中小型电动汽车换电站的设计

刘宏业

（吉林省长春电力勘测设计院,长春130062）

中小型电动汽车换电站的设计

刘宏业

（吉林省长春电力勘测设计院,长春130062）

以当今电动汽车的运营为背景介绍了电动汽车换电站的设计, 包括换电站的使用功能及设置、充电监控网络的设置、电池管理系统的设置及供电电源的设置,为换电站建设的进展提供了技术支持和依据。

电动汽车；换电站；电池更换；换电站建设

1 引言

随着城市化、工业化进程的加速，汽车工业得到飞速发展，同时全球气候变暖日益明显。在此背景下，加快发展电动汽车充电设施建设，对于推动低碳经济发展，优化能源消费结构，促进环境与人类和谐发展等方面具有重要意义。

本文提出的换电站设计方案提倡标准统一化，即供电系统接线标准化、二次监控及通讯网络系统模块化，具有较强的适用性。

2 电动汽车换电站的建设内容

换电站包括充换电功能区、配电室、停车区、营业服务区4大区域组成。充换电功能区沿车辆进出运行方向对称分布，中间为车辆停靠区，两侧依次分布换电机器人及其导轨，电池存放台，搬运机器人及电池充电存储区，外侧布置配电室，内设高低压配电系统及变压器、APF设备。场地按照全方位监测布置安防监控系统。

换电站的总体运作原理为：车辆进站后驶入更换电池区，进行故障诊断，出具故障诊断报告，然后更换整组电池，最后回停车区。更换下来的电池按有无故障就地分离，故障电池送维护车间，无故障电池送充电区。充电区充满电后就地编组，所缺电池箱到维护车间的备用电池库补齐后以车为单位送更换电池库。车上卸载下来的故障电池到达维护车间后，进行筛选、维护、充电和装箱。

3 一次设备设计方案

3.1 充换电区域

充换电区域包含：充电机、电池架、换电机器人及换电厂房。换电区域的规模以30辆车，每辆车装配10箱电池为例，电池的配置按照1：1.6的原则配置，需配置的电池箱总数量为300×1.6=480组。其中，安置在电池架上进行充电的电池箱为180组。换电区域配备4台机器人，其中2台用来搬运电池，另外2台用来更换电池；机器人分列在两个车辆行驶区域轨道两侧，可供单辆大型电动汽车两侧同时进行换电操作。

3.1.1 充电机

每辆车共装配10箱电池，每箱电池2并16串。每节单体电池电压3V～3.7V，充电机电压范围选择30V～90V。单体电池容量为180Ah，最大充电电流约120A，充电机最大充电电流选择150A。充电机布置在整流柜内，每个整流柜放置9台充电机。本站共180台充电机，配置20面整流柜。

3.1.2 电池更换系统

电池更换系统由电池箱、电池充电架、换电设备组成。

电池箱指由若干单体电池、箱体、电池管理系统及相关安装结构件组成的成组电池。电池充电架指带有充电接口的立体支架,可实现对电池箱进行存、充电、监控等功能。电池更换设备指针对不同类型电动汽车,适应不同标准等级电池箱能力的电池更换设备（机器人）及其配套附件。

3.1.3 电池更换流程

电池充电区内的搬运机器人预先将充电完成的电池卸放于电池存放台上，车辆如有进行电池更换服务的需求，向调度台发出请求，调度台在确认可进行电池更换服务后允许车辆进入。在车辆进入换电区停放完成后，机器人进行更换电池，每次对一个电池箱进行操作，更换过程中所有电池箱的中转都在电池存放台进行。

3.2 供电系统

换电站供电系统主要包括10kV开关柜、变压器、低压配电柜、APF。

10kV系统采用双电源供电，单母分段接线，设进线柜、PT柜、出线柜、母联柜。配置2台变压器，容量均为2000kVA。

0.4 kV侧采用单母分段接线，设进线柜、APF柜，出线柜及分断联络柜。由于换电站属于谐波源负荷，所以本设计方案采用APF在低压母线集中进行治理。

4 二次监控系统的方案

监控系统包括监控后台、充电机控制系统、配电系统监控、电池更换监控系统、计量计费系统、安防系统及通讯管理机。监控后台由服务器及工作站组成，服务器与工作站之间通过以太网络互联。

监控后台主要完成采集、处理、存储来自充电机及配电系统的数据，提供图形化人机界面及语音报警功能，完成系统数据展现及下发控制命令，用以监控充电机及配电系统运行；除SCADA功能外，还提供针智能负荷调控等高级应用功能，为换电站安全、可靠、经济运行提供保障。

5 结论

（1）本文提出新式换电站的设计构想，各部分区域模块化、标准化，适用于大范围推广建设。

（2）本文研究的新式换电站采用了国际先进营运理念，即运行、营业服务、控制、维护、通讯、监测为一体的综合管理系统，必然提高效率，更好的为电动汽车产业化，为绿色能源经济一体化服务。

[1]王云燕.电动汽车换电站管理系统[J].微机发展,2005(11):57-59.

[2]《电动汽车非车载充放电装置通用技术要求》Q/GDW 397-2009.

刘宏业（1979—），吉林伊通人，本科，学士，工程师，研究方向：电气工程及其自动化。