新能源汽車一體充能站框架及能量優化調度方法

尹泉

摘要：隨著我國經濟實力的不斷發展，節能環保作為我國重要發展戰略廣泛的應用于汽車行業中，尤其是現階段發展較為迅速的新能源汽車。新能源汽車能夠有效改變環境污染情況，還能提供快速的充電服務，有效解決我國資源短缺問題。本文主要闡述新能源汽車充能站的定義與框架，并深入分析新能源汽車充能站的充能策略，結合實際新能源汽車充能站實例，建立完善的新能源汽車一體充能站框架和能量優化調度方法，從而促進新能源汽車行業的可持續發展。

關鍵詞：新能源汽車;一體化充能站;框架;能量優化調度

0 ?引言

隨著人們生活質量的不斷提高，汽車擁有量在逐年提升，而汽車在運行過程中會消耗大量的能源，并可能造成環境污染問題。針對此，新能源汽車能夠有效解決環境污染問題且能夠緩解我國汽車業對石油能源的依賴性。新能源汽車主要有電動汽車、燃料電池汽車等種類，但是在實際應用中，其需要建立充能站才能滿足日常充電需求。現階段對于新能源汽車一體充電站需要進行能源優化，能夠有效提高充電效率，降低能源損耗量，使其滿足我國節能環保發展標準，促進新能源汽車長久發展。

1 ?新能源汽車充能站的定義與框架

通過分析現階段新能源汽車充電情況，本文提出一種新型的新能源汽車一體充能站框架，為新能源汽車提供動力和氫能的位置。隨著我國電制氫裝置的不斷創新，充能站能夠結合該裝置來實現配電網、可再生能源、充電裝置控制等功能，并且在負荷側解決傳統汽車的能源配置問題，以此來達到高效利用的目的。新能源汽車充能站主要由風力發電系統、光伏發電系統、儲能系統、DC/DC模塊、AC/DC模塊、電動汽車快充裝置、制氫、儲氫、充氫系統構成。風力發電和光伏發電系統主要是通過轉換模塊將可再生資源轉換為電能，實現供電需求。新能源汽車充能站周邊需要配置完善的交流配電網，為充能站框架的建立供能基礎。儲能系統主要是由大量的蓄電池和直流母線構成，其能夠將發電系統中產生的大量電能，通過直流母線存儲到蓄電池中，在使用時，能夠通過DC/DC模塊提高供電電壓，以此達到快速充電的目的。電動汽車快充裝置的主要作用是縮短新能源汽車充電時間，提高供電效率。制氫儲氫充氫系統主要由制氫裝置、儲氫裝置和充氫裝置構成，在這其中，制氫裝置是利用電解槽裝置，在兩側施加一定程度的直流電，將水電解為氧氣和氫氣，具有較高的效率和質量。現階段制氫方式主要采用堿式和質子交換膜電解槽，通過分析實際應用情況，可知這兩種制氫方式都能很好地適配低電壓、大電壓和高密度等環境下運行狀態，并且效果良好。儲氫裝置主要有高壓氣態儲存、液氫儲存和金屬化合物儲存。

本文所設置的新能源汽車一體充電站采用堿式電解槽制氫和高壓氣態儲存罐儲氫裝置。新能源汽車一體充電站在運行過程中，首先要利用光伏發電板吸收外界太陽能，然后經過轉換模塊將其站換為電能，風能設備主要是吸收外界風能，然后將其轉換為電能;然后所產生的部分電能通過母線接入電解槽，其余大多數的電能作為重要的供電電能，通過電解槽后，其能夠產生大量的氫氣，為新能源汽車提供充電所需的氫氣。在電能和氫氣能源供給充足時，其能夠自動將剩余的能源通入到蓄電池和儲氫裝置中。如果在新能源汽車充電過程中，發現光能和風能供給不足時，其能夠自動調動蓄電池狀態，使其作為主要供電裝置，滿足新能源汽車充電需求。如果充電站內部電能難以支撐大量的充電需求時，還能通過交流配電網購買所需要的電能，并通過DC/DC模塊和AC/DC模塊轉換到供電裝置中，滿足新能源汽車充電需求，提高新能源汽車充電效率和質量，滿足能量優化調度需求。[1]

2 ?新能源汽車充能站的充能策略

2.1 電動汽車的充電策略

新能源汽車充能站的主要裝置為快充裝置，其所需要的能源主要來自風力發電、光伏發電、交流配電網與儲能蓄電池所提供的電能;在新能源汽車充電時，其能根據調度系統檢測到數據信息，設置合理的充電時間短，為新能源汽車充滿電。如果在新能源汽車充電過程中，充能站的供電功率保持穩定，并且其符合新能源汽車的充電功率;假設新能源汽車在充電時產生的電能損耗全部來自于轉換模塊，其他充電模塊沒有電損耗。[2]

2.2 氫燃料汽車的充氫策略

制定一個時間周期，將某段時間內，新能源汽車電能和氫燃料所需要的數量作為一個檢測標準值，并制定合理的制氫方案，并規定在單位時間范圍內，電解槽的產氫效率保持不變;制氫裝置所生產的氫氣要全部存儲到儲氣罐中，在進行充氫過程中，要保證內部氫氣總量大于該時間范圍內所需要的氫氣總需求量;電解槽所需要的電能主要由發電裝置、交流配電網與儲能蓄電池提供，標記每個時刻制氫功率，以此來得到最優時間段。[3]

2.3 購電策略

為了建立完善的新能源汽車一體充能站框架和能量優化調整，必須要重視充能站的供電運營商，其作為重要的能源供給環節，能夠直接影響新能源汽車充電效率。因此要制定合理的購電策略。在實際新能源汽車一體充能站運行過程中，應當爭取將自身所產的電能作為主要的供電，并不再繳納電費，只有在交流配電網購電時，才需要繳費。[4]

2.4 儲能模塊的運行策略

新能源汽車一體充能站中的儲能系統主要是根據自身的荷電狀態進行實時的調整充放電方式。如果在實際運行過程中，風光供能需求超過預設值后，其能夠與后期的制氫、儲氫和充氫系統相結合，降低能源損耗，提高新能源汽車的充電效率;如果風光供能需求不能滿足該階段的供電需求，需要與交流配電網共同合作，才能完成供電操作。新能源汽車一體充能站還需要進行能量優化調整，根據實際情況，選擇合理的儲能電池。在供電過程中，充放電效率要根據供電需求進行實時變化，而這種功率變化情況，會降低蓄電池的儲能狀態，因此要降低蓄電池組循環電量的次數來延長蓄電池的使用壽命。[5]

3 ?新能源汽車一體充能站能量優化調度算例分析

3.1 常規充能方案結果分析

傳統電動汽車的充能方案指的是電動汽車需要充電時，會停靠到充電點，然后采用既停既充的方式，使得內部的電池達到滿電的狀態，然后在離開;在這過程中，電解槽的工作功率保持在穩定的狀態，并且會根據電動汽車充電需求而合理分配電解公路。在常規充能方案中，蓄電池的工作狀態要通過分析電動汽車的狀態進行得到，然后當風電供電不充足的情況下，蓄電池組進行放電操作，如果還不能滿足電動起車的充電需求，則需要通過交配網絡進行購電;當風光供電大于充電需求時，能夠為蓄電池組進行充電，如果蓄電池飽和后，多余的電量將會浪費造能源損耗問題。通過分析電解槽在常規充電方式下，工作一天不同時間段的運行狀態可知，在凌晨和傍晚時，蓄電池組需要進行放電操作，并且還有可能進行購電，而其他時間蓄電池組進行充電，會出現風光供電過剩，造成電能損耗。[6]

3.2 能量優化調度方案結果分析

新能源汽車一體充能站能量優化調度方案主要指的是在新能源汽車到達充電位置后，供電系統能夠根據前期制定的供電規則選擇合理的供電方案;即在新能源汽車充電過程中，其能夠制定合理的充電起始時間和充電電量，以此實現電能資源最大利用化;對于電解槽的工作狀態，其能夠根據實際情況制定靈活的工作模式，當風光發電充足的情況下，電解槽功率可進行適當的調整，并結合蓄電池的工作狀態，合理分配電能資源;在風光發電不足情況下，其能夠暫停電解槽工作，以此來提高電解槽工作效率。為了滿足電解槽功率平衡，需要對其進行放電操作，并結合循環電量次數的條件，要制定完善的放電深度，在放電深度達到規定標準后，蓄電池組停止放電;當新能源汽車一體充能站運行過程中，其能夠有效分配用電電量和充電起始時間，并適當的調節充電樁的充電功率，以此來降低充電成本;為了降低出現電能損耗概率，并降低購電次數，應當將電解槽的工作時間安排到出現易出現電能損耗的時間段，從而提高新能源汽車一體充能站能量優化調度應用效果。[7]

3.3 能量優化調度方案與常規調度方案比較

通過本文對常規調度方案和能量優化調度方案的詳細分析，可知，在制定新能源汽車一體充能站框架時，需要選擇常規調度方案中循環電量的最優解，并對比充電站規模，來選擇合理的電解槽規模;為了得到循環電量的最優解，還需要結合常規充能方案中的運行成本。通過選擇能量調度方案中與常規充能方案中循環電量相接近的最優解，能夠得到其充能成本大約降低42.2%;選擇與常規充能方案中充能成本相接近的最優解，應用能量調度優化方案后，循環電量大約降低85.3%，通過對比能量優化調度方案與常規調度方案實際應用效果，可知能量優化調度方案具有較高的可應用性，因此可以廣泛的應用到新能源汽車一體充能站框架，從而促進新能源汽車供電行業的可持續發展。[8]

4 ?結論

綜上所述，新能源汽車需要建立一體充能站并對其進行能量優化調整，對于含氫新能源汽車，將其運行過程中，所出現的制氫難題轉換為耗電問題，能夠有效實現電能優化調度處理。通過科學化的分配新能源汽車不同充電時段的充電效率和充能量，制定合理的供電計劃，以此來降低新能源汽車一體充能站的循環電量次數，延長蓄電池使用壽命，在新能源汽車一體充能站中實施能量優化調度，能夠提高充電效率和質量，為后期新能源汽車一體充能站框架的建立提供參考依據，從而促進新能源汽車行業的可持續發展。

參考文獻：

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