中小型電動(dòng)汽車換電站的設(shè)計(jì)

劉宏業(yè)

（吉林省長(zhǎng)春電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,長(zhǎng)春130062）

中小型電動(dòng)汽車換電站的設(shè)計(jì)

劉宏業(yè)

（吉林省長(zhǎng)春電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,長(zhǎng)春130062）

以當(dāng)今電動(dòng)汽車的運(yùn)營(yíng)為背景介紹了電動(dòng)汽車換電站的設(shè)計(jì), 包括換電站的使用功能及設(shè)置、充電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置、電池管理系統(tǒng)的設(shè)置及供電電源的設(shè)置,為換電站建設(shè)的進(jìn)展提供了技術(shù)支持和依據(jù)。

電動(dòng)汽車；換電站；電池更換；換電站建設(shè)

1 引言

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加速，汽車工業(yè)得到飛速發(fā)展，同時(shí)全球氣候變暖日益明顯。在此背景下，加快發(fā)展電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)，對(duì)于推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)環(huán)境與人類和諧發(fā)展等方面具有重要意義。

本文提出的換電站設(shè)計(jì)方案提倡標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，即供電系統(tǒng)接線標(biāo)準(zhǔn)化、二次監(jiān)控及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊化，具有較強(qiáng)的適用性。

2 電動(dòng)汽車換電站的建設(shè)內(nèi)容

換電站包括充換電功能區(qū)、配電室、停車區(qū)、營(yíng)業(yè)服務(wù)區(qū)4大區(qū)域組成。充換電功能區(qū)沿車輛進(jìn)出運(yùn)行方向?qū)ΨQ分布，中間為車輛?？繀^(qū)，兩側(cè)依次分布換電機(jī)器人及其導(dǎo)軌，電池存放臺(tái)，搬運(yùn)機(jī)器人及電池充電存儲(chǔ)區(qū)，外側(cè)布置配電室，內(nèi)設(shè)高低壓配電系統(tǒng)及變壓器、APF設(shè)備。場(chǎng)地按照全方位監(jiān)測(cè)布置安防監(jiān)控系統(tǒng)。

換電站的總體運(yùn)作原理為：車輛進(jìn)站后駛?cè)敫鼡Q電池區(qū)，進(jìn)行故障診斷，出具故障診斷報(bào)告，然后更換整組電池，最后回停車區(qū)。更換下來(lái)的電池按有無(wú)故障就地分離，故障電池送維護(hù)車間，無(wú)故障電池送充電區(qū)。充電區(qū)充滿電后就地編組，所缺電池箱到維護(hù)車間的備用電池庫(kù)補(bǔ)齊后以車為單位送更換電池庫(kù)。車上卸載下來(lái)的故障電池到達(dá)維護(hù)車間后，進(jìn)行篩選、維護(hù)、充電和裝箱。

3 一次設(shè)備設(shè)計(jì)方案

3.1 充換電區(qū)域

充換電區(qū)域包含：充電機(jī)、電池架、換電機(jī)器人及換電廠房。換電區(qū)域的規(guī)模以30輛車，每輛車裝配10箱電池為例，電池的配置按照1：1.6的原則配置，需配置的電池箱總數(shù)量為300×1.6=480組。其中，安置在電池架上進(jìn)行充電的電池箱為180組。換電區(qū)域配備4臺(tái)機(jī)器人，其中2臺(tái)用來(lái)搬運(yùn)電池，另外2臺(tái)用來(lái)更換電池；機(jī)器人分列在兩個(gè)車輛行駛區(qū)域軌道兩側(cè)，可供單輛大型電動(dòng)汽車兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行換電操作。

3.1.1 充電機(jī)

每輛車共裝配10箱電池，每箱電池2并16串。每節(jié)單體電池電壓3V～3.7V，充電機(jī)電壓范圍選擇30V～90V。單體電池容量為180Ah，最大充電電流約120A，充電機(jī)最大充電電流選擇150A。充電機(jī)布置在整流柜內(nèi)，每個(gè)整流柜放置9臺(tái)充電機(jī)。本站共180臺(tái)充電機(jī)，配置20面整流柜。

3.1.2 電池更換系統(tǒng)

電池更換系統(tǒng)由電池箱、電池充電架、換電設(shè)備組成。

電池箱指由若干單體電池、箱體、電池管理系統(tǒng)及相關(guān)安裝結(jié)構(gòu)件組成的成組電池。電池充電架指帶有充電接口的立體支架,可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池箱進(jìn)行存、充電、監(jiān)控等功能。電池更換設(shè)備指針對(duì)不同類型電動(dòng)汽車,適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電池箱能力的電池更換設(shè)備（機(jī)器人）及其配套附件。

3.1.3 電池更換流程

電池充電區(qū)內(nèi)的搬運(yùn)機(jī)器人預(yù)先將充電完成的電池卸放于電池存放臺(tái)上，車輛如有進(jìn)行電池更換服務(wù)的需求，向調(diào)度臺(tái)發(fā)出請(qǐng)求，調(diào)度臺(tái)在確認(rèn)可進(jìn)行電池更換服務(wù)后允許車輛進(jìn)入。在車輛進(jìn)入換電區(qū)停放完成后，機(jī)器人進(jìn)行更換電池，每次對(duì)一個(gè)電池箱進(jìn)行操作，更換過(guò)程中所有電池箱的中轉(zhuǎn)都在電池存放臺(tái)進(jìn)行。

3.2 供電系統(tǒng)

換電站供電系統(tǒng)主要包括10kV開(kāi)關(guān)柜、變壓器、低壓配電柜、APF。

10kV系統(tǒng)采用雙電源供電，單母分段接線，設(shè)進(jìn)線柜、PT柜、出線柜、母聯(lián)柜。配置2臺(tái)變壓器，容量均為2000kVA。

0.4 kV側(cè)采用單母分段接線，設(shè)進(jìn)線柜、APF柜，出線柜及分?jǐn)嗦?lián)絡(luò)柜。由于換電站屬于諧波源負(fù)荷，所以本設(shè)計(jì)方案采用APF在低壓母線集中進(jìn)行治理。

4 二次監(jiān)控系統(tǒng)的方案

監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控后臺(tái)、充電機(jī)控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)監(jiān)控、電池更換監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)及通訊管理機(jī)。監(jiān)控后臺(tái)由服務(wù)器及工作站組成，服務(wù)器與工作站之間通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

監(jiān)控后臺(tái)主要完成采集、處理、存儲(chǔ)來(lái)自充電機(jī)及配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供圖形化人機(jī)界面及語(yǔ)音報(bào)警功能，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)展現(xiàn)及下發(fā)控制命令，用以監(jiān)控充電機(jī)及配電系統(tǒng)運(yùn)行；除SCADA功能外，還提供針智能負(fù)荷調(diào)控等高級(jí)應(yīng)用功能，為換電站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障。

5 結(jié)論

（1）本文提出新式換電站的設(shè)計(jì)構(gòu)想，各部分區(qū)域模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，適用于大范圍推廣建設(shè)。

（2）本文研究的新式換電站采用了國(guó)際先進(jìn)營(yíng)運(yùn)理念，即運(yùn)行、營(yíng)業(yè)服務(wù)、控制、維護(hù)、通訊、監(jiān)測(cè)為一體的綜合管理系統(tǒng)，必然提高效率，更好的為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化，為綠色能源經(jīng)濟(jì)一體化服務(wù)。

[1]王云燕.電動(dòng)汽車換電站管理系統(tǒng)[J].微機(jī)發(fā)展,2005(11):57-59.

[2]《電動(dòng)汽車非車載充放電裝置通用技術(shù)要求》Q/GDW 397-2009.

劉宏業(yè)（1979—），吉林伊通人，本科，學(xué)士，工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。