一种电动汽车充换电站的制作方法
专利名称：一种电动汽车充换电站的制作方法
技术领域：
本发明属于低压配电技术领域，以及电力电子技术领域，具体涉及一种电动汽车 充换电站。
背景技术：
在国内外，目前电动汽车充换电站通常有两种一、电动汽车整车充电站，将电动汽车停放在整车充电位，使用大功率直流充电机 整车充电，充电时间较长，充电站占地面积较大，有效利用面积较小；二、电动汽车电池更换站，将电动汽车停放在换电位取下电池，更换为已充满电 池，使用分箱充电系统对待充电池分箱充电，换电时间较短，但需要专门电池更换车间，目 前大型公交电池更换站，占地面积非常大，换电车间大约需要400平米；在国外，主要有小型车电池更换站，大、小型车整车充电站，目前尚无同时具备大 型小型整车充电、自动更换功能充电站。2010年5月，中国电力科学研究院开始进行苏州邓尉路电动汽车充换电站设计， 邓尉路充换电站地形狭长，可利用面积较小，需要满足大型公交车整车充电、电池更换与自 动充电，小型乘用车整车充电、电池更换与自动充电，满足充电、换电、配电、安防等监控功 能，满足休息、营业等其余辅助功能。因此需要设计占地面积小，效率高、建设成本低电动汽 车充换电站。目前已建成电动汽车充电站不能完全满足大、小车充换电功能，且占地面积较大， 效率非常低，建设运营成本非常高，只能重新设计电动汽车充换电站以满足当前建设需求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种以自动更换电池、分箱充电为主，整车充电 为辅助的电动汽车充换电站，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求。依据本发明的电动汽车充换电站，采用仓储式电池自动更换系统，具备电池自动 更换，自动自动处入库管理功能，可利用分箱充电系统进行电池充电。本发明介绍的电动汽车充换电站，具备充电监控、配电监控、换电监控功能，可对 电池充电时数据进行实时监控，并可与上级监控系统进行实时通信。本发明很好地解决了电动汽车充换电站大、小车兼容充电、换电问题。本发明的一种电动汽车充换电站，包括配电系统、充电系统、电池更换系统和监控系统；所述配电系统将IOkV转换成380V，为充电系统、自动更换系统和监控系统提供电 能；所述配电系统包括高压IOkV系统、变压器系统和低压380V系统，其中，高压IOkV系统包括IOkV电缆进线柜、进线负荷开关、高压计量柜、PT避雷 器柜和主变柜，为双母线分段接线；
所述变压器系统由2台油浸变压器构成；所述低压380kV系统包括380kV电缆馈线柜、有源滤波及无功补偿柜和母联柜，为 双母线分段接线；所述充电系统包括整车充电系统和分箱充电系统；所述整车充电系统电动汽车停在充电位上，由整车充电系统为其提供整车充电， 整车充电时间为4小时；所述分箱充电系统将电动汽车电池取下，放入充电架，由分箱充电系统为其提供 分箱充电，电池箱充电时间为4小时；所述电池更换系统将电动汽车电池通过电动叉车取下，经过自动仓储系统，将电 池放入充电平台，由充电系统中分箱充电系统进行充电；所述监控系统的作用是对配电系统、充电系统和电池更换系统进行监控，并通过 光电转换将监控数据上传至上级主站，确保充换电站安全稳定运行。其中，还具有自动仓储系统，作用是实现电池自动出入库管理，自动识别电池类 型，电池与分箱充电系统通信，自动充电，实现换电模式的自动化，提高换电兼容性。其中，还具有换电叉车和防雨措施，电动汽车换电位置停放无需精准定位，利用换 电叉车锁定电动汽车，从而降低电动汽车更换电池的停车难度，能够进行室外更好电池；其中，所述监控系统还包括充电监控、供电监控和快换机器人监控，所述监控系统 的计量数据采集系统构建在统一的软件平台上，其他系统的计算机可以实现数据共享。其中，在所述自动仓储系统中，换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电 池箱输送至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过射频识别RFID检测器检测 识别当前电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台，电池平台的电池 管理系统BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行充电，堆剁 机将充满电电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输送至电池输 出口，利用换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理，电池自动更 换，电池自动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换自动化。其中，所述充电平台中设置有烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通过CAN 口 与监控系统相连，实时监控当前充电状态。其中，电动汽车停放至换电位，所述换电叉车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉 车采用站驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构，所述抽取机构利用叉车自带的电池驱 动直流电机和电磁铁实现抽取功能，前端设置有定位传感器，通过车载可编程控制器PLC 控制，左右和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车和货架对接，完成 电池更换。其中，所述监控系统包括充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统、计 量数据采集系统和安防系统构成；所述充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统 和计量数据采集系统构建在统一软件平台上，所述安防系统独立设置，通过通信网关与充 电监控系统和供电监控系统实现信息互动。其中，所述计量数据采集系统采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压 和电流数据；采集电池组的温度、端电压、电流和电池故障信号数据；采集充电站或电池更 换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和电能计量信息数据。其中，所述监控系统具备对时功能，能接受GPS同步时钟对时，对电动汽车充换电 站内各个充电机及智能装置对时，保证系统时间的一致性。其中，所述监控系统具备计量计费系统功能，电动汽车充换电站内由用电采集终 端负责采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计 费工作站通讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并 把电量和计费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或 上级监控中心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。其中，所述安防系统，可实时进行视频监控，监视设备运行状态；与电动汽车充换 电站监视区的智能设备配合，实现防盗和防火功能，对设备、场地、休息室、值班室和营业窗 口进行监视；实现报警功能、控制功能和图像录像管理功能。本发明的有益效果是采用仓储式自动电池更换系统，利用分箱充电系统对电池 平台进行充电，使得充换电站具备电池自动更换，同时具备整车充电功能，并可进行充电监 控、配电监控、自动电池出入库管理，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求，缩 小了占地面积，提高了充电效率。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是依据本发明的整车充电系统结构示意图；图2是依据本发明的分箱充电系统结构示意图；图3是依据本发明的自动仓储式电池更换系统结构图；图4是依据本发明的换电叉车结构示意图；图5是依据本发明的充电站监控系统结构示意图。
具体实施例方式图1是依据本发明的整车充电系统结构示意图。对大型整车充电直流充电机与 直流充电桩通过充电电缆连接，直流充电桩提供整车充电接口，对大型电动公交车充电，直 流充电桩与电动公交车BMS通过CAN进行通信，进行充电实时监控，充电机将监控数据实时 上传。对小型整车充电交流充电桩与小型电动汽车通过充电接口连接，对小型电动车 充电，交流充电桩与电动车控制导引进行通信，当充电连接正确时，进行充电，交流充电桩 将监控数据实时上传。图2是依据本发明的分箱充电系统结构示意图。分箱充电机通过充电电缆与充电 平台(内含电池箱)相连进行充电，额定充电电压为80V，额定充电电流为120A，充电电压 与电流均连续可调；充电时，充电机通过CAN或485与充电平台中电池管理单元(BMS)通信，确定当前 电池充电状态，充满时自动停止充电，充电平台中烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通 过CAN 口与监控网络相连，实时监控当前充电状态。图3是依据本发明的自动仓储式电池更换系统结构图；换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电池箱输送至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过 RFID检测器检测识别当前电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台 (电池架)，电池平台BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行 充电，堆剁机将充满电电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输 送至电池输出口，利用换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理， 电池自动更换，电池自动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换 自动化。图4是依据本发明的换电叉车结构示意图；电动汽车停放至换电位，利用换电叉 车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉车采用站驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构。 抽取机构利用叉车自带的电池驱动直流电机和电磁铁实现抽取功能，前端有DMP定位传感 器，通过车载PLC控制，左右和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车 和货架对接，完成电池更换。电池更换时间约为30分钟。图5是依据本发明的充电站监控系统结构示意图。电动汽车充(换)电站监控系 统由充电监控、快换机器人监控、供电监控、计量数据采集系统、安防系统构成。充电监控、 供电监控、快换机器人监控、计量数据采集系统构建在统一软件平台上，子系统计算机等设 备可以实现共用。考虑到网络安全防护以及公安等部门对安防系统接入要求，安防系统独 立设置，可以通过通信网关与充电监控、供电监控实现信息互动。监控系统具备数据采集功能，可采集充电机/桩工作状态、温度、故障信号、功率、 电压、电流等；可采集电池组温度、S0C、端电压、电流、电池故障信号等；可采集充电站/电 池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能 计量信息等；具备控制调节功能，可向充电机下发控制命令，遥控充电机起停、校时、紧急停机、 远方设定充电参数等，可控制供电系统断路器及开关的合分，可向电池更换设备下发启停 及更换电池位置等信息；具备数据处理与存储功能；具备充电机和供电系统的越限报警、 故障统计等数据处理功能；具备电池箱充电过程数据统计等数据处理功能；具备对充电 机、电池箱、更换设备和供电系统的遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存 储和查询功能。具备事件记录功能，具备操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录、电池 组参数异常记录等功能；可对遥信变位、遥测越限、遥控操作、系统核心组件启停等事件按 时间、类型、装置等分类检索。具备人机操作与图形编辑功能，可提供实用灵活、功能强大的画面编辑工具；可显 示曲线、棒图、饼图、实时数据表格等不同种类的画面；可提供图形化操作完成充电机的各 种遥控操作；具备报警处理功能，可提供图形、文字、语音等报警方式以及相应的报警处理 功能。具备电池充电信息管理，可存储每个电池箱的各类参数、使用时间、维护维修记录 等信息；可记录电池箱充电过程相关数据，包括充电电压、温度、充电次数、充电起止时间、 充电电量等。具备通信功能，系统采用CAN或工业以太网方式与充电机通信，系统能够通过以 太网、具有保障信息安全措施的无线公网等通信方式与监控中心等上级系统通信；具备用户管理和权限管理功能，系统根据需要，规定操作员对各种业务活动的使用范围、操作权限 等；具备报表管理与打印功能，用户可以方便地定义各类日报、月报及年报，并具有定时/ 召唤打印等功能。具备系统维护与系统自检功能；具备较强的扩展能力，可完成不同类型充电机接 入；具备可伸缩性，可满足充电站规模扩容要求；具备对时功能，可接受GPS同步时钟对时，也可对站内各个充电机及智能装置对 时，保证系统时间一致性。具备计量计费系统功能，电动汽车充电站/电池更换站内由用电采集终端负责采 集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站 通讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并把电量和 计费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或上级监控 中心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。具备安防系统功能，可实时视频监控，监视设备运行状态。与电动汽车充(换)电 站监视区的智能设备配合，实现防盗、防火功能，对设备、场地、休息室、值班室、营业窗口等 进行监视；可实现报警功能、控制功能、图像录像管理功能及系统对时功能。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅 是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1.一种电动汽车充换电站，其特征在于包括 配电系统、充电系统、电池更换系统和监控系统；所述配电系统将IOkv转换成380V，为充电系统、自动更换系统和监控系统提供电能； 所述配电系统包括高压IOkV系统、变压器系统和低压380V系统， 其中，高压IOkV系统包括IOkV电缆进线柜、进线负荷开关、高压计量柜、PT避雷器柜 和主变柜，为双母线分段接线；所述变压器系统由2台油浸变压器构成；所述低压380kV系统包括380kV电缆馈线柜、有源滤波及无功补偿柜和母联柜，为双母 线分段接线；所述充电系统包括整车充电系统和分箱充电系统；所述整车充电系统电动汽车停在充电位上，由整车充电系统为其提供整车充电，整车 充电时间为4小时；所述分箱充电系统将电动汽车电池取下，放入充电架，由分箱充电系统为其提供分箱 充电，电池箱充电时间为4小时；所述电池更换系统将电动汽车电池通过电动叉车取下，经过自动仓储系统，将电池放 入充电平台，由充电系统中分箱充电系统进行充电；所述监控系统的作用是对配电系统、充电系统和电池更换系统进行监控，并通过光电 转换将监控数据上传至上级主站，确保充换电站安全稳定运行。
2.如权利要求1中所述的电动汽车充换电站，其特征在于还具有自动仓储系统，作用是实现电池自动出入库管理，自动识别电池类型，电池与分 箱充电系统通信，自动充电，实现换电模式的自动化，提高换电兼容性。
3.如权利要求2中所述的电动汽车充换电站，其特征在于还具有换电叉车和防雨措施，电动汽车换电位置停放无需精准定位，利用换电叉车锁 定电动汽车，从而降低电动汽车更换电池的停车难度，能够进行室外更好电池；
4.如权利要求3中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统还包括充电监控、供电监控和快换机器人监控，所述监控系统的计量数 据采集系统构建在统一的软件平台上，其他系统的计算机可以实现数据共享。
5.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于在所述自动仓储系统中，换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电池箱输送 至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过射频识别RFID检测器检测识别当前 电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台，电池平台的电池管理系统 BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行充电，堆剁机将充满电 电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输送至电池输出口，利用 换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理，电池自动更换，电池自 动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换自动化。
6.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述充电平台中设置有烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通过CAN 口与监控系统 相连，实时监控当前充电状态。
7.如权利要求3中所述的电动汽车充换电站，其特征在于电动汽车停放至换电位，所述换电叉车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉车采用站 驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构，所述抽取机构利用叉车自带的电池驱动直流电 机和电磁铁实现抽取功能，前端设置有定位传感器，通过车载可编程控制器PLC控制，左右 和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车和货架对接，完成电池更换。
8.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统包括充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统、计量数据采集 系统和安防系统构成；所述充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统和计量数据 采集系统构建在统一软件平台上，所述安防系统独立设置，通过通信网关与充电监控系统 和供电监控系统实现信息互动。
9.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述计量数据采集系统采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压和电流数 据；采集电池组的温度、端电压、电流和电池故障信号数据；采集充电站或电池更换站供电 系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和电能计量信息数 据。
10.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统具备对时功能，能接受GPS同步时钟对时，对电动汽车充换电站内各个 充电机及智能装置对时，保证系统时间的一致性。
11.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统具备计量计费系统功能，电动汽车充换电站内由用电采集终端负责采集 各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站通 讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并把电量和计 费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或上级监控中 心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。
12.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述安防系统，可实时进行视频监控，监视设备运行状态；与电动汽车充换电站监视 区的智能设备配合，实现防盗和防火功能，对设备、场地、休息室、值班室和营业窗口进行监 视；实现报警功能、控制功能和图像录像管理功能。
全文摘要
本发明属于低压配电技术领域，以及电力电子技术领域，涉及一种电动汽车充换电站。本发明的电动汽车充换电站是以自动更换电池、分箱充电为主，整车充电为辅助的电动汽车充换电站，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求。其采用仓储式电池自动更换系统，具备电池自动更换，自动出入库管理功能，可利用分箱充电系统进行电池充电。
文档编号H02J13/00GK102064578SQ201010596798
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者余英, 刘之方, 李武峰, 王献丽, 陈 光, 鞠登峰 申请人:中国电力科学研究院
技术领域：
本发明属于低压配电技术领域，以及电力电子技术领域，具体涉及一种电动汽车 充换电站。
背景技术：
在国内外，目前电动汽车充换电站通常有两种一、电动汽车整车充电站，将电动汽车停放在整车充电位，使用大功率直流充电机 整车充电，充电时间较长，充电站占地面积较大，有效利用面积较小；二、电动汽车电池更换站，将电动汽车停放在换电位取下电池，更换为已充满电 池，使用分箱充电系统对待充电池分箱充电，换电时间较短，但需要专门电池更换车间，目 前大型公交电池更换站，占地面积非常大，换电车间大约需要400平米；在国外，主要有小型车电池更换站，大、小型车整车充电站，目前尚无同时具备大 型小型整车充电、自动更换功能充电站。2010年5月，中国电力科学研究院开始进行苏州邓尉路电动汽车充换电站设计， 邓尉路充换电站地形狭长，可利用面积较小，需要满足大型公交车整车充电、电池更换与自 动充电，小型乘用车整车充电、电池更换与自动充电，满足充电、换电、配电、安防等监控功 能，满足休息、营业等其余辅助功能。因此需要设计占地面积小，效率高、建设成本低电动汽 车充换电站。目前已建成电动汽车充电站不能完全满足大、小车充换电功能，且占地面积较大， 效率非常低，建设运营成本非常高，只能重新设计电动汽车充换电站以满足当前建设需求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种以自动更换电池、分箱充电为主，整车充电 为辅助的电动汽车充换电站，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求。依据本发明的电动汽车充换电站，采用仓储式电池自动更换系统，具备电池自动 更换，自动自动处入库管理功能，可利用分箱充电系统进行电池充电。本发明介绍的电动汽车充换电站，具备充电监控、配电监控、换电监控功能，可对 电池充电时数据进行实时监控，并可与上级监控系统进行实时通信。本发明很好地解决了电动汽车充换电站大、小车兼容充电、换电问题。本发明的一种电动汽车充换电站，包括配电系统、充电系统、电池更换系统和监控系统；所述配电系统将IOkV转换成380V，为充电系统、自动更换系统和监控系统提供电 能；所述配电系统包括高压IOkV系统、变压器系统和低压380V系统，其中，高压IOkV系统包括IOkV电缆进线柜、进线负荷开关、高压计量柜、PT避雷 器柜和主变柜，为双母线分段接线；
所述变压器系统由2台油浸变压器构成；所述低压380kV系统包括380kV电缆馈线柜、有源滤波及无功补偿柜和母联柜，为 双母线分段接线；所述充电系统包括整车充电系统和分箱充电系统；所述整车充电系统电动汽车停在充电位上，由整车充电系统为其提供整车充电， 整车充电时间为4小时；所述分箱充电系统将电动汽车电池取下，放入充电架，由分箱充电系统为其提供 分箱充电，电池箱充电时间为4小时；所述电池更换系统将电动汽车电池通过电动叉车取下，经过自动仓储系统，将电 池放入充电平台，由充电系统中分箱充电系统进行充电；所述监控系统的作用是对配电系统、充电系统和电池更换系统进行监控，并通过 光电转换将监控数据上传至上级主站，确保充换电站安全稳定运行。其中，还具有自动仓储系统，作用是实现电池自动出入库管理，自动识别电池类 型，电池与分箱充电系统通信，自动充电，实现换电模式的自动化，提高换电兼容性。其中，还具有换电叉车和防雨措施，电动汽车换电位置停放无需精准定位，利用换 电叉车锁定电动汽车，从而降低电动汽车更换电池的停车难度，能够进行室外更好电池；其中，所述监控系统还包括充电监控、供电监控和快换机器人监控，所述监控系统 的计量数据采集系统构建在统一的软件平台上，其他系统的计算机可以实现数据共享。其中，在所述自动仓储系统中，换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电 池箱输送至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过射频识别RFID检测器检测 识别当前电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台，电池平台的电池 管理系统BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行充电，堆剁 机将充满电电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输送至电池输 出口，利用换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理，电池自动更 换，电池自动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换自动化。其中，所述充电平台中设置有烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通过CAN 口 与监控系统相连，实时监控当前充电状态。其中，电动汽车停放至换电位，所述换电叉车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉 车采用站驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构，所述抽取机构利用叉车自带的电池驱 动直流电机和电磁铁实现抽取功能，前端设置有定位传感器，通过车载可编程控制器PLC 控制，左右和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车和货架对接，完成 电池更换。其中，所述监控系统包括充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统、计 量数据采集系统和安防系统构成；所述充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统 和计量数据采集系统构建在统一软件平台上，所述安防系统独立设置，通过通信网关与充 电监控系统和供电监控系统实现信息互动。其中，所述计量数据采集系统采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压 和电流数据；采集电池组的温度、端电压、电流和电池故障信号数据；采集充电站或电池更 换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和电能计量信息数据。其中，所述监控系统具备对时功能，能接受GPS同步时钟对时，对电动汽车充换电 站内各个充电机及智能装置对时，保证系统时间的一致性。其中，所述监控系统具备计量计费系统功能，电动汽车充换电站内由用电采集终 端负责采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计 费工作站通讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并 把电量和计费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或 上级监控中心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。其中，所述安防系统，可实时进行视频监控，监视设备运行状态；与电动汽车充换 电站监视区的智能设备配合，实现防盗和防火功能，对设备、场地、休息室、值班室和营业窗 口进行监视；实现报警功能、控制功能和图像录像管理功能。本发明的有益效果是采用仓储式自动电池更换系统，利用分箱充电系统对电池 平台进行充电，使得充换电站具备电池自动更换，同时具备整车充电功能，并可进行充电监 控、配电监控、自动电池出入库管理，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求，缩 小了占地面积，提高了充电效率。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是依据本发明的整车充电系统结构示意图；图2是依据本发明的分箱充电系统结构示意图；图3是依据本发明的自动仓储式电池更换系统结构图；图4是依据本发明的换电叉车结构示意图；图5是依据本发明的充电站监控系统结构示意图。
具体实施例方式图1是依据本发明的整车充电系统结构示意图。对大型整车充电直流充电机与 直流充电桩通过充电电缆连接，直流充电桩提供整车充电接口，对大型电动公交车充电，直 流充电桩与电动公交车BMS通过CAN进行通信，进行充电实时监控，充电机将监控数据实时 上传。对小型整车充电交流充电桩与小型电动汽车通过充电接口连接，对小型电动车 充电，交流充电桩与电动车控制导引进行通信，当充电连接正确时，进行充电，交流充电桩 将监控数据实时上传。图2是依据本发明的分箱充电系统结构示意图。分箱充电机通过充电电缆与充电 平台(内含电池箱)相连进行充电，额定充电电压为80V，额定充电电流为120A，充电电压 与电流均连续可调；充电时，充电机通过CAN或485与充电平台中电池管理单元(BMS)通信，确定当前 电池充电状态，充满时自动停止充电，充电平台中烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通 过CAN 口与监控网络相连，实时监控当前充电状态。图3是依据本发明的自动仓储式电池更换系统结构图；换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电池箱输送至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过 RFID检测器检测识别当前电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台 (电池架)，电池平台BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行 充电，堆剁机将充满电电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输 送至电池输出口，利用换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理， 电池自动更换，电池自动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换 自动化。图4是依据本发明的换电叉车结构示意图；电动汽车停放至换电位，利用换电叉 车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉车采用站驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构。 抽取机构利用叉车自带的电池驱动直流电机和电磁铁实现抽取功能，前端有DMP定位传感 器，通过车载PLC控制，左右和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车 和货架对接，完成电池更换。电池更换时间约为30分钟。图5是依据本发明的充电站监控系统结构示意图。电动汽车充(换)电站监控系 统由充电监控、快换机器人监控、供电监控、计量数据采集系统、安防系统构成。充电监控、 供电监控、快换机器人监控、计量数据采集系统构建在统一软件平台上，子系统计算机等设 备可以实现共用。考虑到网络安全防护以及公安等部门对安防系统接入要求，安防系统独 立设置，可以通过通信网关与充电监控、供电监控实现信息互动。监控系统具备数据采集功能，可采集充电机/桩工作状态、温度、故障信号、功率、 电压、电流等；可采集电池组温度、S0C、端电压、电流、电池故障信号等；可采集充电站/电 池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能 计量信息等；具备控制调节功能，可向充电机下发控制命令，遥控充电机起停、校时、紧急停机、 远方设定充电参数等，可控制供电系统断路器及开关的合分，可向电池更换设备下发启停 及更换电池位置等信息；具备数据处理与存储功能；具备充电机和供电系统的越限报警、 故障统计等数据处理功能；具备电池箱充电过程数据统计等数据处理功能；具备对充电 机、电池箱、更换设备和供电系统的遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存 储和查询功能。具备事件记录功能，具备操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录、电池 组参数异常记录等功能；可对遥信变位、遥测越限、遥控操作、系统核心组件启停等事件按 时间、类型、装置等分类检索。具备人机操作与图形编辑功能，可提供实用灵活、功能强大的画面编辑工具；可显 示曲线、棒图、饼图、实时数据表格等不同种类的画面；可提供图形化操作完成充电机的各 种遥控操作；具备报警处理功能，可提供图形、文字、语音等报警方式以及相应的报警处理 功能。具备电池充电信息管理，可存储每个电池箱的各类参数、使用时间、维护维修记录 等信息；可记录电池箱充电过程相关数据，包括充电电压、温度、充电次数、充电起止时间、 充电电量等。具备通信功能，系统采用CAN或工业以太网方式与充电机通信，系统能够通过以 太网、具有保障信息安全措施的无线公网等通信方式与监控中心等上级系统通信；具备用户管理和权限管理功能，系统根据需要，规定操作员对各种业务活动的使用范围、操作权限 等；具备报表管理与打印功能，用户可以方便地定义各类日报、月报及年报，并具有定时/ 召唤打印等功能。具备系统维护与系统自检功能；具备较强的扩展能力，可完成不同类型充电机接 入；具备可伸缩性，可满足充电站规模扩容要求；具备对时功能，可接受GPS同步时钟对时，也可对站内各个充电机及智能装置对 时，保证系统时间一致性。具备计量计费系统功能，电动汽车充电站/电池更换站内由用电采集终端负责采 集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站 通讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并把电量和 计费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或上级监控 中心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。具备安防系统功能，可实时视频监控，监视设备运行状态。与电动汽车充(换)电 站监视区的智能设备配合，实现防盗、防火功能，对设备、场地、休息室、值班室、营业窗口等 进行监视；可实现报警功能、控制功能、图像录像管理功能及系统对时功能。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅 是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1.一种电动汽车充换电站，其特征在于包括 配电系统、充电系统、电池更换系统和监控系统；所述配电系统将IOkv转换成380V，为充电系统、自动更换系统和监控系统提供电能； 所述配电系统包括高压IOkV系统、变压器系统和低压380V系统， 其中，高压IOkV系统包括IOkV电缆进线柜、进线负荷开关、高压计量柜、PT避雷器柜 和主变柜，为双母线分段接线；所述变压器系统由2台油浸变压器构成；所述低压380kV系统包括380kV电缆馈线柜、有源滤波及无功补偿柜和母联柜，为双母 线分段接线；所述充电系统包括整车充电系统和分箱充电系统；所述整车充电系统电动汽车停在充电位上，由整车充电系统为其提供整车充电，整车 充电时间为4小时；所述分箱充电系统将电动汽车电池取下，放入充电架，由分箱充电系统为其提供分箱 充电，电池箱充电时间为4小时；所述电池更换系统将电动汽车电池通过电动叉车取下，经过自动仓储系统，将电池放 入充电平台，由充电系统中分箱充电系统进行充电；所述监控系统的作用是对配电系统、充电系统和电池更换系统进行监控，并通过光电 转换将监控数据上传至上级主站，确保充换电站安全稳定运行。
2.如权利要求1中所述的电动汽车充换电站，其特征在于还具有自动仓储系统，作用是实现电池自动出入库管理，自动识别电池类型，电池与分 箱充电系统通信，自动充电，实现换电模式的自动化，提高换电兼容性。
3.如权利要求2中所述的电动汽车充换电站，其特征在于还具有换电叉车和防雨措施，电动汽车换电位置停放无需精准定位，利用换电叉车锁 定电动汽车，从而降低电动汽车更换电池的停车难度，能够进行室外更好电池；
4.如权利要求3中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统还包括充电监控、供电监控和快换机器人监控，所述监控系统的计量数 据采集系统构建在统一的软件平台上，其他系统的计算机可以实现数据共享。
5.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于在所述自动仓储系统中，换电叉车将电池放至电池输入口，输入传送带将电池箱输送 至移载机，继续输送至堆剁机，将电池抓取、定位，通过射频识别RFID检测器检测识别当前 电池箱类型，与仓储系统控制中心通信，将电池箱放入充电平台，电池平台的电池管理系统 BMS与充电机通过CAN网络通信，使用分箱充电系统对充电平台进行充电，堆剁机将充满电 电池由充电平台上取下，输送至移载机，放至输送至输出传送带，输送至电池输出口，利用 换电叉车将电池更换至电动汽车，整个过程实现了电池出入库管理，电池自动更换，电池自 动识别，电池与分箱充电系统配合，自动进行充电，实现了电池更换自动化。
6.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述充电平台中设置有烟雾报警装置与监控网络相连，充电机通过CAN 口与监控系统 相连，实时监控当前充电状态。
7.如权利要求3中所述的电动汽车充换电站，其特征在于电动汽车停放至换电位，所述换电叉车将电池箱从电动汽车上取下，换电叉车采用站 驾式门架前移式，前端配有电池抽取机构，所述抽取机构利用叉车自带的电池驱动直流电 机和电磁铁实现抽取功能，前端设置有定位传感器，通过车载可编程控制器PLC控制，左右 和上下移动找正目标，然后门架前移，利用机械定位实现与车和货架对接，完成电池更换。
8.如权利要求4中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统包括充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统、计量数据采集 系统和安防系统构成；所述充电监控系统、快换机器人监控系统、供电监控系统和计量数据 采集系统构建在统一软件平台上，所述安防系统独立设置，通过通信网关与充电监控系统 和供电监控系统实现信息互动。
9.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述计量数据采集系统采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压和电流数 据；采集电池组的温度、端电压、电流和电池故障信号数据；采集充电站或电池更换站供电 系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和电能计量信息数 据。
10.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统具备对时功能，能接受GPS同步时钟对时，对电动汽车充换电站内各个 充电机及智能装置对时，保证系统时间的一致性。
11.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述监控系统具备计量计费系统功能，电动汽车充换电站内由用电采集终端负责采集 各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站通 讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并把电量和计 费信息存储到数据库服务器中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或上级监控中 心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。
12.如权利要求8中所述的电动汽车充换电站，其特征在于所述安防系统，可实时进行视频监控，监视设备运行状态；与电动汽车充换电站监视 区的智能设备配合，实现防盗和防火功能，对设备、场地、休息室、值班室和营业窗口进行监 视；实现报警功能、控制功能和图像录像管理功能。
全文摘要
本发明属于低压配电技术领域，以及电力电子技术领域，涉及一种电动汽车充换电站。本发明的电动汽车充换电站是以自动更换电池、分箱充电为主，整车充电为辅助的电动汽车充换电站，能够适应大型商用车和小型成用车电能补充要求。其采用仓储式电池自动更换系统，具备电池自动更换，自动出入库管理功能，可利用分箱充电系统进行电池充电。
文档编号H02J13/00GK102064578SQ201010596798
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者余英, 刘之方, 李武峰, 王献丽, 陈 光, 鞠登峰 申请人:中国电力科学研究院
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