无线充电电动公交站台设计

孟佳 汪小杰 郝保帅 贾文强 曹琳 吴君华

摘要：在全球能源不断呈现紧缺状态，倡导积极使用清洁可替代能源的环境下，电动汽车便逐步成为是汽车行业进一步普及与发展的必然趋势。从电动公交车兴起的背景出发，提出了发展我国电动公交车、最大限度提高太阳能使用率的构想。本着节能的发展理念，设计出一款智能并且实用的无线充电电动公交车站台，并结合最新的太阳能的技术，最大限度地利用新能源。

关键词：无线充电；公交车站设计；太阳能

随着科学技术和社会的持续发展，汽车已经逐渐成为日常的生活中必不可少的交通工具之一。然而，汽车的普及也使得石油污染和环境污染愈渐严重。因而，人们的意见逐渐达成一致：认为完全符合“零污染”理念的电动汽车终将会是往后地面交通的一个最主要的发展趋势。公共汽车作为各大城市最主要的公共交通工具，在交通运输中起着非常重要的角色。据了解，南京2016年规划在未来的5年内将中心城区的公交出行率由现在的20.1%增加到28%以上。电动公交是现阶段社会发展的主流。

太阳能是一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁自然再生能源，其进一步的开发和利用，有利于在不影响自然界的生态平衡的前提下，减少大气的污染。而且，只要具备充足的阳光，我们就可以利用其能量创造价值。太阳能因其长久性、可再生性和无污染等优点而受到人们的青睐。此外，在现今的世界上，可以加以利用的常规能源正不断呈现减少的状态，而与此同时，世界上的再生人口却一直以较高的速度不断增长。再加上科学技术迅猛发展的势头，相信在不久的未来，现存的能源转换体系将不可避免地会产生巨大变革，焕然一新。此时，太阳能等一系列的新能源无疑将起到决定性的作用，会逐渐成为必不可少的动力源。所以，不断开发出新的方法去充分利用太阳能量，将会是我国乃至世界长久以来始终坚持的目标。

1.电动汽车充电技术

近年来电动汽车逐渐兴起，它在改善环境的同时，也给人类带来了一大难题，即如何给电动汽车补充能量。电动车充电时间长，如果用新电池替换旧电池，或者是利用充电桩等用电缆进行充电的方式，则不能够满足及时、方便地补充电力的需求。此外，关于新能源的汽车安全问题方面，最容易产生危险、问题的环节就是充电环节。在高电压、大电流和电池过充等充电环境下，会非常容易致使电池的热失控，最终引起燃烧。并且，雨天作业也存在很大的安全隐患。

所谓的无线充电，是指通过非物理接触的方式，最终来实现无线隔空传输电能。实现无线隔空传输电能最典型的一个方式是：通过电磁场或无线电波来传输能量。无线充电具有以下优势：可减小车载蓄电池尺寸并节约了充电等待时间；充电系统无裸露，可避免接触接触损耗、摩擦电火花以及高压触电等危险适用于各种恶劣环境，便于实现自动化。

2.无线充电电动公交站台设计

据调查发现，南京市的电动公交车在南京站，白马公园站，迈皋桥站，长途东站等大型公交终点站存在较长的候车时间，并且没有充电行为，存在闲置浪费。现设计一款太阳能无线充电电动公交车站台。

2.1设计思路

无线充电电动公交站台设计思路如图2.1所示。

第一步：将公交站台的顶棚用太阳能发电板替代，便于接收太阳光线从而充分利用太

阳能发电储存电能。由于顶棚面积较大，为太阳能发电板提供良好的布置空间，并且节省了

原有的搭载材料。

第二步：在公交站台的后方放置储电装置，便于日后检修和紧急充电。该电池既可以

接收太阳能发电板转换来的电能，又可以接收常规充电方式补充的电能，从而可以保证电池时刻处于可供电状态，进而保证能连续不断地为来往停靠的电动公交车补充能量。

第三步：在电动公交车停靠的地面下布置无线充电发射器，并与储电装置相连接。

第四步：在每台电动公交车底部布置接收线圈，并将线圈附在其底盘上，便于压缩距离从而提高充电效率，接收线圈是很薄的线圈，对电动公交车整体结构的影响可以忽略不计。

2.2基本结构

无线充电装置的基本结构如图2.2所示。其中，无线充电装置主要包括电磁感应、磁共振和微波式这三种。这三种非接触式充电装置的对比如图2.3所示。

由上述对比图可知，电磁感应式传输功率大、效率高，但传输距离短；电磁共振式传输距离较远、可实现一对多传能，但输出功率偏低；微波式传输距离远，能量较大，但效率较低，且存在微波辐射安全性问题。所以，最后选择的无线充电方式为电磁感应式。

太阳能的发电方式主要包括太阳能热发电和太阳能光伏发电两种。与以前的通过火力来发电的原理一样，太阳能热发电是通过汽轮机的运转来驱动发电机，最终将转动产生的机械能进一步转换为电能。太阳能的热量是利用聚光镜片聚集太阳光，使其集中在一起，产生高温。当把热水或其他的物质加入其中时，就会产生水蒸汽以驱动涡轮最终驱动发电机。太阳能光伏发电的工作原理是：利用太阳光或其他的光照射在半导体的PN 结上所产生的光生伏打效应，使得PN 结两边产生光生电压，将PN 结短路，最终产生电流。所以，太阳能光伏发电即通过光生伏打效应，将太阳光能直接转化为电能，存储在太阳电池中的发电技术。对着两种发电方式进行对比分析，结果如图2.4所示。综合考虑后，选择太阳能光伏发电的发电方式。

3.装置模型

3.1整体模型

无线充电电动公交站台整体模型如图3.1所示。

3.2内部元件

无线充电电动公交站台模型的各组成部分如图3.2到图3.6所示。

4.方案优势

该设计方案具有以下的优势：

（1）太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，在公交站台上设计太阳能发电技术可以尽最大程度的利用太阳能，从而减少源头发电对环境的污染。

（2）无线充电技术是一种新兴的充电技术，具有充电效率高、安全性能好等优点，并且结构简单、价格合理，逐渐被開发出来，尤其是在手机上的使用一度成为热点。

（3）太阳能无线充电电动公交车站台作为电动公交车的”能量加油站”，结合了

太阳能发电技术和无线充电技术，和原有的常规充电方式相结合，利用碎片时间为电动公交车充电，实现了太阳能和时间的充分利用。

5.结语

在当今世界节能减排的大背景下，我们设计的太阳能无线充电电动公交车站台，主要是利用电磁感应式的充电装置，以及光伏太阳能发电的方法。该设计方案具有重要的意义：一方面可以使得太阳能能得到更加充分的利用，让国家对不可再生能源的依赖得以降低；一方面太阳能是一种基本上可以达到零排放的标准清洁能源，相比将汽油作为燃料而言，它更适应减排这个主题；另一方面，尽管电动公交车的使用率越来越高，但是它的充电仍然是一大问题，而我们所设想的在公交站台利用无线充电的方式给停靠站的公交车充电，可以充分利用公交车停留时间，并且可以做到充不动手，方式便捷。太阳能无线充电电动公交车站台设计迎合了世界节能减排的主题，促进了电动公交车的发展，可以说必将成为未来汽车能源行列的一大趋势。

参考文献：

[1]孙冬琳.新能源汽车技术与应用发展浅析[J].城市公用事业，2009，23（4）：36-38.

[2]王琪，杨立权，韩东全.我国太阳能光伏发电发展现状及前景[J].农业与技术，2015，（35）23：168-170.

[3]王文伟，毕荣华.电动汽车技术基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]陈新，张桂香.电磁感应无线充电的联合仿真研究[J].电子测量与仪器学报，2014，28（04）：434-440.

[5]朱春波，姜金海，宋凯，张千帆.电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J].电力系统自动化，2017，（41）02，60-65+72.

作者简介：

[1]孟佳（1995-），江苏兴化人，本科生，主要研究方向：汽车运用技术

[2]吴君华（1974-），湖南邵阳人，博士后，教授，主要研究方向：发动机排放控制技术