基于一種以新能源為主要能量的戶外手機充電樁裝置的探究

康浩　王榮

【摘? 要】針對現有手機類充電樁產品在使用時存在一定的弊端，首先現有的手機充電樁使用的是市電，不能使用自然能（光能、風能），其次現有的手機充電樁不能調節太陽能板的朝向，且位置固定無法移動。最后是裝置成本較高，性價比較低。

【關鍵詞】手機充電樁、新能源、共享、設計

Abstract：in view of the shortcomings of the existing mobile phone charging pile products，first of all，the existing mobile phone charging pile uses electricity，can not use natural energy（light energy，wind energy），secondly，the existing mobile phone charging pile can not adjust the orientation of solar panels，and the position fixed can not move. Finally，the cost of the device is high and the cost-performance ratio is low.

Key words：mobile charging pile，new energy，sharing，design

1、共享自然能手機充電樁的外形結構設計

1、風力發電機;2、第一固定套環;3、第二固定環;4、充電接口;5、電子鎖;6、箱門;7、配電箱;8、第一支架;9、連接板;10、重塊;11、支腿;12、第三固定環;13、第二支架;14、太陽能光伏板;15、連接桿;16、第一法蘭;17、第二法蘭;18、合頁;19、控制器;20、蓄電池;21、光能發電組;22、鎖桿;23、螺母;24、膨脹螺絲。

2、共享自然能手機充電樁系統設計

本共享自然能手機充電樁電氣系統，供電電壓分為12V和220V，負載平均用電量為 8Ah，峰值日照小時數按照“新疆地區的年輻射量在5852-6680MJ/m2以上” 進行估算，標準光照下平均日照取時間去 4h。所設計系統結構如圖 2 所示，主要由50W太陽能電池板、100W風力發電機、12伏風能和光能控制器、鉛蓄電池、12伏轉220伏逆變器、QC3.0手機多接口充電器等組成。

工作原理：白天在太陽光的照射下和風的吹動，太陽能電池板和風力發電機產生的直流電通過控制器進入鉛蓄電池進行存儲，當有人需要對手機進行充電時，蓄電池輸出 12V 直流電通過逆變器輸出220V 交流電，為QC3.0手機多接口充電器供電，進而實現對手機進行快速充電，220伏掃碼充電用于適配手機原裝充電器，掃碼功能的使用增強裝置安全性。

2.1太陽能電池板選擇

P=（P0*t*Q）/（η1*T）（1）太陽能光伏板產生能量可參考公式 1 計算

P—光伏組件（陣列）的峰值功率

P0—負載的功率;

t—負載每日的用電時間，USB充電電壓為 5.2V，所以用電量P0*t

η1—為系統的效率，包括組件失配效率、風光控制器效率、鉛蓄電池工作效率、逆變器工作效率及導線能量傳輸效率等，一般可取 0.7

T—新疆當地的日平均峰值日照時數，單位 h;

Q—連續陰雨期富余系數一般為 1.2 ～ 2。

根據此地區測得平均數據，所以選擇功率為P=（P0*t*Q）/（η1*T）= 58.6W實際選用品牌XHGD-50W 型光伏組件 1塊，其主要參數如表 1 所示。

2.2風力發電機的選擇

根據設計要求，統計新疆地區風速等環境數據，選擇型號JLS-100功率為100W電壓12伏

2.3蓄電池容量的選擇

C=（P0*t*D）/（U*K*n2）（2）蓄電池的容量可按公式 2 計算式中

C—鉛蓄電池的容量，單位 A·h;

P0—負載的功率，t—負載每天的用電小時數，由于充電電壓分別為 5.2和220伏，U—系統的工作電壓（或蓄電池組的額定電壓），單位 V;K—蓄電池的放電系數或蓄電池儲存電量的利用率，此值應考慮蓄電池效率、放電深度、環境溫度等影響因素而定，一般取值為0.4 ～ 0.7，此處取 0.5。根據實驗多次測得平均數據，蓄電池容量C=（P0*t*D）/（U*K*n2）=22.8選擇容量12V 24Ah 型號為NPG24-12太陽能膠體蓄電池。

2.4 光伏控制器的選擇

光伏控制器的主要作用是使鉛蓄電池性能穩定、安全可靠、高效工作，防止出現太陽能光伏板超過鉛蓄電池充電峰值，造成電池過充、過放壽命降低現象，主要對輸入電壓、輸入電流、負載電流等主要因素進行控制。本項目要求24小時工作，選用帶有 USB充電孔，為5v感應光照系統，提供電能。

2.5逆變器的選擇

將12v蓄電池轉化為qc3.0手機多孔充電器和掃碼插座220V交流電。根據計算得出最低功率為380W，所以選取功率為500W逆變器。

2.6手機充電線及電源導線選擇

根據市場上目前手機數據線的幾種類型，選用三合一的數據傳輸線，具有iPhone接頭、android接頭和 type-c接頭。

電源導線采用BVR單芯多股線1.5/1.0平方線

3裝置實物圖

4結束語

本文介紹了一種共享自然能手機充電樁的外觀設計、電氣系統設計和軟件編程并安裝測試完成，經過戶外多次實物測試，結果表明，該共享自然能手機充電樁可實現全天候為手機快速供電、蓄電池過充過放保護、漏電報警等功能，已達到設計要求。

參考文獻：

[1]詹新生，張江偉 . 光伏發電系統的設計、施工與運維? [M].北京：機械工業出社，2017.

作者簡介：

康浩（1998--），男，漢族，籍貫黑龍江齊齊哈爾，本科，土木工程專業。

指導教師：王榮（1983--），女，漢族，碩士，土木工程專業，研究方向：結構耐久性。