一種商用電動汽車充換電站的製作方法

2024-03-11 07:59:15 2

專利名稱：一種商用電動汽車充換電站的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種商用電動汽車充換電站。
背景技術：
作為新能源戰略和智能電網的重要組成部分，以及國務院確定的戰略性新興產業之一，電動汽車將逐漸成為中國汽車エ業和能源產業發展的重點。電動乘用車具有工作效率高、低噪音、行駛平穩和不依賴石油等諸多優點，是電動汽車產業化發展的ー個重大方面和方向。商用電動汽車充換電站是為電動商用車運行提供能量補給，是商用電動汽車的重要基礎支撐系統，也是商用電動汽車商業化、產業化過程中的重要環節。商用電動車由於其電池組數多，大部分多達9箱，重量大、在車輛上安裝分散、佔用空間大。現有技術建設的換電站建設，換電機構採用半自動或人工方式，電池裝卸困難，更換時間長，效率低下而且佔地面積大。·
實用新型內容本實用新型提出ー種商用電動汽車充換電站，用於解決現有充換電站工作效率低下的問題。為實現上述目的，本實用新型的方案是ー種商用電動汽車充換電站，包括至少ー個停車位，姆個停車位兩側均設有一列充電架、ー個充電機櫃及ー個用於將已充滿電池從充電架移入汽車、將未充滿電池從汽車移入充電架的自動多箱換電機構，充電機櫃中的各充電機與充電架上的各充電位對應。所述商用電動汽車充換電站還包括配電系統，配電系統包括連接高壓線路的高壓開關櫃，高壓開關櫃通過變壓器連接低壓配電櫃，低壓配電櫃連接交流饋電櫃，交流饋電櫃輸出連接所述各充電機，各充電機安裝在充電機櫃中。所述商用電動汽車充換電站還包括用於自動控制充換電過程的監控系統。本實用新型的充換電單元包括至少ー個停車位,姆個停車位對應ー套充換電設備，在監控系統的控制下，充換電設備完成自動充換電過程。所以本實用新型的充換電単元布置合理、節省空間、自動化程度高、工作效率高，有利於商用電動車商業化、產業化應用。

圖I為本實用新型的供配電系統示意圖；圖2為本實用新型的充電系統示意圖；圖3為本實用新型的監控系統結構示意圖；圖4為本實用新型的布局示意圖；圖5為本實用新型的自動多箱換電設備結構圖。
具體實施方式
[0013]
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。如圖4所示的商用電動汽車充換電站，包括一個停車位(也可以是並列多個，結合充換電單元面積具體設計)，停車位兩側均設有一列充電架、一個充電機櫃及一個用於將已充滿電池從充電架移入汽車、將未充滿電池從汽車移入充電架的自動多箱換電機構，充電機櫃中的各充電機與充電架上的各充電位對應。即一個停車位,兩個自動多箱換電設備，兩列充電架及充電機，停車位滿足長12米、寬2. 6米、高3. 2米的電動商用車換電需求。自動多箱換電機構滿足一次換四箱電池的需求，停車位左右兩側各設置一臺。充電架按單列六層六箱電池布置，在停車位左右兩側各布置一排，每排充電架設置12列，左右兩排共設置144箱電池充電位。充電架外側設有充電機櫃,充電機櫃中安裝充電機。商用電動汽車充換電站還包括配電系統，配電系統包括連接高壓線路的高壓開關 櫃，高壓開關櫃通過變壓器連接低壓配電櫃，低壓配電櫃連接交流饋電櫃，所述商用電動汽車充換電站還包括用於自動控制充換電過程的監控系統。如圖4，在空間上充好電單元分為供配電區，充換電區和綜合辦公區。供配電區的配電系統如圖I-圖2所示包含IOkV高壓開關櫃、乾式變壓器、0. 4kV低壓開關櫃。由外部提供一路IOkV電源，將高電壓轉化為低電壓為整個集中充換電單元提供電源。交流電源由0. 4kV低壓開關櫃分配至交流饋電櫃。充換電區分為充電系統和電池更換系統。充電系統充電系統由交流饋電櫃、分箱充電機櫃、就地監控櫃組成。交流饋電櫃由0.4kV低壓開關櫃引入一回0.4kV交流電源，每個充電機櫃由交流饋電櫃引入2回AC380V電源，由充電機機櫃內部提供分配迴路，為每一臺充電機提供電源。充電機將交流電源整流輸出為直流電源，為動力電池提供電能補充。充電機通過CAN總線和電池管理系統通信，接收電池管理系統的電池數據，充電過程中根據電池管理系統的數據控制充電電流，保證單體電池電壓不超過上限，同時當電池管理系統發出電池嚴重故障信息後能自動停止充電。充電機具有就地和遠方控制功能，充電機通過就地監控和充電站監控系統連接，在監控室後臺計算機上能完成信息的採集、處理、遙控等所有功能。充電機具有故障報警功能，能向監控系統發送故障信息。充電機具有輸入欠壓、輸入過壓、輸出短路、電池反接、輸出過壓、過溫、電池故障和電池過充等保護功能。電池更換系統包括自動多箱換電設備、充電架及附件。自動多箱換電設備採用機器視覺、伺服隨動控制等技術，具有很強的適應能力，電池更換方便、自動化程度高。可同時更換四箱電池，每車次換電時間不超過IOmin;四立柱整體固定框架結構，承載能力大，有效載荷達2400kg ;內置旋轉機構實現電池箱換向，保證換電過程，人員、車輛和設備的安全；視覺定位系統，保證精確定位電池箱位置；對車輛高度變化具有自適應調整能力，保證高換電成功率；全部動作由伺服電機驅動，換電動作平穩。系統能夠自動感知到車輛駛入換電工位，在確定準備就緒後能夠通知更換設備開始自動更換電池。設備組成如圖5所示包括框架狀的主體結構I、行走結構2、安裝在主體結構內的升降結構3、與升降結構連接的旋轉結構4、與升降結構連接的側移結構5以及安裝在側移結構上的多個電池箱推拉結構6 ;升降結構可以承載旋轉結構沿主體結構上下移動，旋轉結構可以承載側移結構以與升降結構連接處為軸旋轉，側移結構可以承載電池箱推拉結構沿著旋轉結構移動，電池箱推拉結構包括一個用於吸取和放下所述電動汽車電池箱的電池箱夾具，電池箱推拉結構可以承載所述電動汽車電池箱沿所述側移結構移動。多箱快換設備具備以下功能快換設備行走系統負責快換設備沿車輛長度方向或充電架長度方向(X方向)的運動。行走系統採用傳統的四點滾動支撐行走方式，四個行走輪中分成兩個主動輪，兩個從動輪，都行走於兩條固定軌道。行走框架採用閉合式行走底盤，驅動方式採用電機直接驅動，伺服電機輸出行走驅動力，整個行走系統穩定可靠，行走精度高。提升系統實現電池箱快換設備中旋轉子系統、側移子系統、夾具子系統的整體升降功能，也就是這些子系統沿Z方向的運動。提升子系統包括提升框架、提升盤、配重単元、提升執行及傳動系統組成，如圖7所示。提升子系統從機械結構上採用四立柱四吊點平衡提升，提升執行機構及傳動系統採用伺服電機直接驅動鏈條的傳動方式，提升框架由安裝在行走底座上的固定四立柱及固定頂框構成，整個執行機構及傳動系統由提升框架進行支撐。這種傳動及執行方式保證了設備提升過程中傳動精度高、傳動平穩可靠。提升盤是旋轉子系統、側移子系統、電池箱推拉子系統及夾具子系統的安裝基礎，提升盤具有四點全方向導向，保證提升盤在升降過程中沒有晃動。旋轉功能負責將位於更換設備上的電池箱的方向在水平面內進行180度旋轉，以便電池箱無論在充電架還是在電動汽車上都保持正確的姿態。旋轉子系統由迴轉軸承支撐機構、旋轉驅動機構及旋轉框架構成，如圖8所示,旋轉驅動機構的動カ源為伺服電機,其通過主動齒輪驅動迴轉軸承支撐機構旋轉，從而帶動旋轉框架一起旋轉。旋轉框架作為側移子系統、電池箱推拉子系統及夾具子系統的安裝基礎，具有足夠高的剛度，保證其承載的各個子系統有ー個穩固的基礎，從而在進行電池箱更換過程中不產生晃動，保證電池箱交接過程中的正確性及可靠性。為了補償電池箱快換設備與電動汽車或充電架之間的距離，設備必須具備側移功能，側移子系統由側移導軌系統、側移驅動系統和側移框架組成。側移導軌系統由導軌及導向輪、支撐輪組成，保證側移框架的平滑運動。為了使電池箱能夠進行交換，設備具有電池箱推拉功能。電池箱推拉子系統具有對電池箱的抓取、推拉、鎖止/解鎖等功能，使電池箱能夠沿Y向運動，其包含電池箱子系統推拉驅動單元、推拉動作導向單元及支撐單元，同時也包含電池箱的承載單元。推拉驅動單元採用電機及齒輪齒條驅動方式，電機與主動齒輪安裝在電池箱夾具上，齒條與電池箱承載單元固定在一起，當電機帶動主動齒輪旋轉時，主動齒輪會帶動電機及電池箱夾具沿齒條運動。電池箱夾具的導向由直線導軌來完成。充電架存儲容量單列六層6箱電池。每個充電位安裝獨立的煙霧報警器，單列存儲架的煙霧報警器信息進行匯總，通過RS485通信接ロ接入充電站監控系統。每個充電位安裝紅、黃、綠三個信號燈分別指示「充電」、「充滿」、和「待機」狀態。每個充電位安裝完善的定位鎖止機構，保證電池箱可靠連接。、[0040]綜合辦公區由監控系統、辦公單元組成。監控系統由監控系統軟體、數據伺服器、WEB伺服器、監控工作站、網絡交換機、通信設備等組成，設備布置安裝於設備間、監控室。監控系統能夠實現對充換電站的配電監控、充換電全過程監控、安防監控、車輛實時監控等多層次全方位的監控管理。監控後臺可以對充換電過程實現自動化操控。監控系統能夠實現電池身份標識與自動感知，利用物聯網技術，建立動力電池的
全壽命周期管理。能夠實現從車輛進站到出站的自動化管理。能夠實現車輛遠程管理。具備數據處理及報表生成功能。能夠與電網調度、上級運營管理系統傳遞基礎運營數據，並接受其管控信息和統
一調度。能夠實現與公交公司運行管理系統的數據共享與有效互動。辦公單元主要有辦公室、會議室、衛生間等功能單元組成。為工作人員辦公休息場所。為了節省空間，可以將充換電單元分兩層設置，將一部分辦公單元設置在二層，如圖4所示，從樓梯位置可以到達二樓。充換電單元運行流程為供電系統為整個電池更換單元提供電源，充電系統將交流整流變換成直流對充電架上電池進行充電，充滿電的電池進入換電序列，當電池電量不足的電動汽車進入換電區後，電池更換系統將需要充電的電池從車輛上卸下放入電池充電架補充能量，充滿電的電池更換到車輛上，車輛繼續行駛。監控系統實時接收整個換電單元的運行數據，實現數據的存儲、處理、顯示、查詢、告警等功能。電池更換單元具體電池更換流程如下I)車輛進入更換區。已提出電池更換請求的車輛進入更換區後，監控系統通過車輛信息識別設備讀取車輛信息。準備換電序列，調度根據車輛信息指令將該車停放到準確位置，打開電池艙門，準備更換電池。2)更換電池。快換設備核心控制器接收到監控系統或人機界面指令後開始工作，先從充電架中取出充好電的電池箱。當車輛進入換電位置，視覺定位系統會對車輛位置進行辨識，確定車輛位置，並把位置信息傳給中央控制單元；中央控制單元計算後控制快換設備移動到合適的位置，保證與電動汽車進行精確定位，然後掃描電池的電子標籤，確認是否為目標電池箱，確認後電池夾具抓住電池並對其解鎖，伺服系統運轉，取出已用電池。快換設備旋轉子系統旋轉調整電池箱方向，把用過的電池箱旋轉到充電架方向，同時充好電的電池箱此時已經對準了電動汽車，快換設備通過對電動汽車位置的二次精確定位後，把電池箱送入電動汽車的電池倉中，之後設備再次對充電架目標棧位進行定位，將已經放完電的電池箱送回充電架進行充電，並把電池編號和電池箱所在坐標位傳給核心控制器；快換設備對車輛不同區域的電池箱重複上述動作，直到所有電池更換完畢，車輛可以離開。3)電池充電。電池箱卸放到充電機上就位。充電機和電池管理單元通信，將電池數據傳輸至監控系統，如果監控系統分析認為電池正常則進入正常的充電程序，充電機對電池充電，充滿電後進入充電序列，等待更換。如果監控系統分析認為電池出現故障，則將電池送到維護間進行故障診斷和維修，記錄故障信息，將維修好的電池送充電架進入正常的充電程序 。
權利要求1.一種商用電動汽車充換電站，其特徵在於，包括至少一個停車位，每個停車位兩側均設有一列充電架、一個充電機櫃及一個用於將已充滿電池從充電架移入汽車、將未充滿電池從汽車移入充電架的自動多箱換電機構，充電機櫃中的各充電機與充電架上的各充電位--對應。
2.根據權利要求I所述的一種商用電動汽車充換電站，其特徵在於，所述商用電動汽車充換電站還包括配電系統，配電系統包括連接高壓線路的高壓開關櫃，高壓開關櫃通過變壓器連接低壓配電櫃，低壓配電櫃連接交流饋電櫃，交流饋電櫃輸出連接所述各充電機，各充電機安裝在充電機櫃中。
3.根據權利要求I所述的一種商用電動汽車充換電站，其特徵在於，所述商用電動汽車充換電站還包括用於自動控制充換電過程的監控系統。
專利摘要本實用新型涉及一種商用電動汽車充換電站，包括至少一個停車位，每個停車位兩側均設有一列充電架、一個充電機櫃及一個用於將已充滿電池從充電架移入汽車、將未充滿電池從汽車移入充電架的自動多箱換電機構，充電機櫃中的各充電機與充電架上的各充電位一一對應。本實用新型的充換電單元布置合理、節省空間、自動化程度高、工作效率高，有利於商用電動車商業化、產業化應用。
文檔編號H02J7/00GK202524118SQ20122011985
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者劉福卿, 劉輝勇, 張新昌, 徐武峰, 李同智, 王剛, 王永輝, 薛亮, 陳俊凱, 魏眾 申請人:山東電力集團公司, 許繼電源有限公司, 許繼集團有限公司