基于可再生能源的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)

生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，節(jié)約能源，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已被我國(guó)提上日程，電動(dòng)汽車(chē)作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，得到了大力發(fā)展，然而與其緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)充電設(shè)施成為影響電動(dòng)汽車(chē)推廣和發(fā)展的重要因素。本論文通過(guò)對(duì)可再生能源充電設(shè)施的深入探索研究和優(yōu)化，改進(jìn)可再生能源和電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的配置方案，使用先進(jìn)的控制和保護(hù)方法，有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和充電效率。

汽車(chē)工業(yè)中，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的尾氣排放是最主要的污染源之一，發(fā)展低碳交通運(yùn)輸業(yè)被越來(lái)越多的學(xué)者所關(guān)注。近年來(lái)，國(guó)家已大力發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)和插電式電動(dòng)汽車(chē)，兩個(gè)“五年計(jì)劃”的科技攻關(guān)以及北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、深圳大運(yùn)會(huì)、“十城千輛”計(jì)劃中25個(gè)示范城市建立示范工程的實(shí)施，政府采購(gòu)電動(dòng)汽車(chē)和消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)提供補(bǔ)貼，其他優(yōu)惠政策如“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程”等，大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在我們國(guó)家的“十二五”規(guī)劃中，提出了“樹(shù)立綠色、低碳發(fā)展理念”，把電動(dòng)汽車(chē)列入我國(guó)“七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。同時(shí)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》也指出，2020年插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)和銷(xiāo)售達(dá)200萬(wàn)輛，累計(jì)產(chǎn)銷(xiāo)量要超過(guò)500萬(wàn)輛。我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)這一新興行業(yè)被確立為世界上很多國(guó)家普遍提高汽車(chē)行業(yè)和低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。

可再生能源與電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施集成可行性分析

太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，與分散式充電樁、常規(guī)充電站等電動(dòng)汽車(chē)充放電基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)微電網(wǎng)的形式，形成完整的系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)中加入蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、控制、保護(hù)等電氣設(shè)備，就可以滿足電動(dòng)汽車(chē)充電，電動(dòng)汽車(chē)就地消納一部分可再生能源，同時(shí)可再生能源還具有電能調(diào)節(jié)特性。

目前，有可能被大規(guī)模開(kāi)發(fā)應(yīng)用于發(fā)電的可再生能源，包括太陽(yáng)能（光熱、光電）、風(fēng)能和生物質(zhì)能等?？紤]到這些能源的自然特性、開(kāi)發(fā)的成本、能量密度和發(fā)電效率高低、以及開(kāi)發(fā)利用技術(shù)水平等許多因素的制約，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)能和太陽(yáng)能就地利用于電動(dòng)汽車(chē)充電，還是具有非常明顯的可行性。

首先，風(fēng)能的適用性。地球表面風(fēng)能的蘊(yùn)藏量十分豐富，而且風(fēng)能還具有無(wú)污染、可再生、安全可靠的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，如果把其并網(wǎng)運(yùn)行，可能會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。還有另外一個(gè)現(xiàn)象，在西北某些地區(qū)，由于風(fēng)資源過(guò)量，也導(dǎo)致了電網(wǎng)無(wú)法完全消納，所以棄風(fēng)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，此時(shí)如果通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)充電的可調(diào)節(jié)特性，適時(shí)的消納一部分原本被棄用的風(fēng)能，可以顯著提高風(fēng)電的利用小時(shí)數(shù)。

其次，太陽(yáng)能的適用性。在地球表面太陽(yáng)能隨處可得，具有無(wú)噪聲、無(wú)污染、是一種環(huán)境友好型的綠色能源。但是由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電受到季節(jié)、氣候、灰塵等多種環(huán)境條件因素影響，在對(duì)其進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)大、效率偏低等各種現(xiàn)象。但是光伏發(fā)電也具有很多優(yōu)點(diǎn)，如光伏組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、易于運(yùn)輸和安裝，并且建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的周期很短，同時(shí)還可以根據(jù)用電負(fù)荷靈活的進(jìn)行容量組合，在使用的過(guò)程中，不會(huì)給使用地區(qū)帶來(lái)額外輸配電壓力，在變配電站中配一部分儲(chǔ)能電池就可有效的緩解輸出功率存在間歇性波動(dòng)的問(wèn)題。

圖1　

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的種類(lèi)與特點(diǎn)

現(xiàn)有充電基礎(chǔ)設(shè)施，總結(jié)如下：（1）分散式交流充電樁。分散式一般都采用小電流慢速充電模式，需要五到八個(gè)小時(shí)，把動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)從零充到100%，這種充電設(shè)施經(jīng)常被使用在居民區(qū)、單位內(nèi)部或者公共場(chǎng)所的停車(chē)位，具體分布和數(shù)量都沒(méi)有普遍的規(guī)律性。

（2）常規(guī)充電站。這種充電站一般采取快速充電模式，充電時(shí)間在幾十分鐘到幾小時(shí)之間，充電電流在一百五十安培到四百安培左右。這些充電設(shè)施地理位置明確，具有專(zhuān)屬的充電場(chǎng)地。

（3）大型充電站。這種充電站不但可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)充電站的功能，還可以對(duì)電池包充電，實(shí)現(xiàn)電池的快速更換服務(wù)和配送服務(wù)。最明顯的特點(diǎn)就是向電網(wǎng)回饋電能，參與負(fù)荷峰谷調(diào)節(jié)。

本論文探索的新型太陽(yáng)能充電站建設(shè)方案

（1）地理位置選擇。可以將太陽(yáng)能電池板加裝在加油站的頂棚上，或者安裝在停車(chē)場(chǎng)的頂棚上，甚至可以建在臨時(shí)停車(chē)的路邊，這樣不僅可以節(jié)約用地，還能節(jié)省充電站的建設(shè)造價(jià)成本。

（2）可再生能源綜合系統(tǒng)。在智能系統(tǒng)控制下，太陽(yáng)能發(fā)出的電優(yōu)先給電動(dòng)汽車(chē)充電，富余的可以存儲(chǔ)在蓄電池中。在陽(yáng)光充足時(shí)，蓄電池充滿后，還有剩余電能可以通過(guò)光伏逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)?0HZ的交流電并入電網(wǎng)。

（3）配套設(shè)施建設(shè)。由于電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間相對(duì)于加油站，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，可以配套建休息室，設(shè)置茶水、娛樂(lè)、游戲等服務(wù)項(xiàng)目，同時(shí)使用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)照明、空調(diào)制冷等，也不會(huì)額外增加成本，也不會(huì)浪費(fèi)傳統(tǒng)能源造成環(huán)境污染，見(jiàn)圖1所示。

（4）智能功能充電設(shè)施。充電站的功能要像電動(dòng)汽車(chē)的智能終端一樣，可以滿足智能充電行為。使用者可以在充電設(shè)施上辦理或者購(gòu)買(mǎi)充電卡業(yè)務(wù)。

充電設(shè)施的智能創(chuàng)新功能

（1）車(chē)型識(shí)別功能。鎖定汽車(chē)車(chē)型和品牌，可以在汽車(chē)進(jìn)入充電軌道之后，充電設(shè)施智能分辨出汽車(chē)的充電口和地面的距離，通過(guò)紅外感應(yīng)，電源接口自動(dòng)與汽車(chē)充電接口進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)正常充電。

（2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)充電

智能化充電是充電站設(shè)置固定的行車(chē)軌道，同時(shí)固定充電位置。可以根據(jù)需求選擇快充或者慢充兩種方式，最后消費(fèi)者刷卡，充電設(shè)施提示開(kāi)始充電，同時(shí)可以選擇充電時(shí)間。

（3）聯(lián)網(wǎng)充電?？梢园殉潆娍ê褪謾C(jī)綁定，在需要充電時(shí)，只需用手機(jī)掃一下，即可識(shí)別，大大拉近我們和智能生活的距離。

結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能風(fēng)能等利用，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電，建設(shè)太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)充電站，有效解決環(huán)境污染難題。本論文在利用可再生能源為電動(dòng)汽車(chē)充電的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析探究設(shè)計(jì)，把人性化、智能化融入到充電站的設(shè)計(jì)中，使充電站更便捷地出現(xiàn)在人們的生活中。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.005