电动汽车充换电集成技术研究

谢君 杨绍允 章跃鹏

（杭州易和网络有限公司 浙江杭州 310012）

1 简述

随着环境污染、能源浪费等问题日益严重，国家及地方政府正大力推广新能源汽车行业的发展。而充电站等基础设施严重匮乏，已成为当前制约我国新能源汽车产业发展的关键原因之一。

现有充电站建设模式局限性主要表现在：停车用地矛盾突出、充电服务点缺乏，无法快捷完成充换电服务。针对当前城市停车难及电动汽车充电难的社会问题，提出将充换电站和公共停车场建设相结合，集智能自动泊车、电动车泊车慢充、电动汽车电池快速换电、智能充换停一体管理平台等功能于一体的充换电集成技术。其核心技术主要包括：全自动无人泊车技术，一体式电池仓，自适应换电机器人技术，车库充换电管理平台。

2 核心技术

2.1 全自动无人泊车技术

该技术以全自动多层立体停车库为实施载体，采用国内一流车库厂家的平面移动类库型。车库采用多层设计，可同时容纳200-300辆汽车。车库底层采用架空设计，设有电动汽车全自动换电站，可提供自助电池快换服务。2层及以上每个车位均设有均衡充电设备，可随时为停靠的电动车提供慢充电服务。

车库底层设有3-4个车辆出入口，车辆驶入后，系统以自动化程序进行控制，借由升降机及横移台车搭载车辆实现停取，升降机及横移台车可分开各自动作，和以往之机械式停车场比较，运转时间可缩短3倍左右。车库采用全自动化管理，无人值守，可实现入库光电感应，车辆自动引导，自动收费管理，消防监控，远程监控等多项智能化功能。

2.2 一体式电池仓

车库底层的全自动换电站是整个智能车库的核心部分。每个换电站主要由一体式电池仓（包含交流充电设备和电池架设备，以及消防设备和空调设备等辅助设备）、自适应换电机器人以及其他辅助设备组成。每个电池仓包括10组均衡充电机，仓内温湿度控制系统、消防控制系统、实时报警系统统一联动运行。

电池仓是指用以存放一定数量充电机，具有环境控制、通信监控和必要的防护等级，给对应的电池进行充电的集成装置。现有产品通常分为充电机仓和电池仓，中间由专用电缆连接，缺点是功能单一，占地面积较大，布置不灵活。

而一体式电池仓与以往设计不同，将充电机，电池统装于一个仓内，可以自由组合为不同电池容量的电池仓组，能同时为10-20个标准电池安全、自动充满电。同时与自适应换电机器人配合，用户可完成自助换电。仓内智能化的温湿度控制系统、消防控制系统、实时报警系统等统一联动运行，确保电池仓的安全可靠工作。系统可通过主动监控获取电池和充电模块的相关信息。

2.3 自适应换电机器人技术

目前市面上使用最多的乘用车传统换电机器人多采用机械臂结合视觉控制算法来完成电池的存取更换。此种方案的缺点较多：机器人位置空间大且承载有限，车身高度变化导致定位不够精准等。针对上述问题，提出新型自适应换电技术。

全新开发的全自动自适应换电机器人，可以自动寻找和定位电池位置，无需人工干预实现全过程自动换电。换电机器人通过对电动车进行底盘的两级定位调节，将车辆横向、纵向中心线和高度调到预订位置，以实现自动换电。将精细定位技术用于电动汽车的二级精确定位，由一套液压升降机构和定位组合夹具完成，对汽车的底盘中心进行多自由度毫米级精确定位，克服了以往汽车轮胎充气量不同而造成汽车高度方向难以准确定位的技术难题。同时利用换电机器人在直线式双轨道上的来回运行，完成电池在电池仓与电动车之间的电池存取。自适应换电机器人示意图见图1所示。

机器人可通过读取车主卡片以识别车型及车牌信息，同时自动调节轨道间的轨矩及车辆预设高度，以实现换电装置的自动适配。同时通过自动控制系统与一体式电池仓相配合，完成电池的取放动作。该技术可自适应于多种电动汽车车型，预计换电时间不超过3分钟。

图1 自适应换电技术示意图

2.4 车库充换电管理平台

将充换电及停取车等功能进行统一整合，设计搭建完善的智能充换停一体管理平台，平台主要功能包括充换电监控系统、车库收费管理系统、车辆识别系统、分时租赁管理系统、安防系统等。

平台采用开放式分层分布结构，由站控层、间隔层以及网络设备构成。站控层提供集中充电站内运行各系统的人机界面，实现相关信息的收集和实时显示、设备的远方控制、以及数据的存储、查询和统计等，并可与中心监控系统及电动汽车运营管理中心通信，上传充换电设施的相关工作状态信息，接收和处理监控中心及电动汽车运营管理中心发出的指令。间隔层采集设备运行状态及运行数据，上传至站控层，并接收和执行站控层的控制命令。系统从设备终端收集充换电站、充电桩、车辆和电池的实时信息,在监控系统进行综合的演示。同时,结合GIS系统信息,提供对终端设备地理位置的可视化展示。

其中对充电机的监控主要包括监视充电机的状态和电池状态。充电机状态信息包括输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前充电模式、充电机故障状态等；电池状态信息包括电池基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池故障状态、电池管理系统设置信息等。

3 结语

目前利用该技术的项目已处于实施阶段，并作为杭州市发展新能源产业的样板工程。项目落地约700m2，共计约200个停车位，所有停车位均设快充服务，车库底层设一个自动快换电站，可同时为周边地区400辆私人电动汽车提供充换电服务。项目正式建成后，将是杭州第一座集新能源电动汽车智能均衡充换电、租赁及车辆立体停放的集成综合体。为倡导城市绿色环保出行理念、破解城市停车难问题提供了有效的解决办法

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