智能太阳能充电桩设计论文

智能太阳能充电桩设计论文

摘要：本智能太阳能充电桩在充分考虑了充电技术特性、电动汽车实际情况等各种环境因素基础上，集合了新能源领域的光伏发电、储能、充电和馈电等诸多新技术，体现了其科学合理性、经济性特点，为电动汽车的充电站建设提供了一种创新性的解决方案。

1 充电技术

1.1 充电曲线理论

美国学者J.A.Mas在研究充电曲线时发现，充电时，电流一旦超过充电曲线上任意充电电流，充电速率不再提高，同时析气量增加；小于接受曲线上充电电流的，即为电池允许充电电流，不会对电池造成伤害，具体见图1。

同时，J.A.Mas还指出，通过瞬时增大或停充电流的方式可以有效消除极化现象，如图2所示，极大地提高了充电效率，缩短了充电时间，即充电时，可采用加入放电的方式提升接受能力，这就是快速充电的基本理论依据。

1.2 主要充电方法

1.2.1 恒压充电恒压充电[4]是指单体电池以一恒定电压进行充电。这种充电方法可以根据电池的荷电状态变化自动调整充电电流，延长了电池的使用寿命。但在开始充电时，过高的充电电流会对电池造成一定损害。

1.2.3 脉冲充电脉冲充电方法与以上充电方法类似，当电池电压到达恒压门限（4.2V）时，即开启脉冲充电模式。在脉冲区内，充

电电源以间歇性的方式对电池进行恒定电流充电。

2 智能太阳能充电桩工作原理

2.1 智能太阳能充电桩原理框图及原理本文所提及智能充电桩原理框图如图3。

其原理为：在日照相对丰富的地区建设本充电桩，太阳光照射到太阳能电池板时，太阳能电池板发出的电能经由充放电控制器1根据采样监测模块所测得的内部蓄电池饱和情况对内部蓄电池的充电模式（小电流充电、恒流充电、恒压充电、脉冲充电、饱和不充电）进行实时切换，当有电动车接入电压适配口，蓄电池和电池板对电动车进行智能快速充电，当电动车充满或者内部蓄电池电压低于下限电压时，充放电控制器停止对电动车充电并在数码显示屏上对车主显示提示信息。在通信覆盖地区，在充电桩中加设通信模块，充电桩通过通信模块实时地与控制中心进行数据交换，以便控制中心实时了解每个充电桩的运行状态。

在电网覆盖地区，可以从电网接入220V市电通过整流变压模块在充电桩内部蓄电池电量不足的情况下利用市电对电动车进行充电。同时前、后端加设两个外部电源输入口。其中前端电源接入口的意义在于当电动车或者其他电源有多余的电量的时候可以通过前端电源接入口将多余的电量返还到充电桩内部蓄电池或者返还到电网，其中当内部蓄电池电量不足时优先返还到内部蓄电池。若是内部蓄电池电量饱和，则电能通过充放电控制器1经汇流站（汇流站为设想，框图中空心箭头代替）变压调频之后回馈到电网中，此时电池板所发出的

电能亦汇入电网之中。而外部电源接入口2为当内部蓄电池电能不足且无市电时，可以通过外部电源接入口2接入外部电源（比如有多余电量的电动车）通过整流调压对需要充电接入的电动车进行充电。

在电网无法覆盖的地区则不设市电接入口，且当内部蓄电池饱和时，停止充电，外部电源接入口1多余电量及此时太阳能电池板所发出的电量也不能反馈到电网中。其他功能如电网覆盖地区。

2.2 实际情况综合分析由于本文所谈及的充电桩主要是对电动车进行充电，故需综合考虑充电时间、内部蓄电池饱和电量为电动车充电后能够为电动车提供的续航里程，以及单位面积电池板一整天所能发出的电能。

考虑到如若要取得较高的发电量则需要较大的面积来铺设太阳能电池板，这与城市实际情况不符也不需要。而蓄电池主要用作应急电源使用，城市中由于市民的汽车主要用于上班往返，距离不会过长，若在城市安装的充电桩内部蓄电池容量过大也不符合经济性。故本文所提及的充电桩可分做电网型与非电网型。

2.3 配置估算现今市面上的几款电动汽车例如：北汽的e150 EV 是25千瓦时可以跑150公里左右，相当于一度电6公里，比亚迪e6是60度电的电池容量，大概都跑300公里，即一千瓦时跑5公里左右；而根据研究显示现在的电动车每百公里耗电量大约7到16千万时，这些都是在不开空调和其他用电设备的情况下。按每百公里耗电16千瓦时计，则每千瓦时电量能使电动汽车行驶6.25公里左右。

在城市中安装若采用4平米单晶硅太阳能电池板，每平米发电功

率约为120W到140W。按照每日6小时光照时长计算，则4平米电池板的日发电量约为3kWh（即四日发出的电量），即每日能为电动车提供行驶约18公里的电能。满足城市的一般需求。安装初期可先选择可存储12kWh能量的蓄电池，后期根据实际情况下充电量考虑是否进行扩容。而在非城镇地区如偏远山区、国道省道旁建设充电站可先安装16平米的太阳能电池板从而得到日均12 kWh的发电量，即每日能为电动车提供行驶约72公里的电能。

3 结论

本智能太阳能充电桩在充分考虑了充电技术特性、电动汽车实际情况等各种环境因素基础上，集合了新能源领域的光伏发电、储能、充电和馈电等诸多新技术，体现了其科学合理性、经济性特点，为电动汽车的充电站建设提供了一种创新性的解决方案。

参考文献：

[1]陈忠进，吴艳，梁勇金.小功率太阳能光伏发电系统的设计[J].计算机光盘软件与应用，2014，17（4）：53-55.

[2]熊文，杨川.新能源汽车快速充电系统的设计[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2014，28（2）：97-101.

[3]赵禹唐，王希业.铅蓄电池充电技术[J].电源技术，2001，05：375-377.

[4]刘娟.基于汽车新型电源技术和网络技术的应用发展分析[J].山东工业技术，2014（3）：201.

[5]鲍仁强.一种新型太阳能充电站设计[J].通信电源技术，

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