电动公交车智能换电站的研究与应用

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进行了采用全自动电池更换设备的智能换电站的研究，开展了系统方案的设计工作，诸如供电系统、充电系统、换电系统、监控系统等。实现了电动公交车车电能自动、快速供给，并将研究应用于工程实践。

电动公交车换电站电池更换充电

1系统设计

1.1系统组成

电动公交车智能换电站主要由以下系统组成：供电系统、充电系统、电池更换系统、监控系统。

1.2充电系统设计

分箱充电机通过与对应动力电池充电架的连接，实现对动力电池的充电，同时通过电池充电架上传的各动力电池BMS信息和充电工位的就位及烟感信息，以实现分箱充电机对动力电池的充电管理。每面分箱充电机屏配置就地监控单元，采集屏内所以分箱充电机和对应电池充电架的充电和状态信息，再通过网络交换机实现与充电系统监控后台的互联。

动力电池标准充电电流为0.3C，考虑到电池管理分阶段充电控制，充电时间约为3小时。

1.3电池更换系统设计

充电架分为两列对称布置在电池更换设备外侧，左侧由7组8工位充电架及右侧由7组10工位充电架组合而成，两侧充电架工位数量共126位。

电池更换设备布置在换电工位和充电架之间，采用轨道行走方式，两侧同时工作。轨道敷设长度与充电架长度一致。整个电池更换过程顺序为：

（1）当车辆进站时，电池更换站监控系统准备更换电池序列，把电池箱所在充电架位置传给电池更换设备，电池更换设备根据系统传来的更换电池坐标位置从充电架上取出电池箱。

（2）车辆停在换电工位并打开电池箱门后，视觉定位系统自动确定电池箱位置，并把电池位置信息传给电池更换设备的控制器，电池更换设备移动到车辆电池仓位置；然后电池箱夹具上的读写器扫描电池箱电子标签，监控系统对电池箱参数进行确认。

（3）确认电池参数后电池箱夹具抓住电池箱并对其解锁，伺服系统运转，取出用过的电池箱；然后电池更换设备转向，把充满电的电池箱装入车辆电池仓内，接着平移和升降，把用过的电池箱放回充电架指定位置。

（4）电池更换设备重复上述动作，直到所有电池箱更换完毕，车辆出站。

（5）对于已用过放回到充电架上的电池箱，监控系统通过电池管理单元BMS得到电池状态信息，如果存在故障，送到电池检测维护间进行检修；如果电池正常，通知充电机对电池补充充电，直到充满电进入换电序列。单侧电池更换动作时间为4～6分钟，整车不超过10分钟。

1.4供电系统设计

站内配置1000kVA变压器2台，与之配套有高压进线开关柜、计量柜、避雷器柜、馈线柜各1台共2套，低压总开关柜、电容器柜、馈线柜共2组，低压联络柜1台.。

10kV两路进线，两台变压器10KV侧采用单母线分段运行，10KV联络方法：I、II段10KV进线当其中一路发生故障时，可互为备用. 每路进线可带两台变压器运行.两台变压器运行当其中一台发生故障时，低压联络开关合闸实施互为备用（条件是变压器负载率小于60%）。

10/0.4kV变压器选用树脂浇注干式变压器，带强迫风冷增容风机及温控仪表。0.4kV低压配电柜选用抽屉式开关柜，配万能型框架断路器和塑壳断路器。每个出线回路均设电能计量。无功功率均为低压集中补偿，补偿后的功率因数大于等于0.9。

继电保护采用智能型继电保护装置，具有过流速断、接地、变压器超温保护和变压器过负荷、低电压报警等功能。

1.5监控系统设计

监控系统实现对整个换电站的监控、调度和管理。包括充电监控子系统、换电监控子系统、供电监控子系统、视频监控子系统、车辆监控子系统等。各子监控系统采用以太网和TCP/IP协议互相连接，实现对整个充（换）电站的数据汇总、统计、故障显示及监控。能够向上一级管理中心传递数据，并接受其管控信息和统一调度。

监控系统由多台工作站或服务器组成，包括监控工作站、应用、通讯和数据服务器等。对充换电过程应实现自动化操控，充电控制自动检测，以及换电过程的指令下发。

监控系统采用分层分布式架构，分为：站控层、间隔层、网络层。其中站控层部署相关服务器和工作站，负责数据处理、存储、监视与控制等；间隔层部署具备测控功能的相关设备，负责数据采集、转发，响应站控层指令，网络层部署相关设备，负责间隔层与站控层之间的可靠通讯。

充电监控子系统通过通讯服务器实时采集处理充电设备数据；数据服务器采集处理间隔层上传的数据以及应用服务器下发的数据；应用服务器负责处理各种充电业务需求；工作站负责系统画面监视以及充电控制的下发等操作。

换电监控子系统通过分散于间隔层的智能就地监控单元实时采集换电设备数据；数据服务器采集处理间隔层上传的数据以及应用服务器下发的数据；应用服务器负责处理各种换电业务需求；工作站负责系统画面监视以及换电控制的下发等操作。

视频监控子系统主要考虑对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候的图像监视，以满足电力系统安全生产所需的监视设备关键部位的要求，同时，该系统可实现换电站安全警卫的要求。

车辆监控子系统采用服务器及浏览器架构。其中服务器负责车辆及车载电池信息数据采集与处理，浏览器负责地理信息数据与车辆数据的人机界面展示。

1.6工艺布置

电动公交智能充换电站单层钢结构厂房，平面轴线尺寸为18m×29m，车间梁底标高为7.5m，建筑面积522m2。布置换电车间、配电室、监控室和休息室，并设置厕所。

2结论

电动公交智能换电站实现了电池全自动、快速更换，使电动汽车充电像燃油车加油一样快捷，有效解决了续驶里程不足的问题。同时，通过对电池组的集中充电与维护，可有效延长电池寿命，提高电动汽车使用经济性。特别适合

城市公交车运行需求，有利于电动汽车的推广应用。

电动公交智能充换电站在南京、天津、青岛等地进行了推广应用，社会示范效应大，宣传效果明显，提升了城市知名度和影响力。充换电站的建设采用大量新技术、新材料，能引领电动汽车行业的发展，起到很好的社会示范效果。以薛家岛电动汽车智能充换电站为例，自2011年7月5日投运，截止2014年7月5日，安全运营1096天，服务公交车250辆，换电次数289971次，服务车辆行驶里程3757万公里，单车日最大行驶里程420公里。

参考文献：

[1]滕乐天，姜久春，何维国.电动汽车充电机（站）设计[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]国家电网公司.电动汽车电池更换站技术导则Q/GDW486-2010[S].北京：国家电网公司企业标准，2010.

[3]国家电网公司.电动汽车电池更换站设计规范Q/GDW487-2010[S].北京：国家电网公司企业标准，2010.