【正文】 search and analysis has been put into the use of solar electric vehicle charging stations, construction sites, grid mode,use the way the use of solar energy to the grid and grid charging station. Paper bines the trend of green urban development of solar photovoltaic power generation systems and electric vehicle charging piles do further research and analysis. Keywords: Solar energy, DC/DC, Photovoltaic inverter, Charging station山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 ................................................................................................................ 1 新能源的開發(fā)利用 ................................................................................ 2 新能源電動(dòng)汽車的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... 6 ................................................................. 8 電動(dòng)車充電站的研究背景 ................................................................... 8 未來(lái)電動(dòng)汽車充電站的發(fā)展新思路 ................................................. 10 世界各國(guó)太陽(yáng)能充電站的發(fā)展經(jīng)驗(yàn) ..................................................11 ............................................................... 16 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 .......................................................................... 16 DC/DC 變換器 ..................................................................................... 17 光伏逆變器的工作原理與模擬仿真 ................................................. 24 4. 充電樁快速充電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) ............................................... 31 電動(dòng)汽車充電樁的充電方式 .............................................................. 31 快速充電系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) .............................................................. 34 快速充電系統(tǒng)斬波電路的設(shè)計(jì) .......................................................... 37 .......................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 43 致謝詞 ............................................................................................................. 44 附錄 .................................................................................................................. 45 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 有限的石油資源加上與日俱增的耗用量，石油價(jià)格的暴漲是必然的現(xiàn)象。環(huán)保、節(jié)能、增效一直是受到諸多關(guān)注的話題，長(zhǎng)久以來(lái)，我們用法律和經(jīng)濟(jì)以及科技等多種手段全面開展的低碳經(jīng)濟(jì)理念在現(xiàn)今是能看到一定的成效的。光電轉(zhuǎn)化主要通過光電池，即太陽(yáng)能電池，這是一種能把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換器。但是其局限性體具體表現(xiàn)在全球地域海洋面積的不同分布情況，各個(gè)地區(qū)要考察實(shí)地的利用條件才能加以開發(fā)利用。此外，目前我國(guó)生產(chǎn)充電站及相關(guān)配套設(shè)施的企業(yè)主要有國(guó)電南瑞和許繼電氣，二者都以國(guó)家電網(wǎng)為背景，在國(guó)家電網(wǎng)的主導(dǎo)下開展了新能源汽車充電站的建設(shè)。 電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性 電動(dòng)汽車確實(shí)更經(jīng)濟(jì)、更省錢。像鈾能、潮汐能等新燃料技術(shù)還不成熟，不能大規(guī)模的被利用。庫(kù)侖科技公司（ Coulomb Technologies）的首席執(zhí)行官 Richard Lowenthal表示： “ 太陽(yáng)能和電動(dòng)車是注定一對(duì)天生的伙伴，利用太陽(yáng)能來(lái)為電動(dòng)車充電是最環(huán)保最好的解決方案，能幫助我們減少對(duì)外國(guó)石油的依賴，向可代替性能源的利用又邁進(jìn)新的一步。 Sunlogics Green Zone 太陽(yáng)能充電站是通過從太陽(yáng)中獲取輻射能量，并將能量轉(zhuǎn)化為綠色可再生能源。并網(wǎng) 太陽(yáng)能發(fā)電 是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展方向，是 21世紀(jì) 極具潛力的能源利用技術(shù)。太陽(yáng)能發(fā)出的電能向負(fù)載供電，同時(shí)電感 L上開始儲(chǔ)能，能量增加。 oiL UUdtdiL ?? (33) 當(dāng) sTt? 時(shí)， Li 達(dá)到最小值 maxLI ，在開關(guān)管 S截止期間， Li 的增長(zhǎng)量 )(??Li為 sioonsioL TDL UUTTL UUt )1()()( ??????? ? (34) 在 sTt? 時(shí)，開關(guān)管 S 又導(dǎo)通，開始另一個(gè)開關(guān)周期。為了減小負(fù)載電流的脈動(dòng)，一般多采用電抗 器電流連續(xù)模式。修改 Pulse Width（脈沖寬度）參數(shù)，可以改變 MOSFET功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。 總體來(lái)說，恒壓充電有以下 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)： 圖 恒壓充電特性曲線與接收特性曲線 電動(dòng)汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì) 32 ① 充電特性曲線更接近于蓄電池接收特性曲線。 ③ 變電流間歇充電法，這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上。15% 直流輸出電壓 0~15V 直流輸出電流 0~20A 開關(guān)頻率 50KHZ 系統(tǒng)最大輸出功率 300W DCDC 變換器的效率 90% 鉛酸蓄電池電壓、容量 12V/12Ah 快速充電主回路設(shè)計(jì) 由圖 所示的快速充電系統(tǒng)硬件部分的主電路結(jié)構(gòu)圖可知，硬件系統(tǒng)的主電路由整流電路、高頻開關(guān)電源電路和斬波電路組成。 （ 2）當(dāng)蓄電池進(jìn)行去極化負(fù)脈沖放電時(shí)，開關(guān)管 Q4 開通， Q3 關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)管處于通態(tài)時(shí)，二極管截止，電源向電感 L充電，充電電流 I L 基本恒定，輸出電壓 Vout 靠輸出濾波電容 C 維持，由于 C 值很大，輸出電壓 Vout 基本保持恒定，設(shè) V 處于通態(tài)的時(shí)間為 ton ，此階段電感 L上積蓄的能量為 Lin Von It，其等效電路如圖 所示；當(dāng) V 出于斷態(tài)時(shí)，二極管導(dǎo)通，電感把前一階段儲(chǔ)存的電能全部釋放給負(fù)載和電容，同時(shí)電源也向負(fù)載 R 提供能量，設(shè)開關(guān)管處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff ，則在此期間電感 L 釋放的能量為 (Vout－ Vin)I Ltoff ，其等效電路如圖 所示。 感謝我的老師，不僅教了我專業(yè)知識(shí)，而且還教了我怎樣學(xué)習(xí)、做人做事，使我受益匪淺。 首先我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師賈敏副教授。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等。 基于上述分析，本文的斬波電路選 Buck/Boost 型拓?fù)?，即充電時(shí)為Buck 電路，放電時(shí)為 Boost 電路， Buck/Boost 型斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示。下面各節(jié)將分別對(duì)硬件系統(tǒng)的各電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要工作包括電路拓?fù)溥x擇、原理分析、參數(shù)計(jì)算及其元器件的選型。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。在恒壓充電過程中，充電電流是逐漸減小的，即達(dá)到了自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流的效果，與蓄電池接收能力曲線走勢(shì)相 同。其中 UD 為輸入電源，電壓控制電壓源 VCVS1～ VCVS4 和脈沖電壓源 V1～V4組成 MOSFET功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路。假設(shè) L充分大，流經(jīng) L的電流為恒定值 I1；當(dāng) S導(dǎo)通時(shí)，假設(shè) S的導(dǎo)通時(shí)間為 ton，則 L中的積蓄能量為 E1I1ton。電容起到濾波的作用，使負(fù)載上的電壓的波紋減小。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，如圖 所示，此時(shí)二極管導(dǎo)通處于續(xù)流 狀態(tài)，為了保持電流 I1 不變，電感 L兩端電壓極性不變，輸出電壓極性也不變即上正下負(fù)，同時(shí) I1I2，電容開始放電。如果獨(dú)立系統(tǒng)要供電給交流 負(fù)載使用，就需要逆變器，其主要作用是將直流電轉(zhuǎn)換為可供交流負(fù)載使用的交流電。這座太陽(yáng)能光伏充電站是由湖北追日電氣設(shè)備公司建造，該公司已表明，光 伏逆變器與智能充電機(jī)都研制成功并小批量開始生產(chǎn)。據(jù) Carbon Day Automotive 公司稱，這款充電站一開始的主要目的就是要為芝加哥市政府的電動(dòng)公務(wù)車充電，但是現(xiàn)在因?yàn)檫@款充電站設(shè)計(jì)得到了許多人的認(rèn)可，所以日后還是有望能被更多的電動(dòng)汽車使用并能得到更多地區(qū)普及推廣。如果電動(dòng)車對(duì) 電的需求達(dá)到像是汽油和柴油那樣多廣，那么對(duì)我國(guó)的電網(wǎng)的影響將是巨大的。 20xx 年 9 月，交運(yùn)集團(tuán)與國(guó)家電網(wǎng)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，建設(shè)更多的充電站，使電動(dòng)汽車充電難的瓶頸不斷得到改善。因此，新能源被用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源是新時(shí)代的新要求也同時(shí)解決了石油危機(jī)的現(xiàn)實(shí)憂患。 目前，風(fēng)能因?yàn)槠涮厥獾男再|(zhì)被最廣泛的利用于發(fā)電產(chǎn)業(yè)，但是風(fēng)能的開發(fā) 利用也是利弊兼得，因?yàn)樽匀粭l件的影響風(fēng)速具有不穩(wěn)定性，它所產(chǎn)生的動(dòng)能大小也就不穩(wěn)定；不同的地理位置也嚴(yán)重制約著風(fēng)能的可利用性；風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率較低且作為新型能源，其使用設(shè)備也并不完全成熟。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成，封裝在玻璃鋼外殼中。這兩年雖然取得了一定的減排成果但是按照我國(guó) “ 到 2020 年單位 GDP 的二氧化碳排放量減少 40%—45%” 的減排目標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)每臺(tái)汽車的二氧化碳平均排放量降低到 105 克 /公里，我們距離這個(gè)目標(biāo)還很遠(yuǎn)，需要的下降值相當(dāng)大，給我們的考驗(yàn)和壓力也是巨大的。其中汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開石油能源的開采利用，在全球石油危機(jī)和汽車尾氣排放嚴(yán)重污染環(huán)境的雙重壓力下，汽車行業(yè)必須找到新的能源方式與環(huán)境和諧的方法。 本論文將以光伏發(fā)電系統(tǒng)和電動(dòng)汽車充電站為研究對(duì)象，對(duì)其中的太陽(yáng)能光伏電池的逆變仿真和電動(dòng)汽車充電站進(jìn)行分析研究。陽(yáng)光普照大地，單位面積上的輻射并不大，如何把分散的熱量聚集在一起成為有用的能源是有效利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵。 高輻射區(qū) 西藏、新疆、青海、寧夏、甘肅等 2600~3300 160~235 中等輻射區(qū) 東北、 中部、山東、北京等 2200~2600 140~160 底輻射區(qū) 山海關(guān)、黑龍江、湖北、貴州、江西、浙江等 1000~2200 100~140 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 風(fēng)能 風(fēng)能是因空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的氣流而提供給人們的一種可被利用的能量，即風(fēng)能就是空氣動(dòng)能。那么，汽車燃料將走向多元化，新能源汽車無(wú)疑將成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在 20xx 年，國(guó)內(nèi)首家圖 巴黎電動(dòng)車充電站分布 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 具有商業(yè)運(yùn)營(yíng)功能的電動(dòng)汽車充電站 10 月份時(shí)在上海投入使用，該充電站可為多種電動(dòng)汽車充電，但暫時(shí)未對(duì)社會(huì)車輛開放。因此電動(dòng)汽車的發(fā)展前景十分樂觀。這種自助式的充電站可以讓司機(jī)輕而易舉為自己的電動(dòng)車充電，整個(gè)過程沒有任何不利于環(huán)境的排放物產(chǎn)生。 我國(guó)太陽(yáng)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(guó)首座太陽(yáng)能光伏智能充電站（圖 ）。太陽(yáng)能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽(yáng)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。 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(yáng)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