专利名称：一种商用电动汽车充换电站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种商用电动汽车充换电站。
背景技术：
作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，以及国务院确定的战略性新兴产业之一，电动汽车将逐渐成为中国汽车エ业和能源产业发展的重点。电动乘用车具有工作效率高、低噪音、行驶平稳和不依赖石油等诸多优点，是电动汽车产业化发展的ー个重大方面和方向。商用电动汽车充换电站是为电动商用车运行提供能量补给，是商用电动汽车的重要基础支撑系统，也是商用电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。商用电动车由于其电池组数多，大部分多达9箱，重量大、在车辆上安装分散、占用空间大。现有技术建设的换电站建设，换电机构采用半自动或人工方式，电池装卸困难，更换时间长，效率低下而且占地面积大。·
实用新型内容本实用新型提出ー种商用电动汽车充换电站，用于解决现有充换电站工作效率低下的问题。为实现上述目的，本实用新型的方案是ー种商用电动汽车充换电站，包括至少ー个停车位，姆个停车位两侧均设有一列充电架、ー个充电机柜及ー个用于将已充满电池从充电架移入汽车、将未充满电池从汽车移入充电架的自动多箱换电机构，充电机柜中的各充电机与充电架上的各充电位对应。所述商用电动汽车充换电站还包括配电系统，配电系统包括连接高压线路的高压开关柜，高压开关柜通过变压器连接低压配电柜，低压配电柜连接交流馈电柜，交流馈电柜输出连接所述各充电机，各充电机安装在充电机柜中。所述商用电动汽车充换电站还包括用于自动控制充换电过程的监控系统。本实用新型的充换电单元包括至少ー个停车位,姆个停车位对应ー套充换电设备，在监控系统的控制下，充换电设备完成自动充换电过程。所以本实用新型的充换电単元布置合理、节省空间、自动化程度高、工作效率高，有利于商用电动车商业化、产业化应用。
图I为本实用新型的供配电系统示意图；图2为本实用新型的充电系统示意图；图3为本实用新型的监控系统结构示意图；图4为本实用新型的布局示意图；图5为本实用新型的自动多箱换电设备结构图。
具体实施方式
[0013]
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。如图4所示的商用电动汽车充换电站，包括一个停车位(也可以是并列多个，结合充换电单元面积具体设计)，停车位两侧均设有一列充电架、一个充电机柜及一个用于将已充满电池从充电架移入汽车、将未充满电池从汽车移入充电架的自动多箱换电机构，充电机柜中的各充电机与充电架上的各充电位对应。即一个停车位,两个自动多箱换电设备，两列充电架及充电机，停车位满足长12米、宽2. 6米、高3. 2米的电动商用车换电需求。自动多箱换电机构满足一次换四箱电池的需求，停车位左右两侧各设置一台。充电架按单列六层六箱电池布置，在停车位左右两侧各布置一排，每排充电架设置12列，左右两排共设置144箱电池充电位。充电架外侧设有充电机柜,充电机柜中安装充电机。商用电动汽车充换电站还包括配电系统，配电系统包括连接高压线路的高压开关 柜，高压开关柜通过变压器连接低压配电柜，低压配电柜连接交流馈电柜，所述商用电动汽车充换电站还包括用于自动控制充换电过程的监控系统。如图4，在空间上充好电单元分为供配电区，充换电区和综合办公区。供配电区的配电系统如图I-图2所示包含IOkV高压开关柜、干式变压器、0. 4kV低压开关柜。由外部提供一路IOkV电源，将高电压转化为低电压为整个集中充换电单元提供电源。交流电源由0. 4kV低压开关柜分配至交流馈电柜。充换电区分为充电系统和电池更换系统。充电系统充电系统由交流馈电柜、分箱充电机柜、就地监控柜组成。交流馈电柜由0.4kV低压开关柜引入一回0.4kV交流电源，每个充电机柜由交流馈电柜引入2回AC380V电源，由充电机机柜内部提供分配回路，为每一台充电机提供电源。充电机将交流电源整流输出为直流电源，为动力电池提供电能补充。充电机通过CAN总线和电池管理系统通信，接收电池管理系统的电池数据，充电过程中根据电池管理系统的数据控制充电电流，保证单体电池电压不超过上限，同时当电池管理系统发出电池严重故障信息后能自动停止充电。充电机具有就地和远方控制功能，充电机通过就地监控和充电站监控系统连接，在监控室后台计算机上能完成信息的采集、处理、遥控等所有功能。充电机具有故障报警功能，能向监控系统发送故障信息。充电机具有输入欠压、输入过压、输出短路、电池反接、输出过压、过温、电池故障和电池过充等保护功能。电池更换系统包括自动多箱换电设备、充电架及附件。自动多箱换电设备采用机器视觉、伺服随动控制等技术，具有很强的适应能力，电池更换方便、自动化程度高。可同时更换四箱电池，每车次换电时间不超过IOmin;四立柱整体固定框架结构，承载能力大，有效载荷达2400kg ;内置旋转机构实现电池箱换向，保证换电过程，人员、车辆和设备的安全；视觉定位系统，保证精确定位电池箱位置；对车辆高度变化具有自适应调整能力，保证高换电成功率；全部动作由伺服电机驱动，换电动作平稳。系统能够自动感知到车辆驶入换电工位，在确定准备就绪后能够通知更换设备开始自动更换电池。设备组成如图5所示包括框架状的主体结构I、行走结构2、安装在主体结构内的升降结构3、与升降结构连接的旋转结构4、与升降结构连接的侧移结构5以及安装在侧移结构上的多个电池箱推拉结构6 ;升降结构可以承载旋转结构沿主体结构上下移动，旋转结构可以承载侧移结构以与升降结构连接处为轴旋转，侧移结构可以承载电池箱推拉结构沿着旋转结构移动，电池箱推拉结构包括一个用于吸取和放下所述电动汽车电池箱的电池箱夹具，电池箱推拉结构可以承载所述电动汽车电池箱沿所述侧移结构移动。多箱快换设备具备以下功能快换设备行走系统负责快换设备沿车辆长度方向或充电架长度方向(X方向)的运动。行走系统采用传统的四点滚动支撑行走方式，四个行走轮中分成两个主动轮，两个从动轮，都行走于两条固定軌道。行走框架采用闭合式行走底盘，驱动方式采用电机直接驱动，伺服电机输出行走驱动力，整个行走系统稳定可靠，行走精度高。提升系统实现电池箱快换设备中旋转子系统、侧移子系统、夹具子系统的整体升降功能，也就是这些子系统沿Z方向的运动。提升子系统包括提升框架、提升盘、配重単元、提升执行及传动系统组成，如图7所示。提升子系统从机械结构上采用四立柱四吊点平衡提升，提升执行机构及传动系统采用伺服电机直接驱动链条的传动方式，提升框架由安装在行走底座上的固定四立柱及固定顶框构成，整个执行机构及传动系统由提升框架进行支撑。这种传动及执行方式保证了设备提升过程中传动精度高、传动平稳可靠。提升盘是旋转子系统、侧移子系统、电池箱推拉子系统及夹具子系统的安装基础，提升盘具有四点全方向导向，保证提升盘在升降过程中没有晃动。旋转功能负责将位于更换设备上的电池箱的方向在水平面内进行180度旋转，以便电池箱无论在充电架还是在电动汽车上都保持正确的姿态。旋转子系统由回转轴承支撑机构、旋转驱动机构及旋转框架构成，如图8所示,旋转驱动机构的动カ源为伺服电机,其通过主动齿轮驱动回转轴承支撑机构旋转，从而带动旋转框架一起旋转。旋转框架作为侧移子系统、电池箱推拉子系统及夹具子系统的安装基础，具有足够高的刚度，保证其承载的各个子系统有ー个稳固的基础，从而在进行电池箱更换过程中不产生晃动，保证电池箱交接过程中的正确性及可靠性。为了补偿电池箱快换设备与电动汽车或充电架之间的距离，设备必须具备侧移功能，侧移子系统由侧移导轨系统、侧移驱动系统和侧移框架组成。侧移导轨系统由导轨及导向轮、支撑轮组成，保证侧移框架的平滑运动。为了使电池箱能够进行交換，设备具有电池箱推拉功能。电池箱推拉子系统具有对电池箱的抓取、推拉、锁止/解锁等功能，使电池箱能够沿Y向运动，其包含电池箱子系统推拉驱动单元、推拉动作导向单元及支撑单元，同时也包含电池箱的承载单元。推拉驱动单元采用电机及齿轮齿条驱动方式，电机与主动齿轮安装在电池箱夹具上，齿条与电池箱承载单元固定在一起，当电机带动主动齿轮旋转时，主动齿轮会带动电机及电池箱夹具沿齿条运动。电池箱夹具的导向由直线导轨来完成。充电架存储容量单列六层6箱电池。每个充电位安装独立的烟雾报警器，单列存储架的烟雾报警器信息进行汇总，通过RS485通信接ロ接入充电站监控系统。每个充电位安装红、黄、绿三个信号灯分别指示“充电”、“充满”、和“待机”状态。每个充电位安装完善的定位锁止机构，保证电池箱可靠连接。、[0040]综合办公区由监控系统、办公单元组成。监控系统由监控系统软件、数据服务器、WEB服务器、监控工作站、网络交换机、通信设备等组成，设备布置安装于设备间、监控室。监控系统能够实现对充换电站的配电监控、充换电全过程监控、安防监控、车辆实时监控等多层次全方位的监控管理。监控后台可以对充换电过程实现自动化操控。监控系统能够实现电池身份标识与自动感知，利用物联网技术，建立动力电池的
全寿命周期管理。能够实现从车辆进站到出站的自动化管理。能够实现车辆远程管理。具备数据处理及报表生成功能。能够与电网调度、上级运营管理系统传递基础运营数据，并接受其管控信息和统
一调度。能够实现与公交公司运行管理系统的数据共享与有效互动。办公单元主要有办公室、会议室、卫生间等功能单元组成。为工作人员办公休息场所。为了节省空间，可以将充换电单元分两层设置，将一部分办公单元设置在二层，如图4所示，从楼梯位置可以到达二楼。充换电单元运行流程为供电系统为整个电池更换单元提供电源，充电系统将交流整流变换成直流对充电架上电池进行充电，充满电的电池进入换电序列，当电池电量不足的电动汽车进入换电区后，电池更换系统将需要充电的电池从车辆上卸下放入电池充电架补充能量，充满电的电池更换到车辆上，车辆继续行驶。监控系统实时接收整个换电单元的运行数据，实现数据的存储、处理、显示、查询、告警等功能。电池更换单元具体电池更换流程如下I)车辆进入更换区。已提出电池更换请求的车辆进入更换区后，监控系统通过车辆信息识别设备读取车辆信息。准备换电序列，调度根据车辆信息指令将该车停放到准确位置，打开电池舱门，准备更换电池。2)更换电池。快换设备核心控制器接收到监控系统或人机界面指令后开始工作，先从充电架中取出充好电的电池箱。当车辆进入换电位置，视觉定位系统会对车辆位置进行辨识，确定车辆位置，并把位置信息传给中央控制单元；中央控制单元计算后控制快换设备移动到合适的位置，保证与电动汽车进行精确定位，然后扫描电池的电子标签，确认是否为目标电池箱，确认后电池夹具抓住电池并对其解锁，伺服系统运转，取出已用电池。快换设备旋转子系统旋转调整电池箱方向，把用过的电池箱旋转到充电架方向，同时充好电的电池箱此时已经对准了电动汽车，快换设备通过对电动汽车位置的二次精确定位后，把电池箱送入电动汽车的电池仓中，之后设备再次对充电架目标栈位进行定位，将已经放完电的电池箱送回充电架进行充电，并把电池编号和电池箱所在坐标位传给核心控制器；快换设备对车辆不同区域的电池箱重复上述动作，直到所有电池更换完毕，车辆可以离开。3)电池充电。电池箱卸放到充电机上就位。充电机和电池管理单元通信，将电池数据传输至监控系统，如果监控系统分析认为电池正常则进入正常的充电程序，充电机对电池充电，充满电后进入充电序列，等待更换。如果监控系统分析认为电池出现故障，则将电池送到维护间进行故障诊断和维修，记录故障信息，将维修好的电池送充电架进入正常的充电程序 。
权利要求1.一种商用电动汽车充换电站，其特征在于，包括至少一个停车位，每个停车位两侧均设有一列充电架、一个充电机柜及一个用于将已充满电池从充电架移入汽车、将未充满电池从汽车移入充电架的自动多箱换电机构，充电机柜中的各充电机与充电架上的各充电位--对应。
2.根据权利要求I所述的一种商用电动汽车充换电站，其特征在于，所述商用电动汽车充换电站还包括配电系统，配电系统包括连接高压线路的高压开关柜，高压开关柜通过变压器连接低压配电柜，低压配电柜连接交流馈电柜，交流馈电柜输出连接所述各充电机，各充电机安装在充电机柜中。
3.根据权利要求I所述的一种商用电动汽车充换电站，其特征在于，所述商用电动汽车充换电站还包括用于自动控制充换电过程的监控系统。
专利摘要本实用新型涉及一种商用电动汽车充换电站，包括至少一个停车位，每个停车位两侧均设有一列充电架、一个充电机柜及一个用于将已充满电池从充电架移入汽车、将未充满电池从汽车移入充电架的自动多箱换电机构，充电机柜中的各充电机与充电架上的各充电位一一对应。本实用新型的充换电单元布置合理、节省空间、自动化程度高、工作效率高，有利于商用电动车商业化、产业化应用。
文档编号H02J7/00GK202524118SQ20122011985
公开日2012年11月7日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者刘福卿, 刘辉勇, 张新昌, 徐武峰, 李同智, 王刚, 王永辉, 薛亮, 陈俊凯, 魏众 申请人:山东电力集团公司, 许继电源有限公司, 许继集团有限公司