【正文】 英國建高速公路太陽能充電站 世界上第一個(gè)全國性高速公路電動(dòng)汽車充電站網(wǎng)絡(luò)在英國投入使用。充圖 插入式太陽能充電站 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 電站網(wǎng)絡(luò)由 Ecotricity公司負(fù)責(zé)建設(shè)，公司創(chuàng)始人戴爾 文斯表示： “ 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示電動(dòng)車在城鎮(zhèn)行駛時(shí)并不需要中途充電，真正需要充電的是城市間的高速公路。 我國太陽能充電站的建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀 襄樊具有新能源汽車城之美譽(yù)，為了能給電動(dòng)汽車更綠色、更清潔的能源，襄樊市建成我國首座太陽能光伏智能充電站（圖 ）。該充電站總占地面積約 2700 平方米，如果只依靠太陽能來發(fā)電，每日可產(chǎn)出 100 余度電，足夠 1 至 2 臺(tái)大型公交電動(dòng)汽車的用電。 Sunlogics Green Zone 太陽能充電站落戶在通用汽車的中國園區(qū)這個(gè)事實(shí)就能充分表明，通用汽車正致力于電動(dòng)汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，目的是為了更深入的打開中國電動(dòng)車市場(chǎng)的大門。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電， 光伏發(fā)電系統(tǒng) 主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有光照的情況下輸出能量。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 并網(wǎng) 太陽能光伏發(fā)電 系統(tǒng)是由光伏電池方陣 并網(wǎng)逆變器 組成，不經(jīng)過蓄電池 儲(chǔ)能，通過并網(wǎng) 逆變器直接將電能輸入公共電網(wǎng)。 并網(wǎng) 光伏發(fā)電 系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng) 光伏電站 一般都是國家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。 圖 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 DC/DC 蓄電池 逆變器 充電樁 太陽能 電池板 DC/DC 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 18 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)常用 DC/DC 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 到目前為止，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的 DC/DC 變換電路主要有BUCK 電路， BOOST電路， BUCKKBOOSTT電路以及 CUK 電路。 a. BUCK 電路拓?fù)鋱D b. BOOST 電路拓?fù)鋱D c. BUCKBOOST 電路拓?fù)鋱D 電路拓?fù)鋱D 圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的 DC/DC 變換電路拓?fù)鋱D 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 Buck 電路圖如圖 所示，該電路由二極管 D、電感 L、開關(guān) Q 以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。假設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間為 t0 ，一個(gè)周期為 T ，則輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為ii UUTtU ??? 00，其中 α為導(dǎo)通占空比，可知輸出電壓 U0 始終小于輸入電壓 Ui ，所以該電路為降壓變換器。當(dāng)開關(guān)管 Q 關(guān)斷時(shí)，二極管 D 導(dǎo)通，此時(shí)電感 L所儲(chǔ)存的能量供給負(fù)載，濾波電容 C2 使輸出的電壓的紋波進(jìn)一步減小。電感工作在線性區(qū)而未飽和，寄生電阻為零，電容的等效串聯(lián)電阻為零，穩(wěn)態(tài)開關(guān)周期中電感電流始終大于零，即變換器工作于 CCM 模式； (3)輸出電壓中的紋波電壓與輸出電壓的比值小到允許忽略。開關(guān)管 S 仍為 PWM 控制方式，但它的最大占空比 D 必須限制，不允許在 D=1 情況下工作。圖 顯示了電感 L上電流的變換波形和電壓波形。 由此可見， Boost 變換器的工作為兩個(gè)階段。工作過程中，調(diào)整功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間或開關(guān)周期都可以改變變換器的輸出電壓。該電路由開關(guān)管 S，二極管D，電感 L，電容 C組成。然后，關(guān)斷 S，假定 C 充分大，輸出電壓為恒定值， S 的關(guān)斷時(shí)間為 toff，則釋放到負(fù)載的能量為 (E2E1)I1toff 穩(wěn)態(tài)時(shí)上述兩者必須相等， 所以有： on11 tIE = offtIEE 112 )( ? (37) 從而得 112t EtTEt tEo f fo f fo f fon ??? (38) 式中，因?yàn)?T/toff1，所以輸出電壓比輸入電壓高，即該電路能使輸入電壓得到提升。這兩種模式分析如下： 先假定開關(guān) S 導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如圖 (a)所示，因此有下E dE mRLSD1iE dE mRLSD2i( a ) 開 關(guān) S 導(dǎo) 通 時(shí) 的 等 效 電 路( b ) 開 關(guān) S 關(guān) 斷 時(shí) 的 等 效 電 路圖 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 26 式成立： mERidtiL ?? 11d (39) 設(shè)電流的初始值為 I20,解上式得： )1( //101 rtmrt eREeIi ?? ??? (310) 然后令 S 關(guān)斷，由圖 (b)的等效電路有： d22d EERidtiL m ??? (311) 設(shè)電流的初始值為 I20,解上式得： )1( /d/202 rtmrt eR EEeIi ?? ???? (312) 圖 是連續(xù)動(dòng)作和不連續(xù)動(dòng)作的的理論波形。 光伏逆變器的模擬仿真 Multisim 是美國國家儀器（ NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬 /數(shù)字 電路板的設(shè)計(jì)工作。借助專業(yè)L NS 1S 2S 3S 4i sU N+U dC dC N圖 后級(jí)電路原理圖 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 28 的高級(jí) SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。 VT1～ VT4為 MOSFET功率開關(guān)管，柵極受電壓控制電壓源 VCVS1～ VCVS4（ uG1 和 uG3， uG4 和 uG2）控制，電壓控制電壓源 VCVS1～ VCVS4 受脈沖電壓源 V1～ V4 控制?？刂茖?dǎo)通角或觸發(fā)角 α是圖 帶濾波 器的 DCAC 全橋逆變電路 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 與 Delay Time 參數(shù)相對(duì)應(yīng)，修改 Delay Time 參數(shù)即可修改觸發(fā)角 α。假設(shè)一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電壓為 100V。 由于逆變電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，以至于模擬出的 220V交流電如圖 所示并不是正規(guī)的正弦波，在以后的 研究設(shè)計(jì)中需要對(duì)圖 所示的電路不斷改進(jìn)完善，使輸出如圖 所示的標(biāo)準(zhǔn) 220V 正弦交流電。如果設(shè)定的電壓恒定值適宜，就既能保證蓄電池的完全充電，又能盡量減少析氣和失水。 ② 充電電路易于實(shí)現(xiàn)。 與恒壓方式相對(duì)應(yīng)，在充電過程中，充電電流維持在恒定值，也是一種目前被廣泛采用的充電方法，充電電路多用開關(guān)電源控制實(shí)現(xiàn)。 圖 恒流充電特性曲線與接收特性曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 ① 脈沖式充電法，這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高電動(dòng)汽車蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。 ② 2REFLEXTM 快速充電法，這種技術(shù)是美國的一項(xiàng)專利技術(shù)，它主要面對(duì)的 充電對(duì)象是鎳鎘電池。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 34 ④ 變電壓間歇充電法，在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種： 1）脈沖電流的幅值可變，而 PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）信號(hào)的頻率是固定的； 2）脈沖電流幅值固定不變， PWM 信號(hào)的頻率可調(diào)。并以此設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)硬件電路進(jìn)行搭建和調(diào)試。 光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的 220V 交流電經(jīng)全橋整流、濾波后輸出電壓約為300V 的高壓直流電；高頻開關(guān)電源電路 不僅起隔離作用，且將整流后的300V 直流電轉(zhuǎn)換為 18V 低壓直流電，為后端的斬波電路提供穩(wěn)定的電壓輸入；斬波電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，完成快速充電方法中蓄電池的充、放電功能。 由橋式整流電路分析可知，流過二極管中的平均電流只有負(fù)載電流的一半。 快速充電系統(tǒng)斬波電路的設(shè)計(jì) 研究蓄電池快速充電的關(guān)鍵任務(wù)之一是在充電過程中通過負(fù)脈沖放電及時(shí)緩和鉛 酸蓄電池的極化現(xiàn)象，提高蓄電池的可接受充電電流比。 圖 Buck/Boost 型斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 38 （ 1）當(dāng)充電電源對(duì)蓄電池充電時(shí)，開關(guān)管 Q3 開通， Q4 關(guān)斷。蓄電池通過 L D Q4 向電容 C1 充電，形成 Boost 電路。 Buck 電路的 設(shè)計(jì) 降壓斬波電路 (Buck Chopper)的原理圖如圖 所示。當(dāng) t = t1 時(shí)刻，控制開關(guān)管 V 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 VD 進(jìn)行續(xù)流，而負(fù)載電壓 U0 則近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 負(fù)載電壓的平均值： DEETtEtt tU onof fonon ????0 (44) 式（ 44）中， ton為一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管 V 處于通態(tài)的時(shí)間 ， toff為一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管 V 處于斷態(tài)的時(shí)間， T為開關(guān)管的周期， D 為占空比。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi) T 中電感積蓄的能量與釋放的能量相等，即： ? ? of fLinoutonLin tIVVtIV ?? (45) 化簡(jiǎn)得公式（ 46）： ino ffino ffo ffonout VtTVt ttV ??? (46) 上式中 T/toff≥1，即輸出電壓高于輸入電壓，故稱該電路為升壓變壓器。比如太陽能、風(fēng)能、氫能等等，從這幾種能源的特性、開發(fā)利用的技術(shù)水平、優(yōu)缺點(diǎn)多個(gè)方面進(jìn)行研究對(duì)比，最后得到了利用太陽能能源來替代傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電，建設(shè)太陽能電動(dòng)汽車充電站被認(rèn)為是最理想的充電站方案。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 43 參考文獻(xiàn) .世界現(xiàn)代設(shè)計(jì)史 [M]北京 :中國青年出版社 ,20xx(3):43 一 48 .日本、美國、歐盟新能源汽車產(chǎn)業(yè)政府扶持措施研究 [D]河北大學(xué) ,20xx ,喜文華 ,魏一康等 .太陽能光伏發(fā)電 [J].太陽能 ,20xx(4):72 一 76. ,康云龍 .可再生能源并網(wǎng)發(fā)電仿真 [J].電工技術(shù)雜志 ,20xx(11),58 一60. . 充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 . 北京：人民郵電出版社 ,20xx. .電動(dòng)汽車蓄電池混合能源充電技術(shù)的研究 [D]廣東工業(yè)大學(xué) ,20xx .電動(dòng)汽車電池組單體電池管理系統(tǒng)研究 [D].上海：同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院， 20xx. Russell,Tristram Design[M]Cheltenham,Nelson Thornes,20xx operation with high energy efficiency for electric vehicle valve regulated leadacidbattery system[J]. 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