基于一种以新能源为主要能量的户外手机充电桩装置的探究

康浩　王荣

【摘  要】针对现有手机类充电桩产品在使用时存在一定的弊端，首先现有的手机充电桩使用的是市电，不能使用自然能（光能、风能），其次现有的手机充电桩不能调节太阳能板的朝向，且位置固定无法移动。最后是装置成本较高，性价比较低。

【关键词】手机充电桩、新能源、共享、设计

Abstract：in view of the shortcomings of the existing mobile phone charging pile products，first of all，the existing mobile phone charging pile uses electricity，can not use natural energy（light energy，wind energy），secondly，the existing mobile phone charging pile can not adjust the orientation of solar panels，and the position fixed can not move. Finally，the cost of the device is high and the cost-performance ratio is low.

Key words：mobile charging pile，new energy，sharing，design

1、共享自然能手機充电桩的外形结构设计

1、风力发电机;2、第一固定套环;3、第二固定环;4、充电接口;5、电子锁;6、箱门;7、配电箱;8、第一支架;9、连接板;10、重块;11、支腿;12、第三固定环;13、第二支架;14、太阳能光伏板;15、连接杆;16、第一法兰;17、第二法兰;18、合页;19、控制器;20、蓄电池;21、光能发电组;22、锁杆;23、螺母;24、膨胀螺丝。

2、共享自然能手机充电桩系统设计

本共享自然能手机充电桩电气系统，供电电压分为12V和220V，负载平均用电量为 8Ah，峰值日照小时数按照“新疆地区的年辐射量在5852-6680MJ/m2以上” 进行估算，标准光照下平均日照取时间去 4h。所设计系统结构如图 2 所示，主要由50W太阳能电池板、100W风力发电机、12伏风能和光能控制器、铅蓄电池、12伏转220伏逆变器、QC3.0手机多接口充电器等组成。

工作原理：白天在太阳光的照射下和风的吹动，太阳能电池板和风力发电机产生的直流电通过控制器进入铅蓄电池进行存储，当有人需要对手机进行充电时，蓄电池输出 12V 直流电通过逆变器输出220V 交流电，为QC3.0手机多接口充电器供电，进而实现对手机进行快速充电，220伏扫码充电用于适配手机原装充电器，扫码功能的使用增强装置安全性。

2.1太阳能电池板选择

P=（P0*t*Q）/（η1*T）（1）太阳能光伏板产生能量可参考公式 1 计算

P—光伏组件（阵列）的峰值功率

P0—负载的功率;

t—负载每日的用电时间，USB充电电压为 5.2V，所以用电量P0*t

η1—为系统的效率，包括组件失配效率、风光控制器效率、铅蓄电池工作效率、逆变器工作效率及导线能量传输效率等，一般可取 0.7

T—新疆当地的日平均峰值日照时数，单位 h;

Q—连续阴雨期富余系数一般为 1.2 ～ 2。

根据此地区测得平均数据，所以选择功率为P=（P0*t*Q）/（η1*T）= 58.6W实际选用品牌XHGD-50W 型光伏组件 1块，其主要参数如表 1 所示。

2.2风力发电机的选择

根据设计要求，统计新疆地区风速等环境数据，选择型号JLS-100功率为100W电压12伏

2.3蓄电池容量的选择

C=（P0*t*D）/（U*K*n2）（2）蓄电池的容量可按公式 2 计算式中

C—铅蓄电池的容量，单位 A·h;

P0—负载的功率，t—负载每天的用电小时数，由于充电电压分别为 5.2和220伏，U—系统的工作电压（或蓄电池组的额定电压），单位 V;K—蓄电池的放电系数或蓄电池储存电量的利用率，此值应考虑蓄电池效率、放电深度、环境温度等影响因素而定，一般取值为0.4 ～ 0.7，此处取 0.5。根据实验多次测得平均数据，蓄电池容量C=（P0*t*D）/（U*K*n2）=22.8选择容量12V 24Ah 型号为NPG24-12太阳能胶体蓄电池。

2.4 光伏控制器的选择

光伏控制器的主要作用是使铅蓄电池性能稳定、安全可靠、高效工作，防止出现太阳能光伏板超过铅蓄电池充电峰值，造成电池过充、过放寿命降低现象，主要对输入电压、输入电流、负载电流等主要因素进行控制。本项目要求24小时工作，选用带有 USB充电孔，为5v感应光照系统，提供电能。

2.5逆变器的选择

将12v蓄电池转化为qc3.0手机多孔充电器和扫码插座220V交流电。根据计算得出最低功率为380W，所以选取功率为500W逆变器。

2.6手机充电线及电源导线选择

根据市场上目前手机数据线的几种类型，选用三合一的数据传输线，具有iPhone接头、android接头和 type-c接头。

电源导线采用BVR单芯多股线1.5/1.0平方线

3装置实物图

4结束语

本文介绍了一种共享自然能手机充电桩的外观设计、电气系统设计和软件编程并安装测试完成，经过户外多次实物测试，结果表明，该共享自然能手机充电桩可实现全天候为手机快速供电、蓄电池过充过放保护、漏电报警等功能，已达到设计要求。

参考文献：

[1]詹新生，张江伟 . 光伏发电系统的设计、施工与运维  [M].北京：机械工业出社，2017.

作者简介：

康浩（1998--），男，汉族，籍贯黑龙江齐齐哈尔，本科，土木工程专业。

指导教师：王荣（1983--），女，汉族，硕士，土木工程专业，研究方向：结构耐久性。