發電板組為系統提供更多的電力輸入。高速服務站點可根據場地需要，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、網絡通信及儲存單元等基本電路，具有電壓電流檢測、充電槍口溫度檢測、緊急停用等功能，同時提供顯控觸摸人機交互界面，支持二維碼快捷支付，使用者可以通過手機小程序查看充電狀態，充電終端也會將充電數據反饋給服務后臺，保證充電樁的安全使用。

3實現功能與展望

完整的充電系統包含供電系統和充電終端兩大部分，其中需要風力發電機組、光伏發電機組、蓄配電室、中央監控室、充電區、維護室等六部分組成。根據充電使用電量及發電組的發電量的數據分析，配電室應具備給予充電終端220V市電配送的功能，以防止東南沿海等地區連續陰雨天氣的出現，導致供電不足情況的發生。中央監控室實時監控發電機組的發電量以及地區的天氣數據、充點終端運行情況，并完成管理情況的報表打印等。

隨著硅材料光伏發電板技術的不斷創新與發展，發電效率將逐步提高，發電量也會不斷增多，四通八達的高速網路也將建立起新能源的發電網，分布式的風光電站將過多的電量并入國家電網。充電終端逐漸的普及，可在城鎮中建起小型的公共充電站，再一次對新能源汽車的續航性能作再一次的提升，來適應市場的需求，刺激新能源汽車的新一輪發展。

4結語

節能是未來汽車發展的新方向，新能源汽車成為市場新的經濟增長點。充電樁等基建設備的完善，勢必會促進新能源汽車的新一輪發展。同時風、光發電從技術層面上有一定局限性，這勢必會阻礙新能源汽車充電設備的發展，但也為該設計的生產開發明確了研究方向。隨著新能源科技的不斷發展，能源利用效率的逐步提高，新能源汽車的諸多問題終會被解決。

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