物联+创新道路防护栏

物联 +创新道路防护栏

1 李君 2 王治元 3 何鹏杰 4 胡雯爔 5 何悦

摘要：相较于传统燃油汽车，新能源汽车不仅可以降低化石能源的消耗，同时还能够降低环境污染，因此具有良好的发展前景。当前充电困难和续航里程短是新能源汽车面临的主要问题，本文基于物联网技术、风力发电技术、太阳能发电技术和超声波无线充电等技术，设计了一个物联+创新道路防护栏，可以同时解决电动汽车充电难和续航里程短两方面问题，从而推动给电动汽车的发展。

关键词：物联网；新能源汽车；道路防护栏

随着我国社会的发展，汽车保有量不断增加，传统的燃油车不仅需要消耗不可再生能源，同时还会造成比较严重的环境污染问题，因此新能源汽车越来越受到人们的关注，尤其是电动汽车快速发展，包括特斯拉、比亚迪、小鹏、理想等新能源汽车企业快速发展。数据显示，我国纯电动新能源汽车销量持续快速增长，电动汽车环境污染小，同时可以有效地降低化石能源的消耗，具有非常好的发展前景，但是当前电动汽车的应用还存在比较大的困难，一方面是续航里程短，另一方面是充电比较困难，这些因素制约了电动汽车的发展，为了解决这一问题，本文基于物联网技术、风力发电技术、太阳能发电技术等设计了一种物联+创新道路防护栏，在起到道路的防护栏的基本功能的前提下，可以实现电动汽车的充电，从而同时解决电动汽车充电难和续航里程短两方面的问题，从而推动电动汽车的发展。

1 新能源汽车面临的困难

随着我国社会经济的快速发展，我国的汽车市场得到了迅速的扩张，特别是新能源汽车因为其环保无污染的优势收到了国家大力的支持。国家在“十一五”规划中，把新能源电动汽车的研发列为重大项目之一。然而新能源汽车在我国已经走过的十余年历程中，取得了一些成绩，也遇到了一些制约，主要体现在充电难和续航里程短两方面。

1. 充电难。现在我们国家的电动汽车充电设施还不完善，所以开电动车面临的最大困难就是充电，本身我国汽车持有量逐年增大，停车难的问题非常普遍，而充电就更难了，公共充电桩非常的缺乏，严重的影响了驾驶电动车的体验。

（2）续航里程短，由于受到电池的限制，现在大部分的纯电动汽车的续航里程都不是很理想，大部分都在200公里左右，而且在冬季续航里程还会进一步缩短，纯电动只能作为日常的城市代步车，使其应用范围受到了比较大的限制，这无疑对我国大部分只有一辆车的家庭带来了困扰，影响了电动车的进一步应用。

2 电动汽车充电的方式

电动汽车主要有慢充、快充、快换和无线充电等几种充电方式，下面对这几种充电方式进行介绍：

（1）慢充。又叫做常规充电，也是日常使用较多的充电方式，使用随车配备的便携式充电设备进行充电，可以使用家用电源或者是专用的充电桩，充电时间在5-8小时左右

（2）快充。快充的充电方式可以在最短的时间内进行电量补充，快速充电可以在短时间内将电量充至80%左右，快速充电模式的电流一般在150～400A，充电功率大于50kW，

（3）快换。快换也称为机械充电，就是将没有电的电池更换，可以在最短的时间内让汽车恢复动力

（4）无线充电。无线电力传输也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。

3 物联+创新道路防护栏设计

3.1 设计理念

我们的产品基于万物互联的理念，主要分为两阶段产品。一阶段，改进当前城市道路防护栏，在道路防护栏中加装小型风力发电机，利用车辆高速通过时产生的气流带动风力发电机工作发电，为城市电网供能，以缓解在城市用电高峰时期的用电紧张问题，同时在栏杆上设置太阳能电池板，利用太阳能发电；二阶段，将各项无线充电技术运用于道路护栏，实现对电动汽车的充电，解决电动汽车续航里程短、在外充电不便的处境。

3.2 产品现阶段目标和创新点

物联+创新道路防护栏在普通道路防护栏中加装小型风力发电机以及太阳能电池板，利用风光互补技术收集能量，为附近的电动汽车充电站提供部分能源，缓解用电高峰期城市电网压力。本项目在随处可见的道路防护栏中加装小型风力发电机以及太阳能电池板，将自然界的能源以及道路上行驶的汽车的残余能量转换为清洁能源，随着电动汽车的增加，相比较依托传统的电网的充电系统，基于新能源技术的充电系统，能有效缓解电网的供电压力，并对充电设施的功率大小限制较小，满足人们对于快充的迫切需求。对于城区而言避免了对市电的冲击、减轻了不必要的安全隐患；对于电网覆盖不到的郊区或偏远地区而言更是解决了无法充电的燃眉之急，有利于推动电动汽车的基础配套设施发展。符合国家绿色发展的理念。并可在未来城市风力发电机技术趋于成熟之后，探究小型风力发电机叶片在城市环境下的可靠性程度、耐久度，提高使用寿命，减少维修、更换所带来的经济负担，降低使用成本。待今后汽车无线充电技术普及之后，可为城市里的汽车实现无线静态充电。

3.3 产品设计原理

3.3.1 无线充电原理

本产品是基于无线充电的原理加以改进研发的。首先，介绍无线充电方式分为3种方式。

（1）短程传输。通过电磁感应电力传输（ICPT）技术来实现。一般适用于小型便携式电子设备供电。传输距离的上限是10cm.

（2）中程运输。通过电磁耦合共振电力传输（ERPT）技术或射频电力传输（RFPT）技术实现。中程传输可以为手机，MP3等仪器提供无线电力传输。ERPT传输距离可达3~4m，RFPT传输距离能达10m。

（3）远程传输.通过微波电力传输（MPT）技术或激光电力传输（LPT）技术来实现。

图1 无线充电原理图

3.3.2 产品构件组成

产品的构造如图2所示：

图2 无线电充电防护栏结构图

在实际运行过程中，分为储能阶段和发电阶段两部分工作。在汽车经过后产生风，导流板导入风，通过风来推动风力发电装置运行，然后进行储能发电；除了风力发电装置外，还设置有太阳能电池板，在有阳光照射的情况下，太阳能电池板运行，储能发电。在电动汽车经过时，通过超声波无线充电，为通过的电动汽车进行充电。

3.4 技术路线

设计路线通过NX，MATLAB等软件进行了设计建模；之后使用软件进行应力云图分析，优化风力发电机扇叶结构，最终得到在道路护栏中安装小型风力发电机的可行性报告。然后进行相关内容的实验组装，得到准确的实验数据进行再次分析。

结论

随着新能源汽车市场的逐渐壮大，相应对基础充电设施也是指数级别的需求递增，而当前的有线充电方式太过繁琐，不具备良好的用户体验，加之过长的充电时间，完全支撑不起快速膨胀的市场需求。所以，市场迫切需求革命性的充电方式出现，即使特斯拉建起了超级充电站，但由于投资过大，大部分厂商无法接受，这就给市政工程无线充电防护栏提供了绝佳机会。就目前来看，物联+创新道路防护栏早已显现出了众多优势，比如安全性高、使用便捷、易于安装等优点。由于物联+创新道路防护栏可采取分散布局的安装方式，既可以减小对电网造成的压力，也可以让电动汽车充电无需去固定的场所，自由度更高，从而可以推动电动汽车的发展。

参考文献

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