CN106374589B - 电池充换电站系统 - Google Patents

Abstract

电池充换电站系统,它包括集成充电柜、电池搬运系统和充电控制系统，集成充电柜包括柜体(1)、盖体(12)、PLC控制柜(6)和为电池充电的充电机(3)；电池搬运系统包括导轨(5‑1)、平移电机(5‑2)、旋转电机(5‑3)、升降电机(5‑4)、电池托架(5‑5)和搬运控制单片机(5‑7)；充电控制系统包括换电站工控主机(2)和触控显示屏(8)，本发明优点是：更换电池组，方便快捷，不需要长时间等待充电过程，占地面积小，大大降低了传统建设充电桩、充电站或换电站的城市土地成本；该集成充换电站的充电方式都是直流恒压方式，大大提高了动力电池的使用寿命，并降低快充带来的安全问题。

Description

电池充换电站系统

技术领域

本发明涉及动力电池集成充换电技术领域，具体涉及电池充换电站系统。

背景技术

目前，在环境污染日益加剧，能源形势日益严峻的现代生活中，纯电动汽车以零排放低噪音的优势无可非议的受到全球的关注。我国把发展纯电动汽车定为国家战略，然而，阻碍纯电动汽车发展的瓶颈之一是动力电池的充电难题，国家大力扶持充电桩和充电站建设，大量的资金投入，而传统的充电站要建在城市密集区，高昂的城市土地地价和长时间充电等待导致了使用成本高，使用率很低；若使用快速充电对电池使用寿命大大降低，并且很不安全；再则各个电动汽车厂家都按照自己的规格设计电池，无法做到通用，对电池的维护和回收再利用增加了成本；若汽车需要跑长途，不知道偏远地方能否充电，这也导致了纯电动汽车的使用和推广难度加大；大力发展本集成充换电站系统，能很好的解决国家电网夜间用电低峰时电力储能的迫切问题。

发明内容

本发明的目的就是针对目前，在环境污染日益加剧，能源形势日益严峻的现代生活中，纯电动汽车以零排放低噪音的优势无可非议的受到全球的关注。我国把发展纯电动汽车定为国家战略，然而，阻碍纯电动汽车发展的瓶颈之一是动力电池的充电难题，国家大力扶持充电桩和充电站建设，大量的资金投入，而传统的充电站要建在城市密集区，高昂的城市土地地价和长时间充电等待导致了使用成本高，使用率很低；若使用快速充电对电池使用寿命大大降低，并且很不安全；再则各个电动汽车厂家都按照自己的规格设计电池，无法做到通用，对电池的维护和回收再利用增加了成本；若汽车需要跑长途，不知道偏远地方能否充电，这也导致了纯电动汽车的使用和推广难度加大之不足，而提供电池充换电站系统。

本发明包括集成充电柜、电池搬运系统和充电控制系统，集成充电柜包括柜体、盖体、PLC控制柜和为电池充电的充电机，柜体内两侧分别对称设有多个充电盒，充电盒一端为敞口，充电盒另一端设有充电端子控制单片机和正负极接线端子，且充电端子控制单片机和正负极接线端子电连接；充电盒内两侧分别设有滑轨，充电盒内底部分别设有输送电机和一组滚轴，输送电机位于充电盒敞口一端，所述输送电机的输出轴上设有齿轮，充电端子控制单片机控制输送电机行程；PLC控制柜和为电池充电的充电机分别安装在柜体上，PLC控制柜的输出端与电池充电的充电机的输入端电连接，所述多个正负极接线端子分别与充电机的输出端电连接，充电机还分别为多个充电端子控制单片机供电；柜体两端分别开有进气口和出气口，且在进气口上设有通风格栅，出气口上设有排气扇，所述通风格栅上开有电池通过孔，盖体盖在柜体顶部；电池搬运系统包括导轨、平移电机、旋转电机、升降电机、电池托架和搬运控制单片机，导轨通过支架安装在柜体上方，平移电机上设有滑块，平移电机控制滑块在导轨上平行移动，旋转电机的输出轴上设有一对升降轴，旋转电机安装在平移电机上，升降电机在一对升降轴上上下移动，电池托架安装在升降电机上，所述电池托架上设有带齿轮的电动滚轴，搬运控制单片机安装在导轨上，并分别控制平移电机、旋转电机、升降电机和电动滚轴工作；充电控制系统包括换电站工控主机和触控显示屏，换电站工控主机和触控显示屏分别安装在柜体上，触控显示屏与换电站工控主机互联， PLC控制柜、电池充电的充电机、充电端子控制单片机和搬运控制单片机分别与换电站工控主机通信连接。

它还有电池检测系统，电池检测系统包括检测控制单片机、输送辊道和电池内阻测试仪，输送辊道位于柜体一端，输送辊道的两端分别设有RFID读写器，所述位于输送辊道入口端的RFID读写器活动铰接在输送辊道上；检测控制单片机安装在柜体上，所述其中一个RFID读写器上设有电池内阻测试仪连接端口，电池内阻测试仪与端口电连接，两个RFID读写器和电池内阻测试仪分别与检测控制单片机通信连接，检测控制单片机控制输送辊道的电机转动。

它还有与电池充换电站系统配合使用的动力蓄电池，所述动力蓄电池一端设有与RFID读写器配合使用的电池管理控制模块，所述电池管理控制模块上集成有RFID芯片，动力蓄电池内的电芯分别与电池管理控制模块电连接；所述动力蓄电池两侧开有与滑轨配合使用的滑槽，动力蓄电池底部设有与输送电机和电动滚轴齿轮配合的齿条。

它还有摄像头，摄像头安装在柜体上，并与换电站工控主机通信连接。

本发明优点是：当纯电动汽车需要充电的时候，用户只需要到电池充换电站去，花2分钟就可以按需更换电池组，方便快捷，不需要长时间等待充电过程，不需要额外花费停车费，降低时间和使用成本；该换电站系统可以安装在马路旁边的花坛里、人行道上、加油站里、停车场、机关院落、社区角落，占地约7平米面积，大大降低了传统建设充电桩、充电站和换电站的城市土地成本；该集成充换电站的充电方式都是直流恒压方式，大大提高了动力电池的使用寿命，并降低快充带来的安全问题；该系统配合使用的电池部件都是有电池使用管理模块的特定的规格和型号，加上电池自动检测系统的使用，能及时诊断维护电池，可大大降低电池回收再利用的成本；大力推广发展这种集成充换电站系统，能很好的解决国家电网夜间用电低峰时电力储能的迫切问题，为国家节省巨大的电力储能成本，并能减少碳排放。

附 图 说 明

图1是本发明去掉盖体和通风格栅结构示意图。

图2是图1的A处局部放大结构示意图。

图3是图1的B处局部放大结构示意图。

图4是本发明结构示意图。

图5是本发明充电盒结构示意图。

图6是本发明动力蓄电池结构示意图。

图7是本发明电路连接示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明包括集成充电柜、电池搬运系统和充电控制系统，集成充电柜包括柜体1、盖体12、PLC控制柜6和为电池充电的充电机3，柜体1内两侧分别对称设有多个充电盒1-1，充电盒1-1一端为敞口，充电盒1-1另一端设有充电端子控制单片机1-6和正负极接线端子1-3，且充电端子控制单片机1-6和正负极接线端子1-3电连接；充电盒1-1内两侧分别设有滑轨1-2，充电盒1-1内底部分别设有输送电机1-5和一组滚轴1-4，输送电机1-5位于充电盒1-1敞口一端，所述输送电机1-5的输出轴上设有齿轮，充电端子控制单片机1-6控制输送电机1-5行程；PLC控制柜6和为电池充电的充电机3分别安装在柜体1上，PLC控制柜6的输出端与电池充电的充电机3的输入端电连接，所述多个正负极接线端子1-3分别与充电机3的输出端电连接，充电机3还分别为多个充电端子控制单片机1-6供电；柜体1两端分别开有进气口和出气口，且在进气口上设有通风格栅12-2，出气口上设有排气扇7，所述通风格栅12-2上开有电池通过孔，盖体12盖在柜体1顶部；电池搬运系统包括导轨5-1、平移电机5-2、旋转电机5-3、升降电机5-4、电池托架5-5和搬运控制单片机5-7，导轨5-1通过支架安装在柜体1上方，平移电机5-2上设有滑块，平移电机5-2控制滑块在导轨5-1上平行移动，旋转电机5-3的输出轴上设有一对升降轴，旋转电机5-3安装在平移电机5-2上，升降电机5-4在一对升降轴上上下移动，电池托架5-5安装在升降电机5-4上，所述电池托架5-5上设有带齿轮的电动滚轴5-6，搬运控制单片机5-7安装在导轨5-1上，并分别控制平移电机5-2、旋转电机5-3、升降电机5-4和电动滚轴5-6工作；充电控制系统包括换电站工控主机2和触控显示屏8，换电站工控主机2和触控显示屏8分别安装在柜体1上，触控显示屏8与换电站工控主机2互联， PLC控制柜6、电池充电的充电机3、充电端子控制单片机1-6和搬运控制单片机5-7分别与换电站工控主机2通信连接。

它还有电池检测系统，电池检测系统包括检测控制单片机4-1、输送辊道4-2和电池内阻测试仪4-5，输送辊道4-2位于柜体1一端，输送辊道4-2的两端分别设有RFID读写器4-4，所述位于输送辊道4-2入口端的RFID读写器4-4活动铰接在输送辊道4-2上；检测控制单片机4-1安装在柜体1上，所述其中一个RFID读写器4-4上设有电池内阻测试仪连接端口，电池内阻测试仪4-5与端口电连接，两个RFID读写器4-4和电池内阻测试仪4-5分别与检测控制单片机4-1通信连接，检测控制单片机4-1控制输送辊道4-2的电机转动。

它还有与电池充换电站系统配合使用的动力蓄电池20，所述动力蓄电池20一端设有与RFID读写器4-4配合使用的电池管理控制模块21，所述电池管理控制模块21上集成有RFID芯片，动力蓄电池20内的电芯分别与电池管理控制模块21电连接；所述动力蓄电池20两侧开有与滑轨1-2配合使用的滑槽，动力蓄电池20底部设有与输送电机1-5和电动滚轴5-6齿轮配合的齿条22。

它还有摄像头9，摄像头9安装在柜体1上，并与换电站工控主机2通信连接。

工作方式和原理：在需要更换动力蓄电池20的时候，把动力蓄电池20放置到输送辊道4-2上，检测控制单片机4-1通过继电器控制输送辊道4-2的电机启动，把动力蓄电池20向输送辊道4-2另一端移动，移动到电池管理控制模块21与活动安装在输送辊道4-2上的RFID读写器4-4接触时停止，RFID读写器4-4与电池管理控制模块21上集成的RFID芯片通讯并读取该电池型号和ID等基本参数，确定能与本充换电站系统匹配的电池后，输送辊道4-2继续运行，动力蓄电池20把活动安装在输送辊道4-2上的RFID读写器4-4推开，进入到输送辊道4-2另一端，这时电池管理控制模块21再与另一个固定安装的RFID读写器4-4接触，动力蓄电池20的正负极端子23与电池内阻测试仪4-5的两个连线端子4-3对位连接，电池内阻测试仪4-5对动力蓄电池20的电芯进行检测，将检测到电芯内阻、电压、电量等数据并与动力蓄电池20的出厂基本参数自动对比判断电池的优劣状态，固定安装的这个RFID读写器4-4将故障信息写入电池管理控制模块21上，方便下次使用时进行对比，为用户维护和使用提供依据，这一系列的动作都在检测控制单片机4-1流程控制下完成，在输送辊道4-2电池检测记录端设有与电池滑槽配合的滑轨，方便电池定位并完成检测，最后它将检测信息给到换电站工控主机2上，用户付费后，换电站工控主机2把信号给到搬运控制单片机5-7，搬运控制单片机5-7控制平移电机5-2、旋转电机5-3、升降电机5-4和电动滚轴5-6开始工作，从充电柜体1的充电盒子1-1里面取出与用户同型号的已经充满电的备用电池，将电池放到输送辊道4-2的中间电池交换部位，然后检测控制单片机4-1控制输送辊道4-2把充满电的动力蓄电池20输送到电池检测台的入口，用户取走即可；同时经过检测的需要更换的动力蓄电池20也跟随输送辊道4-2移动到电池交换部位，再被搬运控制系统的一组电机搬运到刚被取走的充电盒子1-1内。平移电机5-2上设有滑块，平移电机5-2可以推动滑块在导轨5-1上做直线往复运动；旋转电机5-3一端与平移电机5-2连接，在旋转电机5-3启动的时候，动力输出轴带着一对升降轴转动180°，可以把电池旋转180°放置到对应的充电盒子1-1内；升降电机5-4的动力输出轴与一对升降轴配合使用，使升降电机5-4可以在一对升降轴上做上下直线往复运动；搬运过程分别通过平移电机5-2把电池托架5-5放置到动力蓄电池20下方，然后通过升降电机5-4把动力蓄电池20抬起，再通过平移电机5-2把动力蓄电池20从输送辊道4-2上取走，并通过升降电机5-4和平移电机5-2配合把动力蓄电池20放置到空置的充电盒1-1入口处，并通过电动滚轴5-6的齿轮与动力蓄电池20的齿条22配合，把动力蓄电池20送入到充电盒1-1入口，（触发启动）充电盒1-1内输送电机1-5工作，它的齿轮再与动力蓄电池20底部的齿条22配合，把电池放置好，滑轨1-2与动力蓄电池20的滑槽配好，使动力蓄电池20对齐；电池管理模块21与充电端子控制单片机1-6接触，同时动力蓄电池20的正负极端子23和正负极接线端子1-3对位电连接，为电池充电的充电机3为动力蓄电池20充电，充电端子控制单片机1-6与电池管理模块21通信并控制动力蓄电池20充电进程。整个换取动力蓄电池20的过程方便快捷，无需等候，动力蓄电池20可以在充电盒1-1内慢慢充电，改变传统的等待和快充，提高工作效率，增加动力蓄电池20的使用寿命。在换电站工控主机2内设报警装置，提醒客户，同时与摄像头9连接防止盗窃，触控显示屏8方便客户操作。

电路连接关系：PLC控制柜6的输入端与220V或380V的市电连接，PLC控制柜6经过过载、短路、缺相保护后与为电池充电的充电机3的输入端连接，为电池充电的充电机3将交流整流转换为直流电，经过调节电功率的功率转换器输出到多个充电盒子1-1内的正负极接线端子1-3，动力蓄电池20的充电端子23和正负极接线端子1-3对位电连接，进行充电。PLC控制柜6还为换电站工控主机2、电池搬运系统、电池检测系统和降温风扇7供电。一对RFID读写器4-4分别与电池管理模块21通讯并读取每个电池的ID和初始参数信息，还将电池内阻测试仪4-5检测到电池的电压、内阻抗等信息写入电池管理模块21存储单元，然后将检测完毕信息经过检测控制单片机4-1汇总传给换电站工控主机2，换电站工控主机2处理并输出显示换电费用和电池优劣状态，等用户付费完毕后，再由换电站工控主机2向搬运控制单片机5-7、为电池充电的充电机3和充电端子控制单片机1-6发出指令，电池在充电端子控制单片机1-6的控制下若充满电，将信息汇报给换电站工控主机2，为新用户服务。搬运控制单片机5-7分别通过继电器控制搬运系统的各电机的工作行程；充电端子控制单片机1-6用于控制动力蓄电池20在充电盒子1-1的运行和充电进程。

Claims (4)

1.电池充换电站系统，其特征在于它包括集成充电柜、电池搬运系统和充电控制系统，集成充电柜包括柜体(1)、盖体(12)、PLC控制柜(6)和为电池充电的充电机(3)，柜体(1)内两侧分别对称设有多个充电盒(1-1)，充电盒(1-1)一端为敞口，充电盒(1-1)另一端设有充电端子控制单片机(1-6)和正负极接线端子(1-3)，且充电端子控制单片机(1-6)和正负极接线端子(1-3)电连接；充电盒(1-1)内两侧分别设有滑轨(1-2)，充电盒(1-1)内底部分别设有输送电机(1-5)和一组滚轴(1-4)，输送电机(1-5)位于充电盒(1-1)敞口一端，所述输送电机(1-5)的输出轴上设有齿轮，充电端子控制单片机(1-6)控制输送电机(1-5)行程；PLC控制柜(6)和为电池充电的充电机(3)分别安装在柜体(1)上，PLC控制柜(6)的输出端与电池充电的充电机(3)的输入端电连接，所述多个正负极接线端子(1-3)分别与充电机(3)的输出端电连接，充电机(3)还分别为多个充电端子控制单片机(1-6)供电；柜体(1)两端分别开有进气口和出气口，且在进气口上设有通风格栅(12-2)，出气口上设有排气扇(7)，所述通风格栅(12-2)上开有电池通过孔，盖体(12)盖在柜体(1)顶部；电池搬运系统包括导轨(5-1)、平移电机(5-2)、旋转电机(5-3)、升降电机(5-4)、电池托架(5-5)和搬运控制单片机(5-7)，导轨(5-1)通过支架安装在柜体(1)上方，平移电机(5-2)上设有滑块，平移电机(5-2)控制滑块在导轨(5-1)上平行移动，旋转电机(5-3)的输出轴上设有一对升降轴，旋转电机(5-3)安装在平移电机(5-2)上，升降电机(5-4)在一对升降轴上上下移动，电池托架(5-5)安装在升降电机(5-4)上，所述电池托架(5-5)上设有带齿轮的电动滚轴(5-6)，搬运控制单片机(5-7)安装在导轨(5-1)上，并分别控制平移电机(5-2)、旋转电机(5-3)、升降电机(5-4)和电动滚轴(5-6)工作；充电控制系统包括换电站工控主机(2)和触控显示屏(8)，换电站工控主机(2)和触控显示屏(8)分别安装在柜体(1)上，触控显示屏(8)与换电站工控主机(2)通信互联， PLC控制柜(6)、电池充电的充电机(3)、充电端子控制单片机(1-6)和搬运控制单片机(5-7)分别与换电站工控主机(2)通信连接；PLC控制柜(6)的输入端与220V或380V的市电连接。

2.根据权利要求1所述的电池充换电站系统，其特征在于它还有电池检测系统，电池检测系统包括检测控制单片机(4-1)、输送辊道(4-2)和电池内阻测试仪(4-5)，输送辊道(4-2)位于柜体(1)一端，输送辊道(4-2)的两端分别设有RFID读写器(4-4)，所述位于输送辊道(4-2)入口端的RFID读写器(4-4)活动铰接在输送辊道(4-2)上；检测控制单片机(4-1)安装在柜体(1)上，所述其中一个RFID读写器(4-4)上设有电池内阻测试仪连接端口，电池内阻测试仪(4-5)与端口电连接，两个RFID读写器(4-4)和电池内阻测试仪(4-5)分别与检测控制单片机(4-1)通信连接，检测控制单片机(4-1)控制输送辊道(4-2)的电机转动。

3.根据权利要求2所述的电池充换电站系统，其特征在于它还有与电池充换电站系统配合使用的动力蓄电池(20)，所述动力蓄电池(20)一端设有与RFID读写器(4-4)配合使用的电池管理控制模块(21)，所述电池管理控制模块(21)上集成有RFID芯片，动力蓄电池(20)内的电芯分别与电池管理控制模块(21)电连接；所述动力蓄电池(20)两侧开有与滑轨(1-2)配合使用的滑槽，动力蓄电池(20)底部设有与输送电机(1-5)和电动滚轴(5-6)齿轮配合的齿条(22)。

4.根据权利要求1所述的电池充换电站系统，其特征在于它还有摄像头(9)，摄像头(9)安装在柜体(1)上，并与换电站工控主机(2)通信连接。