适用于高速公路的大功率风光互补智能充电桩设计研究

陈旭根 滕道祥 胡士迈 张雯 徐奉娣

摘要：为解决新能源汽车长途出行用电不足难题，将风能、光能互补转化为电能作能源输入，提出了依托高速公路的设计方案，并研究和完善风光互补智能充电桩设计。该设计在沿海等风能储备充足空间适宜的高速路段架设风力发电机，在高速服务区建设充电终端，终端拥有人机交互界面，后台远程数据监控等功能，提供更加智能、便捷的新能源汽车充电服务。

关键词：高速公路;新能源汽车;风光互补;智能化;充电桩

1研究背景

随着化石能源储量日渐减少，环境问题也不断地凸显，新能源汽车以其环保、节能的独特优势得到人们的认可，但是作为新型技术产业，存在一定的发展阻力，而如何提高新能源汽车的续航性能应属于最需攻克的难题了。在解决新能源汽车续航问题上，我国不断加快建设公共新能源汽车充电桩。用电能去取代化石能源，这真的是零排放吗，将燃烧化石能源的直接碳排放，改为电能生产的间接排放，这样的新能源汽车依旧不是“绿色”的。这时就需要一套更加绿色、环保的供能系统，去保证能源输入的清洁性。在东部沿海及西北部等地区，风能储备充足，而在城际间的大部分高速路段空间充足，具备架设风力发电设备的条件，汽车连续地高速行驶形成的空气流动，在一定程度上也为风电设备提供了动力输入。在城际间的高速路段建设新能源汽车充电设备，保证能源输入的情节性，同时也提高了新能源汽车的续航性能。

2设计方案

2.1供电系统

风能、光伏发电系统是整个设计重要组成部分，主要经过风力发电机、光伏发电板组发电通过充电装置稳压、限流后储存在高速服务去的蓄电站中。风力发电机和光伏发电板组的分布示意图如图1所示，高速公路两行车道之间绿化带中安置垂直轴风力发电机，其中安置密度需对高速周围空间、风能储备情况、车流量等进行数据分析来确定风力发电机的安装密度。根据行车的高度限制、风力大小来确定安装风机的高度及使用风机的规格、大小。行车道两侧可安置光伏发电板，根据植被的生长需要，选择光伏板发电板的规格及安装高度、密度。

2.2充电终端

高速公路的服务站点可安置新能源汽车充电桩，经配电室配送至每个充电桩位。充电终端由小型风力发电机、光伏发电板组、充电桩三部分构成，风力发电机、光伏发电板组为系统提供更多的电力输入。高速服务站点可根据场地需要，建制图2横向停车位充电终端和纵向停车位充电终端。充电终端以MCU為主控单元，包含充电口检测、网络通信及储存单元等基本电路，具有电压电流检测、充电枪口温度检测、紧急停用等功能，同时提供显控触摸人机交互界面，支持二维码快捷支付，使用者可以通过手机小程序查看充电状态，充电终端也会将充电数据反馈给服务后台，保证充电桩的安全使用。

3实现功能与展望

完整的充电系统包含供电系统和充电终端两大部分，其中需要风力发电机组、光伏发电机组、蓄配电室、中央监控室、充电区、维护室等六部分组成。根据充电使用电量及发电组的发电量的数据分析，配电室应具备给予充电终端220V市电配送的功能，以防止东南沿海等地区连续阴雨天气的出现，导致供电不足情况的发生。中央监控室实时监控发电机组的发电量以及地区的天气数据、充点终端运行情况，并完成管理情况的报表打印等。

随着硅材料光伏发电板技术的不断创新与发展，发电效率将逐步提高，发电量也会不断增多，四通八达的高速网路也将建立起新能源的发电网，分布式的风光电站将过多的电量并入国家电网。充电终端逐渐的普及，可在城镇中建起小型的公共充电站，再一次对新能源汽车的续航性能作再一次的提升，来适应市场的需求，刺激新能源汽车的新一轮发展。

4结语

节能是未来汽车发展的新方向，新能源汽车成为市场新的经济增长点。充电桩等基建设备的完善，势必会促进新能源汽车的新一轮发展。同时风、光发电从技术层面上有一定局限性，这势必会阻碍新能源汽车充电设备的发展，但也为该设计的生产开发明确了研究方向。随着新能源科技的不断发展，能源利用效率的逐步提高，新能源汽车的诸多问题终会被解决。

参考文献：

[1]党改慧.中国新能源汽车发展现状[J].汽车实用技术，2018（16）：7-8.

[2]王盛强，李婷婷.新能源光伏汽车充电站发展现状与分析[J].科技创新与应用，2016（02）：106-107.

[3]方建华.技术革新新能源汽车产业发展关键[N].中国工业报，2018-12-13（002）.

[4]张少波，张二兵.论垂直轴风力发电机在基站上的应用前景[J].信息通信，2018（09）：275-277.