充换电站及充换电控制系统的制作方法

本发明涉及电动汽车充换电控制技术领域，具体涉及充换电站及充换电控制系统。

背景技术：

充换电站是为电动汽车的动力电池提供充电和快速更换的能源站。目前充换电站主要采用分离的电动汽车充电和电动汽车换电，使得充换电站的集中程度较低，需具备一定的建设面积和电能供应量的情况下才能满足日益增大的电动汽车充换电需求。同时，充换电站主要采用传统的建设方式，导致充换电站的规模可扩展性较低。例如，申请号为cn201310626021.x的发明专利申请公开了一种充换电站系统，该系统采用一条总线实现间隔层和站控层之间的全部数据共享，数据交叉多，不利于对不同的间隔层设备，如充电设备和换电设备的可靠控制，及灵活扩展和安装调试。同时，该系统也未公开如何实现电动汽车有效充换电的充电策略和换电策略。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决充换电站的规模可扩展性、减少不同数据之间相互影响、提高可靠性的技术问题，本发明提供了一种充换电控制系统和充换电站，该充换电控制系统采用分总线方式对充电装置和换电装置进行单独控制且在站控层通过数据库实现数据共享，提高了该系统的鲁棒性。同时，该充换电控制系统的主控装置可以通过云平台获取电动汽车的充/换电请求信息，并依据该充/换电请求信息和预设充/换电策略，实现动力电池高可靠性、高智能型的换电控制。

第一方面，本发明中一种充换电控制系统的技术方案是：

所述充换电控制系统，包括间隔层设备和站控层设备；

所述间隔层设备包括换电装置和充电装置；所述换电装置，配置为驱动换电执行机构对电动汽车进行动力电池更换；所述充电装置，配置为驱动充电设施对载能电池或电动汽车充电；

所述站控层设备包括主控装置；所述主控装置通过第一类型总线与所述换电装置通信，通过第二类型总线与所述充电装置通信；

所述主控装置，配置为控制所述充电装置对载能电池和/或电动汽车充电，和/或依据所述充电装置反馈的载能电池充电状态信息，确定所述电动汽车的可更换载能电池，并控制所述换电装置将所确定的可更换载能电池更换到电动汽车。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述间隔层设备还包括环境监测装置，其通过第三类型总线与所述主控装置通信；所述环境监测装置，配置为监控所述换电装置、充电装置和所述系统内安防设备的工作状态。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

第一类型总线为工业以太网总线；

第二类型总线为canbus总线；

第三类型总线为modbus总线。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述系统还包括网络层设备；所述网络层设备包括云平台和能量管理装置；所述云平台，配置为监控所述系统的工作状态；

所述云平台通过无线网络与所述主控装置通信，所述能量管理装置通过第二类型总线或无线网络与所述主控装置通信。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述站控层设备还包括人机交互终端，其通过第三类型总线与所述主控装置通信。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置包括充电管理模块；

所述充电管理模块，配置为获取云平台存储的预设充电策略和云平台接收的电动汽车充电请求信息，并依据所获取的预设充电策略和电动汽车充电请求信息生成充电指令，依据所生成的充电指令控制所述充电装置对电动汽车充电；或者，配置为依据云平台下发的充电指令，控制所述充电装置对电动汽车充电；

其中，所述云平台下发的充电指令为云平台依据所存储的预设充电策略和所接收的电动汽车充电请求信息于该云平台生成的充电指令；

所述电动汽车充电状态信息包括电动汽车的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述预设充电策略为按照所述云平台接收电动汽车充电请求信息的时间顺序，依次控制充电装置对各电动汽车充电请求信息对应的电动汽车充电。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置包括换电管理模块；

所述换电管理模块，配置为获取云平台存储的预设换电策略和云平台接收的电动汽车换电请求信息，并依据所获取的预设换电策略和电动汽车换电请求信息生成换电指令，依据所生成的换电指令控制所述换电装置对电动汽车进行动力电池更换；或者，配置为依据云平台下发的换电指令，控制所述换电装置对电动汽车进行动力电池更换；

其中，所述云平台下发的换电指令为云平台依据所存储的预设换电策略和所接收的电动汽车换电请求信息于该云平台生成的换电指令；

所述电动汽车充电状态信息包括电动汽车的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述预设换电策略包括第一换电策略和第二换电策略；

所述第一换电策略为按照所述云平台接收电动汽车换电请求信息的时间顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换；

所述第二换电策略为按照各电动汽车换电请求信息中期望出行距离由大到小的顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置包括可更换载能电池确定模块；所述可更换载能电池确定模块，配置为依据载能电池的荷电状态选择电动汽车的可更换载能电池，具体为：

选择任一荷电状态等于或大于预设荷电状态阈值的载能电池作为可更换载能电池；

若所有载能电池的荷电状态均小于预设荷电状态阈值，则选择荷电状态最大值对应的载能电池作为可更换载能电池。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括鉴权模块；所述鉴权模块，配置为在所述系统的云平台无法对电动汽车进行权限认证时，获取预存储的电动汽车权限信息，并判断所述预存储的电动汽车权限信息是否包含所述电动汽车的权限请求信息：若包含则判断为权限认证通过。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括：

电网监测模块，配置为监测电网所需的负荷电量，并在所述负荷电量大于预设负荷电量阈值时，控制载能电池向电网供电。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括：

调试模块，配置为接收预设测试信息，并依据所述预设测试信息调整所述系统的工作状态。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述主控装置还包括：

第一无线通信模块，配置为通过无线网络与智能终端进行信息交互。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第一无线通信模块包括蓝牙通信模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括：

第二无线通信模块，配置为与预设局域网进行信息交互。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第二无线通信模块包括zigbee通信模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括：

第三无线通信模块，配置为通过无线网络与电动汽车进行信息交互。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第三无线通信模块包括wifi通信模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述主控装置还包括：

第四无线通信模块，配置为通过无线网络与所述系统的云平台进行信息交互。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第四无线通信模块包括3g通信模块和/或4g通信模块和/或5g通信模块和/或以太网通信模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述充电装置包括：

整流模块，用于将交流充电电流或直流充电电流转换为载能电池或电动汽车可用的充电电流；

第一充电板，其与所述整流模块连接，用于对载能电池充电；

第二充电板，其与所述整流模块连接，用于对电动汽车充电。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述换电装置包括：

换电执行机构；

换电控制单元，配置为接收所述主控装置发送的可更换载能电池的状态信息，并依据所接收的状态信息向所述换电执行机构发送电池更换指令；

显示单元，用于显示所述换电装置的工作状态。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述换电执行机构包括：

车辆平台，用于对电动汽车进行移动和/或举升；

电池搬运装置，用于将动力电池传输至电池架或将载能电池传输至所述车辆平台；

电池更换装置，其通过无线网络与所述换电控制单元连接；所述电池更换装置，用于更换电动汽车的动力电池。

第二方面，本发明中一种充换电站的技术方案是：

所述充换电站，包括充换电控制管理装置，所述充换电控制管理装置包括上述技术方案所述的充换电控制系统。

方案1、一种充换电控制系统，包括间隔层设备和站控层设备，其特征在于，

所述间隔层设备包括换电装置和充电装置；所述换电装置，配置为驱动换电执行机构对电动汽车进行动力电池更换；所述充电装置，配置为驱动充电设施对载能电池和/或电动汽车充电；

所述站控层设备包括主控装置；所述主控装置通过第一类型总线与所述换电装置通信，通过第二类型总线与所述充电装置通信；

所述主控装置，配置为控制所述充电装置对载能电池和/或电动汽车充电，和/或依据所述充电装置反馈的载能电池充电状态信息，确定所述电动汽车的可更换载能电池，并控制所述换电装置将所确定的可更换载能电池更换到电动汽车。

方案2、根据方案1所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述间隔层设备还包括环境监测装置，其通过第三类型总线与所述主控装置通信；所述环境监测装置，配置为监控所述换电装置、充电装置和所述系统内安防设备的工作状态。

方案3、根据方案1或2所述的充换电控制系统，其特征在于，

第一类型总线为工业以太网总线；

第二类型总线为canbus总线；

第三类型总线为modbus总线。

方案4、根据方案1所述的充换电控制系统，其特征在于，所述系统还包括网络层设备；所述网络层设备包括云平台和能量管理装置；所述云平台，配置为监控所述系统的工作状态；

所述云平台通过无线网络与所述主控装置通信，所述能量管理装置通过第二类型总线或无线网络与所述主控装置通信。

方案5、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述站控层设备还包括人机交互终端，其通过第三类型总线与所述主控装置通信。

方案6、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置包括充电管理模块；

所述充电管理模块，配置为获取云平台存储的预设充电策略和云平台接收的电动汽车充电请求信息，并依据所获取的预设充电策略和电动汽车充电请求信息生成充电指令，依据所生成的充电指令控制所述充电装置对电动汽车充电；或者，配置为依据云平台下发的充电指令，控制所述充电装置对电动汽车充电；

其中，所述云平台下发的充电指令为云平台依据所存储的预设充电策略和所接收的电动汽车充电请求信息于该云平台生成的充电指令；

所述电动汽车充电状态信息包括电动汽车的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息。

方案7、根据方案6所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述预设充换电策略为按照所述云平台接收电动汽车充电请求信息的时间顺序，依次控制充电装置对各电动汽车充电请求信息对应的电动汽车充电。

方案8、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括换电管理模块；

所述换电管理模块，配置为获取云平台存储的预设换电策略和云平台接收的电动汽车换电请求信息，并依据所获取的预设换电策略和电动汽车换电请求信息生成换电指令，依据所生成的换电指令控制所述换电装置对电动汽车进行动力电池更换；或者，配置为依据云平台下发的换电指令，控制所述换电装置对电动汽车进行动力电池更换；

其中，所述云平台下发的换电指令为云平台依据所存储的预设换电策略和所接收的电动汽车换电请求信息于该云平台生成的换电指令；

所述电动汽车状态信息包括电动汽车车主的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息。

方案9、根据方案8所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述预设换电策略包括第一换电策略和第二换电策略；

所述第一换电策略为按照所述云平台接收电动汽车换电请求信息的时间顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换；

所述第二换电策略为按照各电动汽车换电请求信息中期望出行距离由大到小的顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换。

方案10、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括可更换载能电池确定模块；所述可更换载能电池确定模块，配置为依据载能电池的荷电状态选择电动汽车的可更换载能电池，具体为：

选择任一荷电状态等于或大于预设荷电状态阈值的载能电池作为可更换载能电池；

若所有载能电池的荷电状态均小于预设荷电状态阈值，则选择荷电状态最大值对应的载能电池作为可更换载能电池。

方案11、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括鉴权模块；所述鉴权模块，配置为在所述系统的云平台无法对电动汽车进行权限认证时，获取预存储的电动汽车权限信息，并判断所述预存储的电动汽车权限信息是否包含所述电动汽车的权限请求信息：若包含则判断为权限认证通过。

方案12、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

电网监测模块，配置为监测电网所需的负荷电量，并在所述负荷电量大于预设负荷电量阈值时，控制载能电池向电网供电。

方案13、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

调试模块，配置为接收预设测试信息，并依据所述预设测试信息调整所述系统的工作状态。

方案14、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

第一无线通信模块，配置为通过无线网络与智能终端进行信息交互。

方案15、根据方案14所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述第一无线通信模块包括蓝牙通信模块。

方案16、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

第二无线通信模块，配置为与预设局域网进行信息交互。

方案17、根据方案16所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述第二无线通信模块包括zigbee通信模块。

方案18、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

第三无线通信模块，配置为通过无线网络与电动汽车进行信息交互。

方案19、根据方案18所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述第三无线通信模块包括wifi通信模块。

方案20、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述主控装置还包括：

第四无线通信模块，配置为通过无线网络与所述系统的云平台进行信息交互。

方案21、根据方案20所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述第四无线通信模块包括3g通信模块和/或4g通信模块和/或5g通信模块和/或以太网通信模块。

方案22、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述充电装置包括：

整流模块，用于将交流充电电流或直流充电电流转换为载能电池或电动汽车可用的充电电流；

第一充电板，其与所述整流模块连接，用于对载能电池充电；

第二充电板，其与所述整流模块连接，用于对电动汽车充电。

方案23、根据方案1、2或4所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述换电装置包括：

换电执行机构；

换电控制单元，配置为接收所述主控装置发送的可更换载能电池的状态信息，并依据所接收的状态信息向所述换电执行机构发送电池更换指令；

显示单元，用于显示所述换电装置的工作状态。

方案24、根据方案23所述的充换电控制系统，其特征在于，

所述换电执行机构包括：

车辆平台，用于电动汽车停放和/或移动和/或举升；

电池搬运装置，用于将动力电池传输至电池架或将载能电池传输至所述车辆平台；

电池更换装置，其与所述换电控制单元连接；所述电池更换装置，用于更换电动汽车的动力电池。

方案25、一种充换电站，包括充换电控制管理装置，其特征在于，所述充换电控制管理装置包括根据方案1-24中任一项所述的充换电控制系统。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种充换电控制系统，其换电装置和充电装置分别通过各自的通信总线与主控装置连接，有利于换电装置和充电装置的灵活扩展；同时，其主控装置可以控制换电装置将经充电装置完成充电的载能载能电池安装到电动汽车上，实现电动汽车的快速补能。

2、本发明提供的一种换电站，其包括上述技术方案所述的充换电控制系统，充电换电总线分离，提高了控制的可靠性，采样主控装置内数据库共享方式，提高了数据读写速度，采用可靠的充换电策略提高了换电的服务能力，可以在不增加充换电站建设面积的情况下，提高换电装置和充电装置的数量，进而满足日益增加的电动汽车的充电需求。

附图说明

图1是本发明实施例中一种充换电控制系统结构示意图；

图2是本发明实施例中换电实施流程图；

图3是本发明实施例中换电装置结构示意图；

图4是本发明实施例中充电装置结构示意图；

图5是本发明实施例中另一种充换电控制系统结构示意图；

其中，11：车辆移动装置；12：车辆举升装置；13：电池传送装置；14：剪刀叉升降装置；15：加解锁装置；16：电池举升装置；17：电池接插装置；18：电池传输装置；19：电池接插装置。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

充换电站的充换电量受其建设面积和电能供应条件的限制，在城市等建筑资源密集的区域很难满足日益增加的电动汽车充换电需求。同时，电动汽车的无序充电也会导致电网峰谷负荷加剧，进一步增加电网潮流调控难度和配电网增容升级成本。基于此，本发明提供了一种充换电控制系统，其站控层可以通过多条总线与间隔层内的不同设备进行通信，便于所述不同设备及相关控制功能可以灵活扩展，使得在不增加充换电站建设面积的前提下扩大充换电站的规模。同时，该系统还可以采用“站内充电+站内换电”的工作模式，即在充换电站内对电池充电，并将充满电的电池更换电动汽车上的缺电电池，从而可以降低电动汽车充电对电网供电能力的影响。需要说明的是：为了便于区分描述，电动汽车车载动力电池本文中用“动力电池”进行表述，从电动汽车上更换下来进行独立充电的动力电池用“载能电池”进行表述。

下面结合附图，对本发明实施例中一种充换电控制系统进行具体说明。

本实施例中充换电控制系统可以包括间隔层设备和站控层设备。间隔层设备指的是工业网络控制体系结构中间隔层内的设备，站控层设备指的是工业网络控制体系结构中站控层内的设备。

间隔层设备可以包括换电装置和充电装置。换电装置可以配置为驱动换电执行机构对电动汽车进行动力电池更换，充电装置可以配置为驱动充电设施对载能电池或电动汽车充电。其中，充电装置对电动汽车充电指的是对电动汽车进行整车充电，即向电动汽车的动力电池充电。

本实施例中换电装置可以采用可编程逻辑控制器plc，其配置为执行预设的换电策略。充电装置可以包括直流充电控制装置和交/直流充电控制装置。其中，直流充电控制装置可以控制载能电池向负载供电，交/直流充电控制装置可以控制交流系统向负载供电，即将交流系统输出的交流充电电流转换为直流充电电流后向负载供电。负载可以为载能电池也可以为电动汽车。

站控层设备可以包括主控装置，该主控装置可以通过第一类型总线与换电装置通信，可以通过第二类型总线与充电装置通信。本实施例中换电装置和充电装置分别通过单独的通信总线与主控装置通信，有利于对换电装置和充电装置进行扩展和配置，也有利于对换电装置和充电装置进行独立的模块化设计，进而可以对换电装置和充电装置进行模块化管理。

本实施例中主控装置可以配置为获取云平台存储的预设充电策略和云平台接收的电动汽车充电请求信息，并依据所获取的预设充电策略和电动汽车充电请求信息生成充电指令，依据所生成的充电指令控制所述充电装置对电动汽车充电；或者，主控装置可以配置为依据云平台下发的充电指令，控制充电装置对电动汽车充电。其中，云平台下发的充电指令为云平台依据所存储的预设充电策略和所接收的电动汽车充电请求信息于该云平台生成的充电指令。电动汽车充电状态信息包括电动汽车的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息，该动力电池状态信息可以包括动力电池的荷电状态。本实施例中主控装置在生成或接收到充电指令后可以向充电装置发送充电控制指令，使得充电装置接收到充电控制指令后可以驱动充电设施对载能电池或电动汽车充电。

本实施例中预设充电策略可以按照云平台接收电动汽车充电请求信息的时间顺序，依次控制充电装置对各电动汽车充电请求信息对应的电动汽车充电。例如，云平台接收到6个电动汽车充电请求信息且接收时间均不同，此时换电站内包括5个处于空闲状态的电动汽车充电位，充电装置按照预设充电策略对电动汽车充电，即先请求先服务的方式对电动汽车充电。

本实施例中主控装置还可以配置为获取云平台存储的预设换电策略和云平台接收的电动汽车换电请求信息，并依据所获取的预设换电策略和电动汽车换电请求信息生成换电指令，依据所生成的换电指令控制换电装置对电动汽车进行动力电池更换；或者，主控装置可以配置为依据云平台下发的换电指令，控制换电装置对电动汽车进行动力电池更换。其中，云平台下发的换电指令为云平台依据所存储的预设换电策略和所接收的电动汽车换电请求信息于该云平台生成的换电指令。电动汽车换电状态信息包括电动汽车的期望出行距离、期望出行时间和动力电池状态信息，该动力电池状态信息可以包括动力电池的荷电状态。具体地，本实施例中换电装置在生成或接收到换电指令后，可以依据充电装置反馈的载能电池充电状态信息，确定电动汽车的可更换载能电池并将该可更换载能电池的状态信息发送至换电装置，使得换电装置可以依据状态信息将该状态信息对应的载能电池安装至电动汽车上。

本实施例中预设换电策略包括第一换电策略和第二换电策略。其中，第一换电策略为按照云平台接收电动汽车换电请求信息的时间顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换。第二换电策略为按照各电动汽车换电请求信息中期望出行距离由大到小的顺序，依次控制换电装置对各电动汽车换电请求信息对应的电动汽车进行动力电池更换。例如，云平台接收到6个电动汽车换电请求信息且接收时间均不同，此时换电站内包括5个处于满电状态的载能电池，换电装置按照第一换电策略对电动汽车进行动力电池更换，即先请求先服务的方式对电动汽车换电。又例如云平台接收到6个电动汽车换电请求信息且接收时间均不同，此时换电站内包括5个处于满电状态的载能电池，1个未满电的载能电池，换电装置按照第二换电策略对电动汽车进行动力电池更换，即在满足电动汽车期望出行距离的情况下，可以将未充满电的载能电池安装到电动汽车上，该未充满电的载能电池的电量应当不小于电动汽车期望出行距离所需的电量。

本实施例中充电装置反馈的载能电池充电状态信息为荷电状态时，主控装置可以按照下述步骤确定电动汽车可更换载能电池，具体为：

(1)主控装置依据所生成或接收的换电指令，向换电装置发送换电控制指令，使得换电装置可以驱动换电执行机构对电动汽车进行动力电池更换。

(2)主控装置采集充电装置反馈的载能电池的荷电状态：选择任一荷电状态等于或大于预设荷电状态阈值的载能电池作为可更换载能电池，并将该可更换载能电池的状态信息发送至换电装置。若所有载能电池的荷电状态均小于预设荷电状态阈值，则将荷电状态最大值对应的载能电池作为可更换载能电池，并将该可更换载能电池的状态信息发送至换电装置。

本实施例提供的一个优选技术方案中，可以按照下述步骤确定电动汽车的可更换载能电池，具体为：

(1)设定载能电池的预设荷电状态阈值为其充电满电时对应的荷电状态。

(2)采集充电装置反馈的载能电池的荷电状态：若存在充满电的载能电池，则选择任一充满电的载能电池作为可更换载能电池；若不存在充满电的载能电池，则选择荷电状态最大值对应的载能电池作为可更换的电池。

本实施例中可更换载能电池的状态信息可以为可更换载能电池的电池序号，换电装置可以驱动换电执行机构将该电池序号对应的载能电池安装到电动汽车上。例如，充换电站内包括n个载能电池时，充电装置向主控装置反馈第1-n个载能电池的荷电状态，主控装置依据n个载能电池的荷电状态确定可更换载能电池为第x个载能电池，x＝1,...,n。主控装置再将可更换载能电池的电池序号x发送至换电装置，换电装置可以驱动换电执行机构将第x个载能电池安装到电动汽车上。

进一步地，本实施例中间隔层设备还可以包括环境监测装置，该环境监测装置可以通过第三类型总线与主控装置通信，其可以配置为监控换电装置、充电装置和安防设备的工作状态。其中，安防设备可以包括用于采集充换电控制系统所在区域视频和/或图像的视频监控装置，也可以包括报警装置。本实施例中通过环境监测装置可以更加直观的监控布置在充换电控制系统所在区域电力设备的运行状态，通过报警装置可以在所述电力设备发生异常运行时进行告警。

进一步地，本实施例中站控层设备还可以包括人机交互终端，该人机交互终端可以通过第三类型总线与主控装置通信。人机交互终端可以包括换电监控单元、充电监控单元、环境监测装置监控单元和pms监控单元。其中，换电监控单元可以用于监测换电装置的工作状态，也可以向其传输电池更换指令等控制指令。充电监控单元可以用于监测充电装置的工作状态，也可以向其传输充电指令等控制指令。环境监测装置监控单元可以用于监测环境监测装置的工作状态，也可以向其传输启动/停止运行等控制指令。pms监控单元可以用于监测能量管理装置的工作状态，也可以与其进行信息交互。

本实施例中能量管理装置指的是基于能量管理系统(powermanagementsystem，pms)技术的电力管理装置，该能量管理装置可以对充换电控制系统内的用电设备进行监控管理。

进一步地，本实施例中充换电控制系统还可以包括网络层设备，该网络层设备指的是工业网络控制体系结构中网络层内的设备，可以包括云平台和能量管理装置。其中，云平台可以配置为监控充换电控制系统的工作状态，其可以通过无线网络与主控装置通信。能量管理装置可以通过第二类型总线与主控装置通信。

本实施例中主控装置可以向云平台发送主控装置的工作状态，以及主控装置采集到的间隔层设备的工作状态，从而有利于云平台监控充换电控制系统的整体工作状态。其中，本实施例中主控装置可以采用3g/4g/5g等通信技术与云平台进行信息交互，也可以采用基于ieee802.11b标准的无线局域网技术(wirelessfidelity，wifi)与云平台进行信息交互，也可以采用tcp通信方式与云平台进行信息交互，也可以采用bt通信方式与云平台进行信息交互，也可以采用基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网技术zigbee与云平台进行信息交互。

进一步地，本实施例提供的一个优选技术方案中，第一类型总线可以为工业以太网总线，第二类型总线可以为canbus总线，第三类型总线可以为modbus总线。

图1示例性示出了本实施例中充换电控制系统结构，如图所示，本实施例中充换电控制系统的网络控制体系结构包括设备层l1、间隔层l2、站控层l3和网络层l4。其中，设备层l1内设置有换电执行机构和充电设施。间隔层l2内设置有换电装置、充电装置和环境监测装置。站控层l3内设置有主控装置和人机交互终端。网络层l4内设置有云平台和能量管理装置。

具体地，如图1所示，本实施例中充电装置可以包括直流充电控制装置和交/直流充电控制装置。

其中，直流充电控制装置可以包括第一通讯单元、第一切换单元和第一充电策略单元。第一通讯单元可以通过第二类型总线与主控装置通信；第一切换单元可以依据第一通讯单元接收的充电控制指令，控制直流充电接头向需要进行充电的载能电池或电动汽车充电；第一充电策略单元可以执行预设的充电策略，该充电策略可以包括充电方式，如快速充电和慢速充电，充电时间等控制策略。

交/直流充电控制装置可以包括第二通讯单元、第二切换单元和第二充电策略单元。第二通讯单元可以通过第二类型总线与主控装置通信；第二切换单元可以依据第二通讯单元接收的充电控制指令，控制交/直流充电桩向需要进行充电的载能电池或电动汽车充电；第二充电策略单元可以执行预设的充电策略，该充电策略可以包括充电方式，如快速充电和慢速充电，充电时间等控制策略。

本实施例中直流充电控制装置与直流充电接头可以构成第一充电装置，交/直流充电控制装置与交/直流充电桩可以构成第二充电装置，为了满足不同负载的充电需求可以相应地增设第一充电装置和/或第二充电装置，使得在不增加充换电站建设面积的基础上也可以提高其充换电能力。同时也可以在满足不同负载的充电需求的前提下通过减少第一充电装置和/或第二充电装置，降低充换电控制系统的运维成本。

具体地，如图1所示，本实施例中换电装置可以包括可编程逻辑控制器plc，该可编程逻辑控制器plc可以包括第三通讯单元和换电策略单元。其中，第三通讯单元可以通过第一类型总线与主控装置通信，接收主控装置下发的可更换载能电池的状态信息。换电策略单元也可以通过第一类型总线与换电执行机构通信，依据第三通讯单元接收到的状态信息，控制换电执行机构将该状态信息对应的可更换电池安装到电动汽车上。

具体地，如图1所示，本实施例中环境监测装置可以包括第四通讯单元，该第四通信单元可以通过第三类型总线与主控装置通信，通过主控装置内的软件总线架构获取第一类型总线传输的换电装置的工作状态信息，获取第二类型总线传输的充电装置的工作状态信息。

具体地，如图1所示，本实施例中主控装置的软件总线架构可以包括以太网通信网络、can主站网络、can从站网络和两个modbus主站网络。其中，以太网通信网络通过以太网与换电装置进行通信，can主站网络通过canbus总线与充电装置进行通信，can从站网络通过canbus总线与能量管理装置通信，一个modbus主站网络通过modbus总线与环境监测装置通信，一个modbus主站网络通过modbus总线与人机交互终端通信。同时，本实施例中主控装置的软件总线架构还可以包括用于对以太网通信网络、can主站网络、can从站网络和modbus主站网络的通信信息进行信号转换和传输的数据传输层。数据传输层可以与主控装置内的数据库通信，该数据库可以存储数据传输层内的各数据信息。

本实施例中换电装置的工作状态信息和换电执行结构的工作状态信息均可以通过以太网通信网络传输至主控装置内相应的换电管理模块。充电装置的工作状态信息和充电设施的工作状态信息均可以通过can主站网络传输至主控装置内相应的充电管理模块。环境监测装置的工作状态信息以及采集到的监测信息可以通过modbus主站网络传输至主控装置内相应的环境监测管理模块。人机交互终端可以通过modbus主站网络向主控装置传输其采集到的人机操作信息，也可以通过modbus主站网络显示主控装置采集到的换电装置、充电装置、环境监测装置和能量管理装置等设备的状态信息。

具体地，如图1所示，本实施例中主控装置可以包括用于监控换电装置和换电执行机构等充换电控制系统内换电设备的换电管理模块，也可以包括用于监控充电装置和充电设施等充换电控制系统内充电设备的充电管理模块，也可以包括用于监控环境监测装置的环境监测管理模块，也可以包括用于监控充换电控制系统所接入电网负荷电量的电网监测模块，也可以包括用于对电动汽车进行权限认证的鉴权模块。

其中，电网监测模块可以配置为监测电网所需的负荷电量，并在负荷电量大于预设负荷电量阈值时，控制载能电池向电网供电，从而可以在电网峰谷负荷加剧时减缓电网的负荷供电压力。

其中，鉴权模块可以配置为在云平台无法对电动汽车进行权限认证时，获取预存储的电动汽车权限信息，并判断预存储的电动汽车权限信息是否包含电动汽车的权限请求信息：若包含则判断为权限认证通过。即实现了充换电控制系统处于离线状态时，也可以对电动汽车进行权限认证。例如，电动汽车向充换电控制系统发出充电请求信息时鉴权模块判断为该电动汽车的权限认证通过，则充换电控制系统可以执行相应的充电策略。又例如，电动汽车向充换电控制系统发出环境监测装置查询请求信息时鉴权模块判断为该电动汽车的权限认证不通过，则充换电控制系统不向电动汽车发送环境监测装置的相关信息。

进一步地，本发明实施例中主控装置可以包括下述结构，具体为：

本实施例中主控装置可以包括可更换载能电池确定模块，该可更换载能电池确定模块可以配置为依据载能电池的荷电状态选择电动汽车的可更换载能电池。本实施例中可更换载能电池可以执行上述依据荷电状态确定可更换载能电池的确定策略，具体为：

选择任一荷电状态等于或大于预设荷电状态阈值的载能电池作为可更换载能电池。若所有载能电池的荷电状态均小于预设荷电状态阈值，则选择荷电状态最大值对应的载能电池作为可更换载能电池。

下面结合附图对本实施例中主控装置控制换电装置进行电池更换的实施过程进行说明。

图2示例性示出了本实施例中换电实施流程，如图所示，本实施例中可以按照下述步骤对电动汽车进行电池更换，具体为：

步骤s101：主控装置向请求进行电池更换的电动汽车发送电池自检指令，电动汽车接收到该电池自检指令后可以检测动力电池的荷电状态、电压、容量或温度等电池状态信息。

步骤s102：主控装置接收电动汽车反馈的自检结果，若自检结果合格则对电动汽车进行权限认证。

步骤s103：本实施例中设定电动汽车向充换电控制系统发送换电请求，且该电动汽车通过权限认证，此时主控装置可以在电动汽车通过权限认证后启动换电装置。

步骤s104：主控装置获取充电装置采集的各载能电池的充电状态信息。本实施例中设定充电状态信息为荷电状态。

步骤s105：主控装置依据预设的电池更换策略和所获取的电池状态信息，确定可更换载能电池。其中，电池更换策略可以为上述实施例所述的基于荷电状态的可更换载能电池的确定策略。

步骤s106：主控装置将可更换载能电池的状态信息发送至换电装置。本实施例中设定状态信息为电池序号，即主控装置将可更换载能电池的电池序号发送至换电装置。

步骤s107：换电装置依据步骤s106确定的电池序号，驱动换电执行机构将该电池序号对应的载能电池安装到电动汽车上。

步骤s108：主控装置在换电装置完成电池更换后，再次向电动汽车发送电池自检指令。电动汽车接收到该新的电池自检指令后对安装后的载能电池进行电池状态信息检测。

步骤s109：主控装置接收电动汽车反馈的自检结果，并将自检结果和电池更换信息发送至人机交互终端进行显示，同时还可以控制人机交互终端显示电池更换完成等信息以提醒电动汽车用户换电完成。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

进一步地，本发明实施例中主控装置可以包括下述结构，具体为：

本实施例中主控装置可以包括移动充电车监测模块，该移动充电车监测模块可以配置为监测移动充电车的工作状态，并在移动充电车的储存电量小于预设储存电量阈值时，控制充电装置向移动充电车的储能装置充电。

进一步地，本发明实施例中主控装置可以包括下述结构，具体为：

本实施例中主控装置可以包括调试模块，该调试模块可以配置为接收预设测试信息，并依据预设测试信息调整充换电控制系统的工作状态。本实施例中预设测试信息可以为测试充换电控制系统是否正常工作的测试信息，也可以为检修充换电控制系统的测试信息。

进一步地，本实施例中主控制装置还可以包括下述结构，具体为：本实施例中主控装置可以包括第一无线通信模块、第二无线通信模块、第三无线通信模块和第四无线通信模块。

其中，第一无线通信模块可以配置为通过无线网络与智能终端进行信息交互。本实施例中智能终端可以为手机、移动电脑等终端设备，第一无线通信模块可以采用蓝牙通信模块，也可以采用3g通信模块、4g通信模块、5g通信模块或wifi通信模块。本实施例中第一无线通信模块与智能终端的交互信息所包含的具体信息类型可以依据实际需求提前设定，例如可以包括主控装置向智能终端传输的充换电控制系统的监控信息，也可以包括智能终端向主控装置发送的请求信息。

同时，本实施例中“智能”应作广义理解，其并非意指终端必须足够聪明或自动化程度足够高，而是涵盖任何能够执行与第一无线通信模块进行信息交互的终端，无论其被认为是智能的还是非智能的。

第二无线通信模块可以配置为与预设局域网进行信息交互。本实施例中第二无线通信模块可以采用zigbee通信模块或bt通信模块，也可以采用3g通信模块、4g通信模块、5g通信模块或wifi通信模块。其中，zigbee通信模块为采用基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网技术进行信息交互的通信模块，bt通信模块为采用bt通信方式进行信息交互的通信模块。本实施例中第二无线通信模块与预设局域网的交互信息所包含的具体信息类型可以依据实际需求提前设定，例如可以包括主控装置向预设局域网传输的充换电控制系统的监控信息，也可以包括预设局域网向主控装置传输的请求信息。

第三无线通信模块可以配置为通过无线网络与电动汽车进行信息交互。本实施例中第三无线通信模块可以采用wifi通信模块，也可以采用3g通信模块、4g通信模块或5g通信模块。本实施例中第三无线通信模块与电动汽车的交互信息可以依据实际需求提前设定，例如可以包括主控装置向电动汽车传输的充换电控制系统的位置信息，也可以包括电动汽车向主控装置发送的充换电请求信息。

第四无线通信模块可以配置为通过无线网络与云平台进行信息交互。本实施例中第四无线通信模块可以采用3g通信模块、4g通信模块、5g通信模块或以太网通信模块，也可以采用wifi通信模块、zigbee通信模块或bt通信模块。本实施例中第四无线通信模块与云平台的交互信息可以依据实际需求提前设定例如可以包括主控装置向云平台传输的充换电控制系统的监控信息，也可以包括云平台向主控装置传输的控制信息。

进一步地，本实施例中主控制装置还可以包括下述结构，具体为：本实施例中主控装置还可以包括语音模块，该语言模块可以配置为输出语音提示信息。例如，可以在载能电池和电动汽车充电完成时输出充电完成信息的语音信息，也可以在环境监测装置采集到告警信息后，将该告警信息转换为语音信息进行播放。

进一步地，本实施例提供的另一个优选技术方案中，充电装置可以包括下述结构，具体为：本实施例中充电装置可以包括整流模块、第一充电板和第二充电板。

其中，整流模块可以用于将交流充电电流或直流充电电流转换为载能电池或电动汽车可用的充电电流。例如，整流模块可以将交流充电电流转换为载能电池或电动汽车可用的直流充电电流；整流模块也可以对直流充电电流进行功率调节，将其转换为载能电池或电动汽车可用的直流充电电流。

第一充电板与整流模块连接，可以用于对载能电池充电。第二充电板与整流模块连接，可以用于对电动汽车充电。本实施例中第一充电板和第二充电板可以与各自的整流模块连接，也可以连接同一个整流模块。当第二充电板向电动汽车充电时，其实质也是向安装在电动汽车上的动力电池充电，因此在载能电池与动力电池的充电功率相同的情况下，可以设置第一充电板与第二充电板共用同一个整流模块，从而可以减少充电装置内整流模块的数量，降低充电装置的配置成本。

图4示例性示出了本实施例中充电装置的结构示，如图所示，本实施例中充电装置可以包括一个或多个第一充电板，以及一个或多个第二充电板。其中，第一充电板可以向载能电池充电，第二充电板可以向电动汽车进行整车充电，即向电动汽车的动力电池直接充电。

具体地，如图4所示，本实施例中充电装置包括十个第一充电板和两个第二充电板，即可以同时向十个载能电池或同时向两个电动汽车充电。其中，每个第一充电板均连接一个整流模块，两个第二充电板均与一个第一充电板共用一个整流模块。

进一步地，本实施例提供的又一个优选技术方案中，换电装置可以包括下述结构，具体为：本实施例中充电装置可以包括换电执行机构、换电控制单元和显示单元。

换电控制单元可以配置为接收主控装置发送的可更换载能电池的状态信息，并依据所接收的状态信息向换电执行机构发送电池更换指令。显示单元可以用于显示换电装置的工作状态。换电执行机构可以用于执行电池更换的具体操作步骤。

本实施例中换电执行机构可以包括车辆平台、电池搬运装置和电池更换装置。

其中，车辆平台可以用于对电动汽车进行停放、和/或移动、和/或举升。例如，车辆平台可以包括车辆停放装置、和/或车辆移动装置、和/或车辆举升装置，车辆停放装置可以将电动汽车停放在预设区域，车辆移动装置可以将需要进行电池更换的电动汽车移动到预设区域，车辆举升装置可以将需要进行电池更换的电动汽车或已经处于预设区域的电动汽车升高到预设位置。

电池搬运装置可以用于将动力电池传输至电池架，或将载能电池传输至车辆平台。例如，电池搬运装置可以包括电池传送装置、剪刀叉升降装置和加解锁装置。电池传送装置可以将动力电池由车辆平台传输至电池架进行充电，也可以将载能电池由电池架传送至车辆平台以将其安装到电动汽车上。剪刀叉升降装置可以对动力电池或载能电池进行升降操作，便于电池传输。加解锁装置可以对动力电池或载能电池进行固定，防止在传输或升降过程中发生电池位置偏移或掉落等故障。

电池更换装置可以通过无线网络与换电控制单元连接，也可以通过有线网络与换电控制单元连接，该电池更换装置可以用于更换电动汽车的动力电池。例如，电池更换装置可以包括电池举升装置和电池接插装置。电池举升装置可以将载能电池升高至预设高度，电池接插装置可以将预设高度处的将载能电池安装在电动汽车上，如将载能电池与电动汽车的电池接口固定连接。又例如，电池更换装置也可以包括电池传输装置和电池接插装置。电池传输装置可以将载能电池传输至预设区域，电池接插装置可以将预设区域处的将载能电池安装在电动汽车上，如将载能电池与电动汽车的电池接口固定连接。

图3示例性示出了本实施例中换电装置的结构，如图所示，本实施例中换电装置可以包括换电执行机构、换电控制单元和显示单元。其中，换电执行机构内车辆移动平台包括车辆移动装置11和车辆举升装置12，电池搬运装置包括电池传送装置13、剪刀叉升降装置14和加解锁装置15，一个电池更换装置包括电池举升装置16和电池接插装置17，另一个电池更换装置包括电池传输装置18和电池接插装置19。

本实施例中换电控制单元通过控制电机转动方式以驱动换电执行机构动作。其中，车辆移动装置11和车辆举升装置12的驱动电机可以分别通过i/o模块直接与换电控制单元进行通信。电池传送装置13、剪刀叉升降装置14和加解锁装置15的驱动电机可以通过i/o模块接入一个接口控制器后，再通过该接口控制器与换电控制单元通信。电池举升装置16和电池接插装置17的驱动电机可以通过i/o模块接入一个接口控制器后，再通过该接口控制器与换电控制单元进行无线通信。相应地，电池传输装置18和电池接插装置19的驱动电机也可以通过i/o模块接入一个接口控制器后，再通过该接口控制器与换电控制单元进行无线通信。其中，本实施例中接口控制器可以采用cp343以太网通讯模块。

进一步地，本实施例提供的一个充换电控制系统的优选技术方案中，该充换电控制系统还可以包括下述结构，具体为：

图5示例性示出了本实施例中充换电控制系统的结构，如图所示，本实施例中充换电控制系统还可以包括电表、开关量输入/输出通道、水冷设备接口、温度采集装置、防水设备、急停按钮和柔性控制单元等设备或模块。其中，电表可以用于计量充换电控制系统的充电电量，开关量输入/输出通道可以用于传输主控装置与其外接设备的开关量信号，水冷设备接口可以用于连接水冷设备，温度采集装置可以用于采集主控装置的温度信息，防水设备可以用于对主控装置进行防水保护，急停按钮可以用于在发生影响充换电控制系统安全运行的故障时强制该充换电控制系统停止运行。其中，柔性控制单元指的是充换电控制系统进行充电控制或换电控制等操作时所涉及的执行部件，该执行部件可以在接收到预设控制指令后执行预设的动作。例如，执行部件可以为充电装置内的直流开关，当该直流开关在接收到充电闭合指令后即可以闭合，使得充电装置可以向载能电池输出直流充电电流。

同时，本实施例中充换电控制系统还可以包括路由设备，以便主控模块可以通过路由设备与云平台进行信息交互，以及与安防设备进行通信。

基于上述充换电控制系统实施例，本发明实施例还提供了一种充换电站，该充换电站包括充换电控制管理装置。其中，该充换电控制管理装置可以包括上述充换电控制系统实施例所述的充换电控制系统，可以在不增加充换电站建设面积的情况下，对充换电站进行合理扩展以满足日益增加的电动汽车充换电需求，同时，还可以提高充换电站与电网或移动充电车的信息交互，维持电网和移动充电车可以稳定运行。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的服务器、客户端中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，pc程序和pc程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在pc可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。