互补式新能源汽车的动力系统设计

李帅

摘 要：设计了一种基于风光互补发电的新型新能源汽车动力系统，适用于各种如旅游观光车、邮政运输车、城市垃圾车等轻型车辆。配备该系统的新能源汽车可以由车主控制实现自动充电，解决了当下新能源汽车续航里程较短与汽车充电设施建设缓慢充电桩比例不协调等问题，同时大大减轻了汽车对化石燃料的依赖，也很大程度上减缓了我国生态环境的持续恶化。在我国提倡清洁能源的背景下此种动力系统的设计对我国新能源汽车的发展有着重要意义。

关键词：风光互补 新能源 自动温度测量系统 设计原理

中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0031-03

温室气体的主要来源就是化石燃料燃烧时排放的二氧化碳，占化石燃料使用比例最大的就是能源供应与交通。[1]全国汽车消耗的石油占到了世界石油消耗总量的80%，而我国汽车工业的迅速发展和汽车保有量的不断增加使得环境污染问题日益严重[2]。新能源汽车的出现也成为一个新的转折点，然而由于新能源汽车是近几年才发展的新型产业所以面临着造价高、充电桩数量与汽车数量不成比例、续航里程较短等问题，使之无法全面代替传统汽车成为市场上的主流产品[3-4]。由于充电桩的建设成本高、利用率低、电池成本高，技术短板明显而且产能不足，现阶段新能源汽车的续航里程都不能突破300 km，这是直接导致消费者无法接受新能源汽车的原因，在此背景下可以自主充电的新能源汽车便应运而生。

1 设计原理

风光互补发电系统主要由发电系统、控制系统、整流器、逆变器和储能系统构成，风电和光伏发电系统在储能和逆变器环节是通用的，控制系统依照日照强度，风力大小和负载的变化，相应调节蓄电池的工作状态，把多余的电能储存，日照强度弱的时候释放，当发电量不能满足用电器所需求时控制器直接将蓄电池的电能输送到用电器，确保了整个系统的连续工作性同时也大大提高了汽车的续航里程能力。风光互补联合发电技术的工作原理为利用控制器将太阳能电池方阵和风力发电机发出的交流电转化成为直流电，存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转化为交流电，通过输电线路送达用户负载处。一般来说风能与太阳能在季节上有较大的互补性，即冬天风大而阳光弱，夏天风小而阳光强。（如图1）

2 系统设计

自动温度测量系统由传感器、信号调理放大电路、A/D转换器和8051单片机应用系统组成，测量系统首先通过传感器将被测温度信号转变成与之对应的电阻值，再通过测量电路将其转换成电压值，输入到A/D转换器转换成为数字信号之后再送入单片机处理，单片机按照编排好的程序进行处理，若数据超出提前设定好的阈值，单片机将对喇叭输出高电平，使得喇叭发出信号，提醒车主打开车窗进行自主供电。该自动温度测量系统的自动功能的实现完全依赖单片机中的算法来实现，包括实时多任务处理、测量结果的非线性校正，以及标度变换、量程自动转换和软件抗干扰等。（如图2）

3 汽车系统实现

温度传感器放置于新能源汽车的顶窗之下，当日照强度足够大时候，车顶持续吸收热量，传感器不断接受物理信号并通过A/D转换器转换为数字信号发送给单片机，当数字信号超过初始设置的阈值时，单片机给喇叭发出高电平使之发出信号，提醒车主开始自主充电。光伏电池板所吸收热能转化为直流电流直接传送到直流母线上进行传输，一部分直接供给蓄电池作为备用；另一部分可以直接供给汽车的直流用电或者通过逆变器转换成为交流电为车灯等零部件供电。风电机组则是安装在汽车车门的两侧，在汽车还未行驶之前风电机组是不可以发电的，而当汽车高速行驶时风向与汽车行驶方向相反，速度却相同，当达到风机的启动风速时机组开始工作，从而产生交流电流，电流通过整流器转化成直流电流送入直流母线进行传输，一部分直接供给蓄电池作为备用；另一部分可以直接供给汽车的直流用电或者通过逆变器转换成为交流电为车灯等零部件供电。（如图3）

4 系统的优势与发展前景

新能源一般具有不利于系统平衡的缺点，比如：随机性、波动性，并网给系统带来的不利影响，因此，消除新能源随机性等问题是新能源推广应用急需要解决的问题。互补发电系统技术是利用多种新能源的不同特性组成的一种新发电系统，可以大幅度提高系统的可靠性，减小新能源给电网带来不利影响，提高新能源的竞争优势。充电桩建设的速度一直是制约新能源汽车发展的条件，消费者不想去买新能源汽车的原因，因为充电设施的不齐全，充电桩安放需要固定车位。至2015年年底建成冲换电站3 600座，4.9万个充电桩。车桩比例大约9∶1，而标准的配置比例应该的1∶1。与传统新能源汽车最大的不同在于装配该系统的新能源汽车完全自主充电，完全抛弃了充电桩和充电站的制约，即使在阴雨天也可以由蓄电池带动汽车行驶，使用户的出行更加自由旅途更加长远。汽车每天排出的尾气严重污染大气，危害人体健康，对气候和人类的生存构成了严重威胁，然而装配此发电系统的纯电动新能源汽车与老式纯电动新能源汽车相比，其电能均来源于太阳和汽车行驶时产生的风能，不需要添加任何清洁燃料，在实现真正零排放的同时也不会对汽车本身的零件损耗，使得汽车使用寿命大大提升。

目前新能源汽车的高速增长很大程度上还是靠着政府的影响，购车补贴、免摇号、不限行，限购之下的刚需被导流到新能源汽车。随着补贴政策逐渐退位，以补贴为中心的非市场化产业活动会逐渐减少，回归市场理性。补贴过高带来的问题：一是企业研发不够；二是行业产能过剩；三是产品粗制滥造。自主品牌车企在新能源车型研发上的投入普遍偏低，而且缺乏原创性等基础研究和应用研究。政府与其在车价上给予自主品牌车企高额补贴，不如转变为在研发技术上支持，这样更有利于自主品牌车企持续健康发展。电池价格较高是当前市场大规模发展的最大阻碍，但是锂电池的价格将在未来3年下降超过40%，也就是说与此同时新能源汽车的造价也会随着电池价格的降低而降低。在能源危机，公共环保诉求提升的大环境下，新能源汽车的未来无比灿烂，仍然寄希望于充电技术、电池容量密度两者。

5 结语

多种可再生能源联合发电是一種有效的可再生能源利用方式。目前我国对于多种可再生能源联合互补发电的研究尚处于起步研究阶段，为了响应《中国制造2025》“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，提出汽车低碳化、电动化、智能化的发展目标，此次设计将风光互补发电技术与新能源汽车相结合，构造出一种可以完全自主供电的新型新能源汽车，解决了汽车充电困难、续航里程短等问题。在未来几年中，锂电池的大幅度降价将使得此种汽车模型变为可能，实现汽车纯电动化、零排放的时代将会来临，此种绿色、环保的新能源发电系统也必然会得到大面积的应用。

参考文献

[1] 张子皿，冯宾春.风光互补新能源发电系统的设计与实现[J].风能，2015（9）：60-64.

[2] 黄来，李劲柏，刘武林.风光互补新能源并网发电试验系统的研制与应用[J].湖南电力，2011（4）：10-13.

[3] 胡国文，王银杰，王林.基于DSP28335的风光互补发电系统的优化设计[J].电子设计工程，2012（20）：102-105.

[4] 齐发.独立运行的风光互补发电系统的研究与设计[J].电子设计应用，2005（7）：121-123.