基于光伏發(fā)電的電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)摘要目前，全球新興經(jīng)濟(jì)雖然得到了極速的有效發(fā)展，但是由于環(huán)境條件破壞嚴(yán)重、能源資金開采過(guò)甚，因此許多新興產(chǎn)業(yè)將被迫進(jìn)行轉(zhuǎn)型。所以找到了全新的石油能源利用方式與汽車環(huán)境和諧的解決方法等也是我國(guó)汽車行業(yè)必須堅(jiān)持走的一條道路。該篇學(xué)術(shù)論文主要采取了深度對(duì)比綜合分析的研究形式，將不同多種類型太陽(yáng)新能源的利用功率和環(huán)境特點(diǎn)因素進(jìn)行了深度對(duì)比和綜合分析，發(fā)現(xiàn)各類太陽(yáng)能能源是既基本可完全清潔、無(wú)任何污染的非可再生能源又完全可以持續(xù)地再利用，而且我們對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的使用也已經(jīng)相對(duì)成熟一些，所以怎么使用太陽(yáng)能能量給電動(dòng)汽車提供更多的電能成了我們解決的問(wèn)題。本篇論文通過(guò)對(duì)當(dāng)前我國(guó)利用太陽(yáng)能在全球地理生態(tài)環(huán)境、科學(xué)研究技術(shù)水平和實(shí)際應(yīng)用發(fā)展情況等多個(gè)不同角度問(wèn)題做出了深入研究和案例分析。并且在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)正式開始規(guī)劃投入建設(shè)運(yùn)營(yíng)的多個(gè)太陽(yáng)能光伏電動(dòng)汽車智能充電站在規(guī)劃建設(shè)充電場(chǎng)所設(shè)置地點(diǎn)、電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)形成管理方式、使用充電途徑等各個(gè)方面都已經(jīng)有比較相關(guān)性的研究與技術(shù)分析，對(duì)于建設(shè)太陽(yáng)能光伏汽車發(fā)電配套系統(tǒng)及其用于電動(dòng)汽車的智能充電樁也已經(jīng)做了深入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)研究以及分析，想出了創(chuàng)造光伏充電站的想法。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；光伏逆變器；充電樁TOC\o"1-2"\h\u22904摘要 -8-第一章緒論1.1光伏發(fā)電的背景及意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平的逐漸提高，電能作為第二次工業(yè)革命就登上歷史舞臺(tái)的重要能源，至今任扮演著基礎(chǔ)而重要的角色。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過(guò)程必然伴隨著能源消耗，大量使用了已被用作常規(guī)能源的能源，煤，石油和天然氣這種能源短時(shí)間內(nèi)幾乎不可能再生，使用就伴隨著消亡，所以地球儲(chǔ)藏的能源將越來(lái)越少。太陽(yáng)能發(fā)電是一種可再生清潔能源，它的科技含量非常豐富，太陽(yáng)能的綜合利用處理方法單一，現(xiàn)在多數(shù)應(yīng)用于光伏電站發(fā)電。采用光伏發(fā)電的原理就是把太陽(yáng)能源變成其他的電能，這樣轉(zhuǎn)變的電能利用方法其實(shí)較為單一大多數(shù)是利用液晶半導(dǎo)體的光能特性將其電能轉(zhuǎn)化。具有完全清潔的，相對(duì)廣泛的，絕對(duì)的使用安全性，足夠多的節(jié)能資源以及潛在的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這是使用太陽(yáng)能的最大優(yōu)點(diǎn)。大概在2015年前后，光伏發(fā)電總量已經(jīng)超過(guò)之前預(yù)測(cè)的1%，因此光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，在將來(lái)未來(lái)的能源發(fā)展中占有重要比例。按照當(dāng)前石油使用市場(chǎng)狀況，我國(guó)的主要煤炭和石油天然氣僅石油可繼續(xù)維持未來(lái)幾十年高速發(fā)展，原油至今仍然主要依賴于大量的石油國(guó)際貿(mào)易產(chǎn)品進(jìn)口。我國(guó)將處于能源缺乏的窘境，因此我們要加快能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型但是此舉必然將對(duì)環(huán)境造成二次污染，這是不可你轉(zhuǎn)的。因此，在這種大背景下，對(duì)新能源的探索和使用逐漸成為一項(xiàng)重要的工作。由于具有清潔，含量豐富使用方便等優(yōu)質(zhì)特性，光能受到越來(lái)越多的國(guó)家的重視和利用。我國(guó)占地面積廣，光照充足但分布不均，如我國(guó)西北地區(qū)全年光照時(shí)間長(zhǎng)，地域跨服大，相比一些光能發(fā)電較好的地域小國(guó)，我國(guó)的光能發(fā)電的條件是非常有利的。正是這樣我國(guó)的光伏發(fā)電行業(yè)必然會(huì)很好。由此可見，光伏發(fā)電具有良好的應(yīng)用前景和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。未?lái)將會(huì)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。而且可以解決能源造成的污染問(wèn)題。因此，研究與推進(jìn)提高我國(guó)太陽(yáng)能能源利用效率的一些相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究有著直接推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要?dú)v史意義。1.2光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀由于太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全世界的光伏發(fā)電總值都飛速飆升，在上世紀(jì)九十年代初是55兆瓦，到二十世紀(jì)初是287兆瓦。正因光伏發(fā)電發(fā)展快速，日本人預(yù)測(cè)，在二十世紀(jì)三十年代的時(shí)候，太陽(yáng)能電池發(fā)電總值將達(dá)到100吉瓦。圖1-1是不同國(guó)家光伏發(fā)電在總發(fā)電量的占比。 圖1-SEQ圖1-\*ARABIC1各國(guó)光伏發(fā)電在總發(fā)電量的占比光伏電池有了三次改變。第一代太陽(yáng)能電池主體是硅晶片，但其價(jià)格高，消耗材料過(guò)多，而且在整個(gè)過(guò)程中也消耗大量能量，性價(jià)比很低。第二代太陽(yáng)能電池基于薄膜技術(shù)，通過(guò)將非常薄的太陽(yáng)能電池材料放置在非硅材料基板上，從技術(shù)層面減少了原材料的消耗，性價(jià)比不錯(cuò)，可用于大量制造。第三代的太陽(yáng)能電池有效的減少了沒有必要的消耗，把光能的利用率提高了，也降低了太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻，這為光電轉(zhuǎn)化效率的提高提供了便捷。從以上三代新型光伏動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)立場(chǎng)分析可以明顯看出，低材料成本，低照度和使用時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)將變成我國(guó)新型光伏電池的主要發(fā)展方向。中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。十年前我國(guó)的的光伏發(fā)電就代替了日本。從2003年到2009年，在這四年里中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的平均增長(zhǎng)率達(dá)到110％。相比較上一年，產(chǎn)量已經(jīng)到達(dá)了全球的62%，繼續(xù)登頂全球。我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)大多位于地域偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，且主要使用范圍多為太陽(yáng)能路燈，交通信號(hào)燈等便民設(shè)施。2014年我國(guó)光伏電池產(chǎn)量不斷提升，最終在世界光伏產(chǎn)電占有比重巨大。盡管當(dāng)前我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電在不斷優(yōu)化提升，可其已將光電效益轉(zhuǎn)化成效率，產(chǎn)業(yè)發(fā)電量和規(guī)?；?，大城市的光伏并網(wǎng)發(fā)電量，就一些發(fā)達(dá)的發(fā)展國(guó)家而言相比仍然還存有一定大的差距。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文主要研究設(shè)計(jì)了光伏發(fā)電電動(dòng)汽車充電樁，將太陽(yáng)能通過(guò)光能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電能為電動(dòng)汽車充電的原理。第一章主要內(nèi)容為光伏發(fā)電的研究背景以及研究光伏發(fā)電的意義，以及了解國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電的狀況并給我們顯示了各個(gè)國(guó)家在太陽(yáng)能發(fā)電的總量在各個(gè)國(guó)家的光伏發(fā)電展業(yè)中的占比。第二章主要為我們介紹了太陽(yáng)能電池的工作原理以及輸出特性，并畫出了光伏模板結(jié)構(gòu)示意圖。第三章介紹充電樁的幾種充電方式，以及它們充電時(shí)候的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并且簡(jiǎn)略的介紹了幾種充電模式并且綜合以往充電模式的缺陷創(chuàng)新了型新充電模式，充電樁的工作原理和儲(chǔ)能蓄電池的充電原理。第四章介紹了DC/DC變換器以及設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車充電樁DC-DC變換器電路和光伏逆變器的工作原理和仿真。第五章完成小型大功率的純電動(dòng)汽車光伏電池充電樁測(cè)試樣機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試，主要對(duì)比了不同光照強(qiáng)度下測(cè)試出不一樣的測(cè)試結(jié)果。第六章述說(shuō)了光伏發(fā)電電動(dòng)汽車的推廣并且大力支持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車充電樁的展望。第二章太陽(yáng)能電池的基本特性2.1太陽(yáng)能電池工作原理在白天光照階段，太陽(yáng)能電池組把吸收的能量，通過(guò)電子電路把能量轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換出的電流通過(guò)dc-dc電路降壓或直流升壓后在通過(guò)整流電路再次降壓，流到其他光伏轉(zhuǎn)換設(shè)備里。光伏電動(dòng)汽車的充電來(lái)源主要就是儲(chǔ)能光伏電池，它在電動(dòng)汽車充電時(shí)起電能轉(zhuǎn)換緩存的作用。太陽(yáng)能電池的主要工作基本原理[6]，電池里的離子吸收不同頻率波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，發(fā)生電子定向運(yùn)動(dòng)形成電勢(shì)差。如下表圖2-1太陽(yáng)能電池吸收陽(yáng)光后如何工作的原理圖。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1太陽(yáng)電池的工作原理2.2太陽(yáng)能電池的輸出特性太陽(yáng)能電池輸出的電流電壓的大小，是和太陽(yáng)光的強(qiáng)度大小，吸收太陽(yáng)光能充不充足以及是否把太陽(yáng)光能充分利用的能力有關(guān)，正是因?yàn)檫@樣太陽(yáng)能電池在進(jìn)行直流發(fā)電的時(shí)候才會(huì)顯示非線性的變化曲線，其最大輸出電壓動(dòng)態(tài)電流特性變化曲線結(jié)構(gòu)圖如下圖2-2所示，太陽(yáng)能電池的最大輸出輸入功率點(diǎn)也是會(huì)變化的，它會(huì)隨著最大輸出輸入電壓的變化從而進(jìn)行波動(dòng)，除了上述所說(shuō)的以外，太陽(yáng)能電池的輸入電流和輸出電壓特性變化曲線還可能會(huì)直接受使用環(huán)境及其溫度變化因素的影響，由于太陽(yáng)能光伏電池最大輸出功率點(diǎn)的Pm值所對(duì)應(yīng)的電流輸出量和電壓波動(dòng)特性還可能會(huì)因?yàn)閮?nèi)外界使用環(huán)境的溫度變化等而有所輕微偏移。為了能達(dá)到光伏燃料電池的功能以最大輸出功率點(diǎn)電壓輸出，我們一般采用最大輸出功率時(shí)的點(diǎn)電壓跟蹤(MPPT)控制算法來(lái)達(dá)到我們所需要的最大工作的輸出電壓。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC2太陽(yáng)能電池的輸出特性動(dòng)態(tài)曲線目前，有很多方法對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制，比如有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法和電壓跟蹤法。以上所說(shuō)的方法我們只需要更改太陽(yáng)能電池的輸出電壓就可以達(dá)到控制輸出功率的目的，并且我們還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備知道在輸出功率最大的時(shí)候太陽(yáng)能電池輸出電壓的數(shù)據(jù)。我們拿太陽(yáng)能模塊單板來(lái)作為一個(gè)例子，在陽(yáng)光充足的情況下，輸出額定電壓18-50之間，而在陽(yáng)光不充足的情況下，工作效率只能達(dá)到正常情況的30%左右。2.3光伏發(fā)電模塊當(dāng)陽(yáng)光照在地表時(shí)，太陽(yáng)能電池就會(huì)把陽(yáng)光吸收進(jìn)行光伏作用，再儲(chǔ)存能量。但是當(dāng)我們所需的電壓不夠大時(shí)，那么我們就需要通過(guò)多個(gè)太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)能儲(chǔ)蓄電池組合來(lái)獲取更大的電壓，因此我們需要控制器以及變壓器來(lái)組成一個(gè)升壓系統(tǒng)模板。這種模板的缺點(diǎn)是容易受其他不可控因素的影響，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境是沒有壞處的。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3光伏發(fā)電模板的結(jié)構(gòu)圖2.4本章小結(jié)本章主要介紹了太陽(yáng)能電池的工作原理和太陽(yáng)能電池輸出特性曲線，以及這種曲線能夠受到環(huán)境因素的影響以及知道了追蹤最大輸出功率點(diǎn)的幾種控制方法，以及怎么構(gòu)建一個(gè)光伏發(fā)電管理系統(tǒng)。第三章充電樁的工作原理3.1電動(dòng)汽車充電樁的主要充電方式目前，我國(guó)正在大城市建造快速汽車充電站，在相對(duì)偏遠(yuǎn)的地方建造汽車充電樁。未來(lái)，充電站與移動(dòng)充電樁將會(huì)越來(lái)越多。不同地方的充電站基樁會(huì)用不同的方式進(jìn)行建造大的充電樁會(huì)建在地勢(shì)寬闊的地方，小的充電樁就可以裝在狹窄的地方。當(dāng)然充電樁也有的是按尺寸分類的。光伏電動(dòng)汽車行業(yè)太陽(yáng)能直流電動(dòng)汽車充電樁傳輸系統(tǒng)一般需要使用經(jīng)過(guò)個(gè)別的dc-dc直流電動(dòng)變換器將該直流電路信號(hào)通過(guò)一個(gè)高升和高低降壓直流電動(dòng)變換器的電路進(jìn)行輸出，提供直流傳輸服務(wù)給光伏行業(yè)電動(dòng)汽車直流電動(dòng)充電站基樁。圖3-SEQ圖3-\*ARABIC1交流/直流電動(dòng)汽車充電樁結(jié)構(gòu)其中不同充電樁采用的充電方式有交流充電方式、直流充電方式、快速充電方式三種，它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)如表格3-1所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC1不同充電方式優(yōu)缺點(diǎn)充電方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)交流充電放式因?yàn)橛玫墓β屎碗娏鞯念~定值不關(guān)鍵，所以采用這種充電方式得充電器安裝成本低，在電力低峰期可以降低充電成本，提高充電效率延長(zhǎng)電池使用壽命。充電時(shí)間過(guò)于漫長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致公共停車場(chǎng)所不夠用等問(wèn)題。直流充電方式降低自動(dòng)充電額定功率，充電持續(xù)時(shí)間較短。不具備符合我們理想的容量?jī)?chǔ)能型蓄電池及其充電方式動(dòng)態(tài)性能特性變化曲線，動(dòng)力電池容易過(guò)熱產(chǎn)生大量析氣放電現(xiàn)象，對(duì)于蓄電池的正常使用壽命也會(huì)有很大量的影響?？焖俪潆姺绞教岣吡顺潆娦恃娱L(zhǎng)了電池的使用壽命，汽車用戶更換使用過(guò)的電池有利于提高車輛的使用效率。一旦出現(xiàn)電量虧損，就要持續(xù)充電幾個(gè)小時(shí)，在能量補(bǔ)充問(wèn)題上受到很大程度的限制，能量補(bǔ)充也受到極大地限制。3.2儲(chǔ)電功能模式蓄電池自動(dòng)充電工作模式目前，在光伏發(fā)展行業(yè)的產(chǎn)業(yè)中，鉛酸儲(chǔ)能蓄電池是被用的比較多的電池對(duì)象。所以鉛酸儲(chǔ)能蓄電池作為蓄電池充放電研究的對(duì)象最合適不過(guò)。如果電池在充電過(guò)程中發(fā)生了電池里的結(jié)構(gòu)受到了損壞，那么將會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電池的使用性能變低。如果不斷地充電電池的壽命也會(huì)也會(huì)縮短，因此維持電池的壽命也變成了我們需要考慮的問(wèn)題。儲(chǔ)能蓄電池有幾個(gè)充電模式：恒流限壓充電、恒壓限流充電、分段式充電。由馬斯定律可知：儲(chǔ)能蓄電池接受充電電流的能力會(huì)隨充電時(shí)間呈逐漸下降的趨勢(shì)，即，是開始的最大電流值，?是衰減率常數(shù)（接受率），如圖3-2所示為儲(chǔ)電功能蓄電池理想的可接受充電曲線。圖3-SEQ圖3-\*ARABIC2儲(chǔ)電功能蓄電池可接受充電電流理想曲線恒流限壓自動(dòng)充電和恒壓限流自動(dòng)充電，充電的持續(xù)時(shí)間和儲(chǔ)能電池和蓄電池的平均虧電量有關(guān)，如果虧電量多那充電持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，反之，充電持續(xù)時(shí)間短。儲(chǔ)能汽車電池組平均充電量與電池充電持續(xù)時(shí)間之比可以用表示形式為: 恒壓限流充電隨著時(shí)間的流逝充電的電流保持不變電壓不斷增長(zhǎng)，但是在充電初期，充電的電流太大會(huì)影響正極板上活性物質(zhì)的強(qiáng)度，在充電后期電流有變得太小，這樣會(huì)導(dǎo)致充電充不滿，長(zhǎng)此以往會(huì)損壞電池的使用壽命。恒流限壓充電電流隨時(shí)間的推移電流大小不斷降低，這是因?yàn)楹笃诘拇蟛糠值碾姸急挥萌シ纸馑耍@樣會(huì)產(chǎn)生氣泡，不僅浪費(fèi)電能還會(huì)影響電池的壽命。分段式充電是結(jié)合恒流和恒壓充電的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)的充電方式它分為三個(gè)階段，階段一快速充電，階段二補(bǔ)充充電，階段三涓流充電（用微弱的電流給電池的電解質(zhì)充電），這種充電方式的主要好處就是可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，下圖為恒流限壓自動(dòng)充電和恒壓限流自動(dòng)充電和分段式充電的充電曲線圖圖3-SEQ圖3-\*ARABIC3恒流限壓充電曲線圖3-SEQ圖3-\*ARABIC4恒壓限流充電曲線圖3-SEQ圖3-\*ARABIC5分段式充電曲線3.3DC-DC變換器控制模塊新型dc-dc系列電壓變換器的微編程控制電路主要由stm32微控制器最小電壓轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)、電壓/電流輸出器和電流系統(tǒng)組成部分采樣品的電路。我們選擇的最小化微控制器是一家外國(guó)的半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)研發(fā)的stm32f103vct6處理核心芯片，這種處理核心的芯片非常好用優(yōu)點(diǎn)十分的多，而且功能十分的強(qiáng)大，片內(nèi)硬件具有256kbflash48kbram，采用32位的karmcorte-m3的處理內(nèi)核，它具有72mhz的內(nèi)部工作頻率，16個(gè)12位的內(nèi)部a/d射頻轉(zhuǎn)換控制接口，11個(gè)內(nèi)部射頻定時(shí)器等硬件資源，最主要的是這種芯片還是很便宜的芯片。這款芯片接下來(lái)將會(huì)作為我們?cè)谠O(shè)計(jì)變換器集成電路的時(shí)候的一個(gè)重要的組成部分，而且擔(dān)任了電路控制處理的作用。下圖3-6就是這款芯片組成的最小的控制系統(tǒng)實(shí)物圖。圖3-SEQ圖3-\*ARABIC6STM32控制處理器最小系統(tǒng)我們采用的種種控制器，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)獲得輸入電壓/輸出電流信號(hào)的數(shù)據(jù)從而來(lái)控制電路，再通過(guò)使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備把收集到的信號(hào)傳到控制器的a/d模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道上去，從而達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換，在把具體實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與之前理想條件下設(shè)定理論參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，分析的結(jié)果就是當(dāng)我們每次輸出了一個(gè)pwm的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)就會(huì)控制電路一次，控制電源的開啟和電源的斷開，所以我們需要不斷的來(lái)輸入這種信號(hào)來(lái)保證電路能夠有一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，從而是電路能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。結(jié)合新型號(hào)的dc-dc輸出降壓信號(hào)變換器實(shí)際應(yīng)用的本電路及其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用來(lái)正確達(dá)到實(shí)現(xiàn)最小接入輸出訊號(hào)輸入控制端口的升壓和把硬件設(shè)計(jì)的電壓降低目的，同時(shí)通過(guò)本設(shè)計(jì)電路的最小的輸入信號(hào)處理器的引腳例如pb1、pa9為新的引腳pwm輸入訊號(hào)輸出信號(hào)的接收發(fā)送接入輸出引腳，pb6和一個(gè)新的引腳pb7配置為兩個(gè)不同串行輸出端口的引腳r和其中rx輸出信號(hào)的的接受和接收口的以及tx輸出信號(hào)的的發(fā)送接入輸出管理引腳。3.4本章小結(jié)本章主要了解了動(dòng)汽車充電樁的幾種充電方式，通過(guò)光伏充電樁的工作原理為我們介紹了儲(chǔ)蓄電池的工作原理和DC-DC變換器控制處理器的最小系統(tǒng)。第四章充電樁DC-DC變換器電路的設(shè)計(jì)4.1DC/DC變換器4.1.1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)如果充電口的電壓與接電口的電壓不同那就不能有效的進(jìn)行充電，要想達(dá)到更好的充電效率，我們就需要用dc/dc變換器來(lái)把電源電壓變換成一樣，這時(shí)我們就需要用dc/dc變換器電路。而我們所應(yīng)用的DC/DC變換電路主要分為buck電路，boost電路，buck-boost電路。它們的集成電路結(jié)構(gòu)拓?fù)浞謩e如下圖4-1所示。a.BUCK電路拓?fù)鋱Da.BUCK電路拓?fù)鋱Db.BOOST電路拓?fù)鋱Dc.BUCK-BOOST電路拓?fù)鋱Dd.CUK電路拓?fù)鋱D圖3-1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DBuckboost Buck-boost圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1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D4.1.2Buck變換電路的工作原理光伏電池充電系統(tǒng)對(duì)新型鉛離子蓄電池進(jìn)行充電的方式有很多，buck電路便是其中的一種，而且buck電路對(duì)把電流降低的工作效率還是挺高的，并且buck電路一直在把電流降壓達(dá)到穩(wěn)定的電壓起著重要的作用，因?yàn)樗鼘?duì)電壓值的要求遠(yuǎn)大于給鉛蓄電池所充時(shí)需要的的電壓，且不穩(wěn)定，所以我們使用它的buck電流變換降壓電路很好的有效解決了這一降壓?jiǎn)栴}。Buck電路是通過(guò)開關(guān)Q不斷導(dǎo)通和關(guān)斷交替變換，實(shí)現(xiàn)降壓和穩(wěn)壓的。當(dāng)開關(guān)Q導(dǎo)通時(shí)，如圖4-2所示，電流從電路通過(guò)開關(guān)時(shí)不斷的往電感上充電，此時(shí)電感就會(huì)把電能不斷地進(jìn)行儲(chǔ)存，這時(shí)候電路中的電流是電流1比電流2大，這時(shí)候的電流就會(huì)不斷地往電容2流入，那么當(dāng)前狀況就說(shuō)明電容2在充電。當(dāng)開關(guān)Q關(guān)閉時(shí)，如圖4-3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)I1<I2，電容開始放電。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC2開關(guān)導(dǎo)通時(shí)Buck等效電路圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC3開關(guān)關(guān)閉時(shí)Buck等效電路圖4.1.3Boost變換器的工作原理Boost升壓電路工作原理如圖4-4所示圖3-4圖3-4升壓DC-DC變換器電路的原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC4boost電路的原理圖圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖4-SEQ圖4-\*ARABIC5升壓式DC-DC變換電路輸出波形如圖4-5所示，隨著驅(qū)動(dòng)時(shí)間的不斷增加，l上的驅(qū)動(dòng)電流也呈線性地在增長(zhǎng)，且呈現(xiàn)為周期性變換，L上的電壓周期性維持穩(wěn)定，打開時(shí)較高，關(guān)閉時(shí)不顯示電壓。 (4-1)當(dāng)時(shí)，達(dá)到最大值，通過(guò)二極管D導(dǎo)通時(shí)，的增長(zhǎng)量為 (4-2)在時(shí)刻，開關(guān)管S關(guān)斷，通過(guò)二極管D向輸出端流動(dòng)，電源功率和電感L的能量流向負(fù)載和電容C，，此時(shí)加在L上的電壓為，因?yàn)?，故減小。 (4-3)當(dāng)時(shí)，達(dá)到最小值，在開關(guān)S截止期間，的增長(zhǎng)量為(4-4)boost模式變換器的兩個(gè)輸入輸出電流峰值就是兩個(gè)升電降壓補(bǔ)償電感L輸出電流的一個(gè)平均值。(4-5)二極管D的電流平均值就是負(fù)載電流，并且此刻開關(guān)S導(dǎo)通期間電感電流的增長(zhǎng)量等于它在開關(guān)S截止期間的減少量，由下列公式可直接得出此刻輸出負(fù)載電壓與此刻輸入負(fù)載電壓的正比關(guān)系:(4-6)同時(shí)與降壓式中的dc/dc電路相反，因?yàn)檫@種控制電路不可能直接起到控制升壓器的作用，所以在我們使用的時(shí)候把導(dǎo)通開關(guān)的的時(shí)間改變一下就可以做到把改變變換器電壓的目的。4.2光伏逆變器的工作原理與模擬仿真逆變器是將不是高頻率的直流電壓變換轉(zhuǎn)變成成為高頻交流的電壓變換器，由于現(xiàn)在市面上目前大部分電動(dòng)汽車和充電樁系統(tǒng)輸入的主要是高頻交流電，而我們所知道的一些電池都是都是直接提供直流電，這樣導(dǎo)致我們沒有辦法給電動(dòng)汽車直接提供可以使用的電源，所以目前逆變器不可以缺少的，系統(tǒng)最后一次輸出的直流電或者說(shuō)就是通過(guò)儲(chǔ)能的蓄電池將充放電時(shí)的三相直流電轉(zhuǎn)換成單相交流電，從而能夠提供單相電的交流電提供給一臺(tái)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電樁。4.2.1光伏逆變器工作原理（1）前原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC6原理圖（2）工作原理當(dāng)我們把開關(guān)關(guān)上，電路電流就會(huì)流經(jīng)電感就會(huì)給電感充能，如果我們把開關(guān)打開之前電感里面的能量就會(huì)流出作用在電路的負(fù)載上。如果電感非常大一定時(shí)間流經(jīng)電感的電流量是固定的，這段時(shí)間電感就會(huì)儲(chǔ)存一定的能量，如果電容也是非常的大，此時(shí)，我們把開關(guān)打開，打開的這段時(shí)間電源會(huì)給電容充電經(jīng)過(guò)與之前相同的時(shí)間電容所充的能量應(yīng)該與之前釋放到負(fù)載的能量相等。用公式來(lái)表示它們的關(guān)系的話如下列出：(4-7)(4-8)綜上可知，因?yàn)?，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。在電路工作過(guò)程中，電路的電感電流也會(huì)發(fā)生斷斷續(xù)續(xù)的情況，但是大致上就分為兩種，一種情況叫做電流連續(xù)動(dòng)作，這種情況一般是先把電路的開關(guān)打開，再讓電路里面的電感電流變成零。另一種情況叫做電流不連續(xù)動(dòng)作，這種情況一般是先讓電路里面的電感變成零之后，再把開關(guān)打開。它們的主要區(qū)別就是開關(guān)是否打開和電感是否為零的順序不一樣。為了更全面的了解這兩種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了下面兩個(gè)等效電路如圖4-7，來(lái)研究怎么樣減少電流負(fù)載的的波動(dòng)。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC7電路等效模型我們把先把開關(guān)s閉合，等效控制電路如下下圖4-7（a）所示，那么可得:(4-9)設(shè)電流的初始值為，解得：(4-10)然后令S關(guān)斷，由圖4-7(b)的等效電路有：(4-11)設(shè)電流的初始值為，解得：(4-12)圖4-8是連續(xù)動(dòng)作和不連續(xù)動(dòng)作的的理論波形。圖圖3-8連續(xù)和不連續(xù)動(dòng)作理波形圖2SEQ圖\*ARABIC\s19連續(xù)和不連續(xù)動(dòng)作理論波形圖4-SEQ圖4-\*ARABIC8波形圖（3）后原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC9原理圖（4）工作原理如圖4-9所示為以絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)為主開關(guān)器件的單相全橋逆變器主電路圖為主輔助開關(guān)控制器件的直流單相全向三橋交流逆變開關(guān)器件的主控制電路結(jié)構(gòu)圖，圖中是交流輸出電感，是直流的電容，4是主開關(guān)管IGBT，它能夠控制pwm信號(hào)，把電流的正弦波圖像給導(dǎo)出來(lái)，讓我們知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論值相同，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電流功率驅(qū)動(dòng)因數(shù)為1的控制目的。4.2.2光伏逆變器的模擬仿真圖3-10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路下圖4-10是一個(gè)圖3-10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路圖4-SEQ圖4-\*ARABIC10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路圖中的四個(gè)電壓控制電壓源的相位都互相差了。它們的周期都是。當(dāng)分別設(shè)置位于v1與v3的兩個(gè)delaytime夾角參數(shù)(即兩個(gè)觸發(fā)點(diǎn)夾角α)為3ms時(shí)，那么就需要把2號(hào)電源和四號(hào)電源的參數(shù)設(shè)置為，讓它們差假設(shè)一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電壓為。為了可以給電動(dòng)汽車充上電，可用圖4-10所示的電路將100V直流電逆變成220V交流電。已知參數(shù)L1=1.0H，R2=1.0KΩ，C1=10u我們可以通過(guò)圖4-10的電路原理得到下圖的實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC11實(shí)際實(shí)驗(yàn)220V交流仿真圖3-11220V交流仿真圖3-11220V交流仿真因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的電路還不夠完善，也存在著許多的問(wèn)題和缺陷，許多的客觀因素我們沒有考慮進(jìn)去，沒有辦法把誤差降到最低，所以圖4-11的仿真度不是一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的正弦波示意圖，這就需要我們?cè)谝院蟮难芯康缆飞?，不斷的改進(jìn)和完善，讓圖4-11變成圖4-12那樣標(biāo)椎的正弦波交流圖。圖圖3-12理論上得的220V交流電 圖4-SEQ圖4-\*ARABIC12理論上220V交流仿真4.3本章小結(jié)主要介紹了兩種電路buck電路和boost電路的工作原理，以及兩種電路在通過(guò)光伏逆變器的工作原理下的工作，以及由dc-ac全橋逆變電路設(shè)計(jì)了光伏逆變器的模擬仿真并得出了仿真結(jié)果圖。第五章光伏充電樁系統(tǒng)樣機(jī)功能測(cè)試5.1光伏模塊輸出測(cè)試本章節(jié)我們使用太陽(yáng)能電池板來(lái)進(jìn)行研究。當(dāng)太陽(yáng)光充足的情況下，我們可以給太陽(yáng)能電池一個(gè)理想的電壓值，從而計(jì)算出輸出電功率的的理響范圍，我們?yōu)榱俗岆妱?dòng)汽車的充電口與充電樁的充電口的電壓能夠相互吻合不產(chǎn)生放電的情況，我們將采取電路變換器把電壓降下來(lái)，如所示表5-1所示為光伏利用太陽(yáng)能燃料電池降壓輸出端的理想直流電壓和光伏利用太陽(yáng)能燃料電池正常工作在室內(nèi)光照不理想時(shí)降壓輸出端的理想電壓。通過(guò)下表我們可以知道在陽(yáng)光照射不是那么好的情況下光伏太陽(yáng)能電池的輸出電壓只能夠達(dá)到原來(lái)設(shè)定理想值得三分之一左右，這樣的效率是非常的低的，所以為了有效率穩(wěn)定的把太陽(yáng)能電池充電樁的輸出電壓提供電動(dòng)汽車內(nèi)部的儲(chǔ)能電池，我們需要對(duì)儲(chǔ)能電池buck-boost進(jìn)行測(cè)試。表5-SEQ表5-\*ARABIC1光伏太陽(yáng)能電池不同情況下輸出電壓類型光伏太陽(yáng)能電池理想輸出電壓光伏太陽(yáng)能電池不理想輸出電壓電壓/v92.9731.285.2儲(chǔ)能電池Buck-Boost輸入測(cè)試由數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，我們能夠知道buck-boost電路不管是在升壓情況下還是在降壓的情況下，它的輸出電壓都大約在48v，電流也都是在1左右，但是根據(jù)之前設(shè)定的理想理論數(shù)據(jù)和查閱相關(guān)資料前者的數(shù)據(jù)的波動(dòng)范圍小，更貼近理論值。下表5-2是Buck-Boost電路工作的測(cè)試結(jié)果。表5-SEQ表5-\*ARABIC2Buck-Boost電路工作在升降壓模式下的測(cè)試結(jié)果類型Buck-Boost電路工作在降壓模式輸出Buck-Boost電路工作在升壓模式輸出電壓48.1448.68電流1.2540.8065.3本章小結(jié)本章主要對(duì)電路進(jìn)行了一系列測(cè)試，并通過(guò)測(cè)試我們得出了一些數(shù)據(jù)，方便我們幾種電路有更加深刻的印象。第六章光伏發(fā)電的電動(dòng)汽車推廣及展望目前由于來(lái)自我國(guó)的光伏電動(dòng)汽車和其他光伏充電樁及基礎(chǔ)配套設(shè)施的設(shè)計(jì)建造正仍然處在快速發(fā)展進(jìn)步的關(guān)鍵階段，大規(guī)模的光伏充電樁及基礎(chǔ)配套設(shè)施的設(shè)計(jì)建造仍然非常需要來(lái)自我國(guó)光伏電網(wǎng)建設(shè)企業(yè)的大力投資扶持，本文就針對(duì)各種光伏電網(wǎng)行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行研究重新設(shè)計(jì)了并出臺(tái)了一套具體相應(yīng)的光伏電網(wǎng)充電樁使用典型問(wèn)題解決政策方案，以有效地解決保障其在光伏充電樁及基礎(chǔ)配套設(shè)施的設(shè)計(jì)建造使用過(guò)程中可能存在的光伏供電安全問(wèn)題。在一些具備有限網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)拓寬接入的基礎(chǔ)條件，且有限電網(wǎng)拓寬容量成本可以完全滿足光伏充電站基樁的電網(wǎng)供電速度要求，或者可能是由于電網(wǎng)容量擴(kuò)容拓寬成本較低的其他地區(qū)，采用并網(wǎng)式光伏智能充電樁配套系統(tǒng);在一些雖然具備一定有利于光伏充電接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)條件，但是由于有限電網(wǎng)拓寬容量成本不足以完全滿足光伏充電站基樁的電網(wǎng)供電速度要求，或者是在有限電網(wǎng)擴(kuò)容拓寬接入成本較高的其他地區(qū)，采用電網(wǎng)智能化或者微電網(wǎng)式光伏智能充電樁配套系統(tǒng);在一些沒有有限電網(wǎng)拓寬接入的特殊條件，或者可能是由于電網(wǎng)拓寬接入維護(hù)費(fèi)用較高的其他地方，采取離網(wǎng)式光伏智能充電樁配套系統(tǒng)。同時(shí)，采用了快速充電與慢速充電的有機(jī)結(jié)合，滿足了不同類型用戶的充電要求。另外，結(jié)合光伏發(fā)電、儲(chǔ)能等新興產(chǎn)業(yè)，最大限度地減少了平抑式充電系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)的超載負(fù)荷干擾。同時(shí)，也可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)將夜間的用電量從低