劉宏業(yè)

（吉林省長春電力勘測設(shè)計院,長春130062）

中小型電動汽車換電站的設(shè)計

劉宏業(yè)

（吉林省長春電力勘測設(shè)計院,長春130062）

以當今電動汽車的運營為背景介紹了電動汽車換電站的設(shè)計, 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)的進展提供了技術(shù)支持和依據(jù)。

電動汽車；換電站；電池更換；換電站建設(shè)

1 引言

隨著城市化、工業(yè)化進程的加速，汽車工業(yè)得到飛速發(fā)展，同時全球氣候變暖日益明顯。在此背景下，加快發(fā)展電動汽車充電設(shè)施建設(shè)，對于推動低碳經(jīng)濟發(fā)展，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，促進環(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)計方案提倡標準統(tǒng)一化，即供電系統(tǒng)接線標準化、二次監(jiān)控及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊化，具有較強的適用性。

2 電動汽車換電站的建設(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)沿車輛進出運行方向?qū)ΨQ分布，中間為車輛停靠區(qū)，兩側(cè)依次分布換電機器人及其導軌，電池存放臺，搬運機器人及電池充電存儲區(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。場地按照全方位監(jiān)測布置安防監(jiān)控系統(tǒng)。

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

3 一次設(shè)備設(shè)計方案

3.1 充換電區(qū)域

充換電區(qū)域包含：充電機、電池架、換電機器人及換電廠房。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，安置在電池架上進行充電的電池箱為180組。換電區(qū)域配備4臺機器人，其中2臺用來搬運電池，另外2臺用來更換電池；機器人分列在兩個車輛行駛區(qū)域軌道兩側(cè)，可供單輛大型電動汽車兩側(cè)同時進行換電操作。

3.1.1 充電機

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，充電機最大充電電流選擇150A。充電機布置在整流柜內(nèi)，每個整流柜放置9臺充電機。本站共180臺充電機，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,可實現(xiàn)對電池箱進行存、充電、監(jiān)控等功能。電池更換設(shè)備指針對不同類型電動汽車,適應不同標準等級電池箱能力的電池更換設(shè)備（機器人）及其配套附件。

3.1.3 電池更換流程

電池充電區(qū)內(nèi)的搬運機器人預先將充電完成的電池卸放于電池存放臺上，車輛如有進行電池更換服務(wù)的需求，向調(diào)度臺發(fā)出請求，調(diào)度臺在確認可進行電池更換服務(wù)后允許車輛進入。在車輛進入換電區(qū)停放完成后，機器人進行更換電池，每次對一個電池箱進行操作，更換過程中所有電池箱的中轉(zhuǎn)都在電池存放臺進行。

3.2 供電系統(tǒng)

換電站供電系統(tǒng)主要包括10kV開關(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)進線柜、PT柜、出線柜、母聯(lián)柜。配置2臺變壓器，容量均為2000kVA。

0.4 kV側(cè)采用單母分段接線，設(shè)進線柜、APF柜，出線柜及分斷聯(lián)絡(luò)柜。由于換電站屬于諧波源負荷，所以本設(shè)計方案采用APF在低壓母線集中進行治理。

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、充電機控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)監(jiān)控、電池更換監(jiān)控系統(tǒng)、計量計費系統(tǒng)、安防系統(tǒng)及通訊管理機。監(jiān)控后臺由服務(wù)器及工作站組成，服務(wù)器與工作站之間通過以太網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

監(jiān)控后臺主要完成采集、處理、存儲來自充電機及配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供圖形化人機界面及語音報警功能，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)展現(xiàn)及下發(fā)控制命令，用以監(jiān)控充電機及配電系統(tǒng)運行；除SCADA功能外，還提供針智能負荷調(diào)控等高級應用功能，為換電站安全、可靠、經(jīng)濟運行提供保障。

5 結(jié)論

（1）本文提出新式換電站的設(shè)計構(gòu)想，各部分區(qū)域模塊化、標準化，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際先進營運理念，即運行、營業(yè)服務(wù)、控制、維護、通訊、監(jiān)測為一體的綜合管理系統(tǒng)，必然提高效率，更好的為電動汽車產(chǎn)業(yè)化，為綠色能源經(jīng)濟一體化服務(wù)。

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

[2]《電動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，學士，工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。