新能源电动汽车光储充研究设计

金毅平

摘要：新能源电动汽车快速普及，不仅意味着充电站的大量布局以及充电桩的批量建设，对于电动车的充电体系也形成严峻考验。结合新能源电动车充电过程，开发一套光储充系统也就提上日程。本文首先分析了设计光储充系统的必要性，随后介绍了光储充系统的组成结构与工作原理。

关键词：新能源;电动汽车;光储充

引言：新能源汽车大量布局与应用，促使充电桩的应用需求不断提升，也为新能源汽车充电站的工作提出更高要求。因此有必要设计一种光储充系统，提升发电、储能、充电的整体协调性，为新能源汽车充电提供切实可行的帮助。

一、光储充设计必要性

1.光伏储能技术日臻成熟。光伏电池的应用已有较长时间，在科学研究设施、气象观测设施等专有设施的供电体系中发挥重要作用。随后光伏电池应用空间延伸到电网，光伏发电在电力体系中应用逐步广泛。另一方面，储能技术也处于快速发展状态，离子电池的应用显著提升储能效果。技术的发展伴随着安全性的提升，为光储充系统的研究奠定技术基础。

2.充电桩数量不足。近年来新能源汽车数量和充电桩数量均处于快速上升状态，与此同时车桩比也处于上升状态。十二五末车桩比接近8：1，截止十三五末，这一比例已经上升到接近3：1。但是相比于理想化的车桩比仍有较大差距，达到车桩比1：1的状态可谓任重道远，因此充电桩的实际缺口仍然较大，也意味着充电桩的需求空间非常可观。

3.新基建背景推动。“新基建”是近两年我国基础设施建设领域的热点话题，相比于传统基建，“新基建”更加侧重于5G基站、新能源、工业互联网等着眼于未来经济发展与社会生活的领域。结合近年来新能源电动汽车快速普及的背景，新能源充电桩的建设引人注目。充电桩的大量布局，意味着应用需求的大量释放。在描绘充电桩未来应用蓝图的同时，也需要考虑到充电桩大量上马可能带来的问题;尤其是从充电站的角度出发，如何协调新能源汽车充电过程中各组成部分的工作成为重中之重。如果无法有效协调充电、储能等环节，则有可能导致充电站无序工作的现象，降低充电桩应用效率。

二、光储充设计方案

1.光伏系统设计。光伏系统设计注重与周围建筑的结合，电动汽车充电桩通常距离建筑较近，光伏系统设计过程可以利用停车场的车棚，借助光伏系统实现充电桩的电能供应效果，还可以作为充电站其他部分的能量来源。尚未被利用的电能保存在储能系统中，提升光伏系統能量的利用效果。关于光伏系统的状态监测，则由监控系统负责。监控系统集成了智能监控模块，如果充电站在短时间内承担过多的新能源汽车充电任务，光伏系统现有储能存在短缺，此时通过智能监控系统可以调动电网，借助电网功能方式实现充电桩能量供应效果，并解决光伏系统能量储备不足的问题，避免新能源汽车长时间等待充电。

2.储能系统设计。光伏发电后生成的能量保存在储能系统中，由于光伏发电生成直流电，并不能直接供给到充电桩，需要对直流电进行能量转换。在储能系统中布局蓄电池组，实现直流电到化学能量的转化效应，新能源汽车充电桩可以使用这部分化学能。为保证储能效果，在储能系统主要使用蓄电池，因此储能系统相当于蓄电池的集合，多个蓄电池单体以蓄电池组的形式设置在储能系统中，蓄电池单体的连接形式多样。采用锂电池作为储能系统的蓄电池，充分发挥锂离子在放电、使用寿命等方面的优势，还能够提升能量密度。锂电池在诸多数码产品中已有成熟应用，在新能源汽车储能体系中也有广阔应用空间。

3.充电系统设计。充电系统设计采用多种充电方式并行的方案，在此分别说明。

（1）直流充电。电动汽车直流充电桩电能来源为直流母线，将充电装置与新能源汽车相连接，实现电动汽车充电效果。直流充电方式具有充电效率高、时间短的特征，适用于快速充电的需求，单次充电电流约在200mA左右。

（2）交流充电。交流充电相比于直流充电，充电时间相对较长，单次交流充电的时间约为8h～10h。交流充电系统主要采用三相交流电，工作功率较低，常见三相交流电工作功率为10kW～30kW。因此交流充电瞬间产生的冲击力较小，对于新能源汽车电池、充电桩的寿命延长有利，同时起到保护电网的作用。但是执行一次交流充电消耗时间较长，意味着充电站车位长时间被占用。

（3）更换电池充电。这是效率最高的充电方式，直接更换充满电的电池就完成充电任务。电池更换过程采用自动化理念，在充电站内部布局自动更换电池的装置，在较短时间内完成电池替换任务，每一次更换电池最多耗费约10min。更换电池充电还可以挖掘电池的使用潜力，具有更换效力的电池组，还能够承担电网系统的供电任务，提升电能利用效率。

4.监控系统设计。充电站监控系统负责充电状态监测、信息反馈等多项任务，组成智能监控系统的关键组件是监控组态软件。通过智能监控系统，实现新能源汽车充电体系的信息共享传输效果，促进光储充信息的流转和共享，为用户操作处理数据提供有效依据。智能监控系统反馈全部单元的当前状态，以及光伏、储能、充电系统的具体状态。因此充电站的用电需求波动情况可以准确无误地体现在智能监控系统中，为人员掌握能量流动、合理分配能量提供有效依据。

结束语：光储充系统的应用，有效提升充电站的运转能力，整合电动汽车充电过程各项环节，不仅提升能源利用效率和电动车的充电效率，对于能源循环使用也有促进作用，为新能源汽车的应用带来更多环保效应。

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