新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充研究設(shè)計(jì)

金毅平

摘要：新能源電動(dòng)汽車快速普及，不僅意味著充電站的大量布局以及充電樁的批量建設(shè)，對(duì)于電動(dòng)車的充電體系也形成嚴(yán)峻考驗(yàn)。結(jié)合新能源電動(dòng)車充電過程，開發(fā)一套光儲(chǔ)充系統(tǒng)也就提上日程。本文首先分析了設(shè)計(jì)光儲(chǔ)充系統(tǒng)的必要性，隨后介紹了光儲(chǔ)充系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理。

關(guān)鍵詞：新能源;電動(dòng)汽車;光儲(chǔ)充

引言：新能源汽車大量布局與應(yīng)用，促使充電樁的應(yīng)用需求不斷提升，也為新能源汽車充電站的工作提出更高要求。因此有必要設(shè)計(jì)一種光儲(chǔ)充系統(tǒng)，提升發(fā)電、儲(chǔ)能、充電的整體協(xié)調(diào)性，為新能源汽車充電提供切實(shí)可行的幫助。

一、光儲(chǔ)充設(shè)計(jì)必要性

1.光伏儲(chǔ)能技術(shù)日臻成熟。光伏電池的應(yīng)用已有較長時(shí)間，在科學(xué)研究設(shè)施、氣象觀測設(shè)施等專有設(shè)施的供電體系中發(fā)揮重要作用。隨后光伏電池應(yīng)用空間延伸到電網(wǎng)，光伏發(fā)電在電力體系中應(yīng)用逐步廣泛。另一方面，儲(chǔ)能技術(shù)也處于快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，離子電池的應(yīng)用顯著提升儲(chǔ)能效果。技術(shù)的發(fā)展伴隨著安全性的提升，為光儲(chǔ)充系統(tǒng)的研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2.充電樁數(shù)量不足。近年來新能源汽車數(shù)量和充電樁數(shù)量均處于快速上升狀態(tài)，與此同時(shí)車樁比也處于上升狀態(tài)。十二五末車樁比接近8：1，截止十三五末，這一比例已經(jīng)上升到接近3：1。但是相比于理想化的車樁比仍有較大差距，達(dá)到車樁比1：1的狀態(tài)可謂任重道遠(yuǎn)，因此充電樁的實(shí)際缺口仍然較大，也意味著充電樁的需求空間非?？捎^。

3.新基建背景推動(dòng)?！靶禄ā笔墙鼉赡晡覈A(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，相比于傳統(tǒng)基建，“新基建”更加側(cè)重于5G基站、新能源、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等著眼于未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)生活的領(lǐng)域。結(jié)合近年來新能源電動(dòng)汽車快速普及的背景，新能源充電樁的建設(shè)引人注目。充電樁的大量布局，意味著應(yīng)用需求的大量釋放。在描繪充電樁未來應(yīng)用藍(lán)圖的同時(shí)，也需要考慮到充電樁大量上馬可能帶來的問題;尤其是從充電站的角度出發(fā)，如何協(xié)調(diào)新能源汽車充電過程中各組成部分的工作成為重中之重。如果無法有效協(xié)調(diào)充電、儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)，則有可能導(dǎo)致充電站無序工作的現(xiàn)象，降低充電樁應(yīng)用效率。

二、光儲(chǔ)充設(shè)計(jì)方案

1.光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)。光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)注重與周圍建筑的結(jié)合，電動(dòng)汽車充電樁通常距離建筑較近，光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程可以利用停車場的車棚，借助光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電樁的電能供應(yīng)效果，還可以作為充電站其他部分的能量來源。尚未被利用的電能保存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，提升光伏系統(tǒng)能量的利用效果。關(guān)于光伏系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，則由監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)。監(jiān)控系統(tǒng)集成了智能監(jiān)控模塊，如果充電站在短時(shí)間內(nèi)承擔(dān)過多的新能源汽車充電任務(wù)，光伏系統(tǒng)現(xiàn)有儲(chǔ)能存在短缺，此時(shí)通過智能監(jiān)控系統(tǒng)可以調(diào)動(dòng)電網(wǎng)，借助電網(wǎng)功能方式實(shí)現(xiàn)充電樁能量供應(yīng)效果，并解決光伏系統(tǒng)能量儲(chǔ)備不足的問題，避免新能源汽車長時(shí)間等待充電。

2.儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。光伏發(fā)電后生成的能量保存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于光伏發(fā)電生成直流電，并不能直接供給到充電樁，需要對(duì)直流電進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中布局蓄電池組，實(shí)現(xiàn)直流電到化學(xué)能量的轉(zhuǎn)化效應(yīng)，新能源汽車充電樁可以使用這部分化學(xué)能。為保證儲(chǔ)能效果，在儲(chǔ)能系統(tǒng)主要使用蓄電池，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)相當(dāng)于蓄電池的集合，多個(gè)蓄電池單體以蓄電池組的形式設(shè)置在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池單體的連接形式多樣。采用鋰電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池，充分發(fā)揮鋰離子在放電、使用壽命等方面的優(yōu)勢(shì)，還能夠提升能量密度。鋰電池在諸多數(shù)碼產(chǎn)品中已有成熟應(yīng)用，在新能源汽車儲(chǔ)能體系中也有廣闊應(yīng)用空間。

3.充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用多種充電方式并行的方案，在此分別說明。

（1）直流充電。電動(dòng)汽車直流充電樁電能來源為直流母線，將充電裝置與新能源汽車相連接，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電效果。直流充電方式具有充電效率高、時(shí)間短的特征，適用于快速充電的需求，單次充電電流約在200mA左右。

（2）交流充電。交流充電相比于直流充電，充電時(shí)間相對(duì)較長，單次交流充電的時(shí)間約為8h～10h。交流充電系統(tǒng)主要采用三相交流電，工作功率較低，常見三相交流電工作功率為10kW～30kW。因此交流充電瞬間產(chǎn)生的沖擊力較小，對(duì)于新能源汽車電池、充電樁的壽命延長有利，同時(shí)起到保護(hù)電網(wǎng)的作用。但是執(zhí)行一次交流充電消耗時(shí)間較長，意味著充電站車位長時(shí)間被占用。

（3）更換電池充電。這是效率最高的充電方式，直接更換充滿電的電池就完成充電任務(wù)。電池更換過程采用自動(dòng)化理念，在充電站內(nèi)部布局自動(dòng)更換電池的裝置，在較短時(shí)間內(nèi)完成電池替換任務(wù)，每一次更換電池最多耗費(fèi)約10min。更換電池充電還可以挖掘電池的使用潛力，具有更換效力的電池組，還能夠承擔(dān)電網(wǎng)系統(tǒng)的供電任務(wù)，提升電能利用效率。

4.監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。充電站監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)充電狀態(tài)監(jiān)測、信息反饋等多項(xiàng)任務(wù)，組成智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是監(jiān)控組態(tài)軟件。通過智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新能源汽車充電體系的信息共享傳輸效果，促進(jìn)光儲(chǔ)充信息的流轉(zhuǎn)和共享，為用戶操作處理數(shù)據(jù)提供有效依據(jù)。智能監(jiān)控系統(tǒng)反饋全部單元的當(dāng)前狀態(tài)，以及光伏、儲(chǔ)能、充電系統(tǒng)的具體狀態(tài)。因此充電站的用電需求波動(dòng)情況可以準(zhǔn)確無誤地體現(xiàn)在智能監(jiān)控系統(tǒng)中，為人員掌握能量流動(dòng)、合理分配能量提供有效依據(jù)。

結(jié)束語：光儲(chǔ)充系統(tǒng)的應(yīng)用，有效提升充電站的運(yùn)轉(zhuǎn)能力，整合電動(dòng)汽車充電過程各項(xiàng)環(huán)節(jié)，不僅提升能源利用效率和電動(dòng)車的充電效率，對(duì)于能源循環(huán)使用也有促進(jìn)作用，為新能源汽車的應(yīng)用帶來更多環(huán)保效應(yīng)。

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