基于可再生能源的电动汽车充电设施关键技术

生态环境问题日趋严重，节约能源，发展低碳经济已被我国提上日程，电动汽车作为新兴战略性产业，得到了大力发展，然而与其紧密关联的基础充电设施成为影响电动汽车推广和发展的重要因素。本论文通过对可再生能源充电设施的深入探索研究和优化，改进可再生能源和电动汽车充电设施的配置方案，使用先进的控制和保护方法，有效提高系统稳定性和充电效率。

汽车工业中，传统燃油汽车的尾气排放是最主要的污染源之一，发展低碳交通运输业被越来越多的学者所关注。近年来，国家已大力发展纯电动汽车和插电式电动汽车，两个“五年计划”的科技攻关以及北京奥运会、上海世博会、深圳大运会、“十城千辆”计划中25个示范城市建立示范工程的实施，政府采购电动汽车和消费者购买电动汽车提供补贴，其他优惠政策如“节能产品惠民工程”等，大力推进产业化应用。在我们国家的“十二五”规划中，提出了“树立绿色、低碳发展理念”，把电动汽车列入我国“七大战略性新兴产业”对其进行重点培养。同时国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》也指出，2020年插电式混合动力汽车和纯电动汽车的生产和销售达200万辆，累计产销量要超过500万辆。我国的电动汽车已经逐步进入产业化发展阶段，发展电动汽车这一新兴行业被确立为世界上很多国家普遍提高汽车行业和低碳经济的重要途径。

可再生能源与电动汽车充电设施集成可行性分析

太阳能发电、风力发电等可再生能源发电系统，与分散式充电桩、常规充电站等电动汽车充放电基础设施，通过微电网的形式，形成完整的系统。如果在系统中加入蓄电池储能系统、控制、保护等电气设备，就可以满足电动汽车充电，电动汽车就地消纳一部分可再生能源，同时可再生能源还具有电能调节特性。

目前，有可能被大规模开发应用于发电的可再生能源，包括太阳能（光热、光电）、风能和生物质能等。考虑到这些能源的自然特性、开发的成本、能量密度和发电效率高低、以及开发利用技术水平等许多因素的制约，可以发现风能和太阳能就地利用于电动汽车充电，还是具有非常明显的可行性。

首先，风能的适用性。地球表面风能的蕴藏量十分丰富，而且风能还具有无污染、可再生、安全可靠的特点。风力发电具有间歇性和随机性的特点，如果把其并网运行，可能会影响到整个电网的稳定性。还有另外一个现象，在西北某些地区，由于风资源过量，也导致了电网无法完全消纳，所以弃风现象非常严重，此时如果通过电动汽车充电的可调节特性，适时的消纳一部分原本被弃用的风能，可以显著提高风电的利用小时数。

其次，太阳能的适用性。在地球表面太阳能随处可得，具有无噪声、无污染、是一种环境友好型的绿色能源。但是由于太阳能光伏发电受到季节、气候、灰尘等多种环境条件因素影响，在对其进行并网运行的过程中，经常会出现功率波动大、效率偏低等各种现象。但是光伏发电也具有很多优点，如光伏组件结构简单、重量轻、体积小、易于运输和安装，并且建设光伏发电系统的周期很短，同时还可以根据用电负荷灵活的进行容量组合，在使用的过程中，不会给使用地区带来额外输配电压力，在变配电站中配一部分储能电池就可有效的缓解输出功率存在间歇性波动的问题。

图1　

电动汽车充电设施的种类与特点

现有充电基础设施，总结如下：（1）分散式交流充电桩。分散式一般都采用小电流慢速充电模式，需要五到八个小时，把动力电池的荷电状态从零充到100%，这种充电设施经常被使用在居民区、单位内部或者公共场所的停车位，具体分布和数量都没有普遍的规律性。

（2）常规充电站。这种充电站一般采取快速充电模式，充电时间在几十分钟到几小时之间，充电电流在一百五十安培到四百安培左右。这些充电设施地理位置明确，具有专属的充电场地。

（3）大型充电站。这种充电站不但可以实现常规充电站的功能，还可以对电池包充电，实现电池的快速更换服务和配送服务。最明显的特点就是向电网回馈电能，参与负荷峰谷调节。

本论文探索的新型太阳能充电站建设方案

（1）地理位置选择。可以将太阳能电池板加装在加油站的顶棚上，或者安装在停车场的顶棚上，甚至可以建在临时停车的路边，这样不仅可以节约用地，还能节省充电站的建设造价成本。

（2）可再生能源综合系统。在智能系统控制下，太阳能发出的电优先给电动汽车充电，富余的可以存储在蓄电池中。在阳光充足时，蓄电池充满后，还有剩余电能可以通过光伏逆变器转变为50HZ的交流电并入电网。

（3）配套设施建设。由于电动汽车充电时间相对于加油站，花费时间较长，可以配套建休息室，设置茶水、娱乐、游戏等服务项目，同时使用太阳能实现照明、空调制冷等，也不会额外增加成本，也不会浪费传统能源造成环境污染，见图1所示。

（4）智能功能充电设施。充电站的功能要像电动汽车的智能终端一样，可以满足智能充电行为。使用者可以在充电设施上办理或者购买充电卡业务。

充电设施的智能创新功能

（1）车型识别功能。锁定汽车车型和品牌，可以在汽车进入充电轨道之后，充电设施智能分辨出汽车的充电口和地面的距离，通过红外感应，电源接口自动与汽车充电接口进行对接，实现正常充电。

（2）点对点充电

智能化充电是充电站设置固定的行车轨道，同时固定充电位置。可以根据需求选择快充或者慢充两种方式，最后消费者刷卡，充电设施提示开始充电，同时可以选择充电时间。

（3）联网充电。可以把充电卡和手机绑定，在需要充电时，只需用手机扫一下，即可识别，大大拉近我们和智能生活的距离。

结语

太阳能风能等利用，来代替传统电网发电，建设太阳能电动汽车充电站，有效解决环境污染难题。本论文在利用可再生能源为电动汽车充电的基础上，进一步分析探究设计，把人性化、智能化融入到充电站的设计中，使充电站更便捷地出现在人们的生活中。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.005