基于一種以新能源為主要能量的戶外手機(jī)充電樁裝置的探究

康浩　王榮

【摘? 要】針對現(xiàn)有手機(jī)類充電樁產(chǎn)品在使用時(shí)存在一定的弊端，首先現(xiàn)有的手機(jī)充電樁使用的是市電，不能使用自然能（光能、風(fēng)能），其次現(xiàn)有的手機(jī)充電樁不能調(diào)節(jié)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(jià)比較低。

【關(guān)鍵詞】手機(jī)充電樁、新能源、共享、設(shè)計(jì)

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(jī)充電樁的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī);2、第一固定套環(huán);3、第二固定環(huán);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(huán);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(fā)電組;22、鎖桿;23、螺母;24、膨脹螺絲。

2、共享自然能手機(jī)充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本共享自然能手機(jī)充電樁電氣系統(tǒng)，供電電壓分為12V和220V，負(fù)載平均用電量為 8Ah，峰值日照小時(shí)數(shù)按照“新疆地區(qū)的年輻射量在5852-6680MJ/m2以上” 進(jìn)行估算，標(biāo)準(zhǔn)光照下平均日照取時(shí)間去 4h。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，主要由50W太陽能電池板、100W風(fēng)力發(fā)電機(jī)、12伏風(fēng)能和光能控制器、鉛蓄電池、12伏轉(zhuǎn)220伏逆變器、QC3.0手機(jī)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(fēng)的吹動，太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電通過控制器進(jìn)入鉛蓄電池進(jìn)行存儲，當(dāng)有人需要對手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，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(jī)多接口充電器供電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對手機(jī)進(jìn)行快速充電，220伏掃碼充電用于適配手機(jī)原裝充電器，掃碼功能的使用增強(qiáng)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(chǎn)生能量可參考公式 1 計(jì)算

P—光伏組件（陣列）的峰值功率

P0—負(fù)載的功率;

t—負(fù)載每日的用電時(shí)間，USB充電電壓為 5.2V，所以用電量P0*t

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

T—新疆當(dāng)?shù)氐娜掌骄逯等照諘r(shí)數(shù)，單位 h;

Q—連續(xù)陰雨期富余系數(shù)一般為 1.2 ～ 2。

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

2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，統(tǒng)計(jì)新疆地區(qū)風(fēng)速等環(huán)境數(shù)據(jù)，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(jì)算式中

C—鉛蓄電池的容量，單位 A·h;

P0—負(fù)載的功率，t—負(fù)載每天的用電小時(shí)數(shù)，由于充電電壓分別為 5.2和220伏，U—系統(tǒng)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(shù)或蓄電池儲存電量的利用率，此值應(yīng)考慮蓄電池效率、放電深度、環(huán)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(jù)實(shí)驗(yàn)多次測得平均數(shù)據(jù)，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(wěn)定、安全可靠、高效工作，防止出現(xiàn)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(xiàn)象，主要對輸入電壓、輸入電流、負(fù)載電流等主要因素進(jìn)行控制。本項(xiàng)目要求24小時(shí)工作，選用帶有 USB充電孔，為5v感應(yīng)光照系統(tǒng)，提供電能。

2.5逆變器的選擇

將12v蓄電池轉(zhuǎn)化為qc3.0手機(jī)多孔充電器和掃碼插座220V交流電。根據(jù)計(jì)算得出最低功率為380W，所以選取功率為500W逆變器。

2.6手機(jī)充電線及電源導(dǎo)線選擇

根據(jù)市場上目前手機(jī)數(shù)據(jù)線的幾種類型，選用三合一的數(shù)據(jù)傳輸線，具有iPhone接頭、android接頭和 type-c接頭。

電源導(dǎo)線采用BVR單芯多股線1.5/1.0平方線

3裝置實(shí)物圖

4結(jié)束語

本文介紹了一種共享自然能手機(jī)充電樁的外觀設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程并安裝測試完成，經(jīng)過戶外多次實(shí)物測試，結(jié)果表明，該共享自然能手機(jī)充電樁可實(shí)現(xiàn)全天候?yàn)槭謾C(jī)快速供電、蓄電池過充過放保護(hù)、漏電報(bào)警等功能，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]詹新生，張江偉 . 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維? [M].北京：機(jī)械工業(yè)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(yè)。

指導(dǎo)教師：王榮（1983--），女，漢族，碩士，土木工程專業(yè)，研究方向：結(jié)構(gòu)耐久性。