CN114655064A - 一种电动汽车补能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车补能系统及其控制方法，包括：集中充电站对电动汽车的待充电电池进行集中充电；若干个分散换电站分散配置，对电动汽车的待充电电池进行更换；运营监控管理平台与集中充电站、若干个分散换电站和所有电动汽车进行数据连接，获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度，获取若干个分散换电站中的待充电电池数量和已充电电池数量，获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息，调配电动汽车电池的更换时间及更换电池的分散换电站。通过设置集中充电站和分散换电站，对电动汽车的电池进行统一调配，解决了充电效率低、续航里程短、电池寿命短、使用场景有限等问题，极大地减少了充电时间，提高了电动汽车的运输效率。

Description

一种电动汽车补能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别涉及一种电动汽车补能系统及其控制方法。

背景技术

用于电动重卡的补能系统及其充换电方法是重卡电动化落地的重要研究方向，其系统的配电设备、充电设备、换电设备和充换电控制实现流程将直接决定整个场站设备的占地面积，并影响系统运行可靠性和场站充电容量的利用率。

国内外电动重卡的补能系统及其充换电方法。重卡作为运输行业中重要的运输工具，用户对其运输效率较为敏感，多拉快跑是其行业内的基本共识。由于重卡总车重较大，为保证动力性及运输距离，需要高能量密度、长寿命、支持大电流快充的电池。但这样做也带来了一些弊端，一是造成整车增加了较多的重量、体积和成本；二是在交流充电状态下充电效率较低，导致终端用户等待时间过长；三是若经常使用直流大电流快充，虽然能够相对减少充电时间，但会缩短电池寿命。尽管充电模式下的纯电动重卡具有节能减排的优势，但相对于其它车型种类而言，仍受制于电池充电效率低、载重量忧虑、续航里程短等问题，因此导致重卡的新能源之路明显滞后，特别是在时间紧、任务重、运营成本较高的运输领域，始终难以形成规模趋势。综上所述，现有的充电式纯电动重卡存在续驶里程短、一次性购置成本高、充电效率低、工况适应差、电池体积过大、电池生命周期短等问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电动汽车补能系统及其控制方法，通过设置集中充电站和若干个分散换电站，对电动汽车的电池进行统一调配，解决了充电效率低、续航里程短、电池寿命短、使用场景有限等问题，极大地减少了充电时间，提高了电动汽车的运输效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电动汽车补能系统，包括：集中充电站、若干个分散换电站、电池运输车和运营监控管理平台；

所述集中充电站对电动汽车的待充电电池进行集中充电；

所述若干个分散换电站分散配置，对所述电动汽车的所述待充电电池进行更换；

所述电池运输车运送所述待充电电池至所述集中充电站，并将已充电电池运送至所述分散换电站；

所述运营监控管理平台与所述集中充电站、所述若干个分散换电站和所有所述电动汽车进行数据连接，获取所述集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度，获取所述若干个分散换电站中的所述待充电电池数量和所述已充电电池数量，获取所有所述电动汽车中的电池状态信息及位置信息，调配所述电动汽车电池的更换时间及更换所述电池的所述分散换电站。

进一步地，所述集中充电站包括：配充舱、若干个充电工位、充电控制单元、电池运输车控制单元和就地监控单元；

所述配充舱包括：依次连接的高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、变压器、低压配电柜和充电系统进线柜；

所述充电控制单元分别与自动充电模块、极柱温度检测板和所述待充电电池通过CAN进行通信，控制所述充电模块对所述待充电电池进行充电并监测极柱实时温度，还获取所述待充电电池的电池状态信息；

所述电池运输车控制单元分别与所述电池运输车和所述运营监控管理平台数据通信，获取所述电池运输车的状态信息并发送至所述运营监控管理平台；

所述就地监控单元获取所述配充舱、所述充电控制单元和所述电池运输车控制单元的状态信息并发送至所述运营监控管理平台。

进一步地，所述充电控制单元还与电度表数据连接，获取所述电度表的充电数据并上传至所述运营监控管理平台。

进一步地，所述分散换电站包括：换电工位、换电设备和换电监控单元；

所述换电设备对位于所述换电工位上的所述电动汽车的所述待充电电池进行更换；

所述换电监控单元分别与所述运营监控管理平台和所述换电设备数据连接，获取所述换电设备的状态信息，并将所述换电设备的所述状态信息发送至所述运营监控管理平台。

进一步地，所述电池运输车包括：若干个电池仓和一个电池更换仓。

进一步地，所述电池运输车包括：可分离的运输车车头和运输板车。

进一步地，所述电池运输车还包括：充电接口；

所述充电接口与所述电池运输车自身的电池连接。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电动汽车补能系统控制方法，用于控制上述任一所述的电动汽车补能系统，包括如下步骤：

获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度；

获取若干个分散换电站中的待充电电池的数量和已充电电池的数量，

获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息；

调配所述电动汽车电池的更换时间及更换所述电池的所述分散换电站。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过设置集中充电站和若干个分散换电站，对电动汽车的电池进行统一调配，解决了充电效率低、续航里程短、电池寿命短、使用场景有限等问题，极大地减少了充电时间，提高了电动汽车的运输效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动汽车补能系统整站布置图；

图2是本发明实施例提供的电动汽车补能系统通讯网络示意图；

图3是本发明实施例提供的电动汽车补能系统控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图1和图2，一种电动汽车补能系统包括：集中充电站、若干个分散换电站、电池运输车和运营监控管理平台；集中充电站对电动汽车的待充电电池进行集中充电；若干个分散换电站分散配置，对电动汽车的待充电电池进行更换；电池运输车运送待充电电池至集中充电站，并将已充电电池运送至分散换电站；运营监控管理平台与集中充电站、若干个分散换电站和所有电动汽车进行数据连接，获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度，获取若干个分散换电站中的待充电电池数量和已充电电池数量，获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息，调配电动汽车电池的更换时间及更换电池的分散换电站。

进一步地，集中充电站包括：配充舱、若干个充电工位、充电控制单元、电池运输车控制单元和就地监控单元。配充舱包括：依次连接的高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、变压器、低压配电柜和充电系统进线柜；充电控制单元分别与自动充电模块、极柱温度检测板和待充电电池通过CAN进行通信，控制充电模块对待充电电池进行充电并监测极柱实时温度，还获取待充电电池的电池状态信息；电池运输车控制单元分别与电池运输车和运营监控管理平台数据通信，获取电池运输车的状态信息并发送至运营监控管理平台；就地监控单元获取配充舱、充电控制单元和电池运输车控制单元的状态信息并发送至运营监控管理平台。

进一步地，充电控制单元还与电度表数据连接，获取电度表的充电数据并上传至运营监控管理平台。

进一步地，分散换电站包括：换电工位、换电设备和换电监控单元；换电设备对位于换电工位上的电动汽车的待充电电池进行更换；换电监控单元分别与运营监控管理平台和换电设备数据连接，获取换电设备的状态信息，并将换电设备的状态信息发送至运营监控管理平台。

进一步地，电池运输车包括：若干个电池仓和一个电池更换仓。

进一步地，电池运输车包括：可分离的运输车车头和运输板车。

进一步地，电池运输车还包括：充电接口；充电接口与电池运输车自身的电池连接。

在上述一个实施例的具体实施方式中，电动汽车补能系统的标准配置单元包括：1个集中充电站，2座分散换电站及1台配送车辆。

集中充电站内包括2台2500kVA配充一体式预制舱、1台300kW应急充电机、3个充电工位、3套就地监控单元及1套运营监控管理平台。2500kVA配充一体式预制舱由35kV/10kV进高压进线柜，高压计量柜及高压出线柜与2500kVA变压器连接，变压器采用高压进线，变压器二次侧为0.4kV输出，接入低压配电柜和充电系统进线柜。

14台300kW电池箱充电机分为A、B两组，A组充电机输出回路连接1号充电工位与3号充电工位，同时仅有一个工位能进入工作状态；B组充电机连接2号充电工位与3号充电工位，同时仅有一个工位能进入工作状态。应急充电机用于紧急情况下为电池充电。就地监控单元实时监测各单元状态并将信息上传运营监控管理平台。

分散换电站内包括1个换电工位、1套换电设备、1辆电池运输车及1套换电监控单元。其中，换电工位由换电区域、车辆指引线及标识牌组成，电池运输车按照指引进入指定的换电工位。换电设备由一套搬运电池的机械臂组成，用于完成运营车辆和配送车辆上电池箱的交换。

电池运输车由8个电池仓及一个充电接口组成，满载状态下装配7个电池箱，1个空仓位用于电池箱的交换。充电接口用于连接充电机实现对板车上的电池箱充电。换电监控单元实时监测换电站内各单元状态并将信息上传运营监控管理平台。

此外，实现电动汽车补能系统中的运营监控管理平台管理以及充换电设施的综合管理，需要通过CAN总线、局域网及串口485等多种通讯接口构成异步的分布式系统。运营监控管理平台与电池运输车控制单元、就地监控单元、充电控制单元以及应急充电桩采用网口RJ45通信，从而实现对各模块下发指令并收集信息上传运营监控管理平台。

其中，就地监控单元实时监测各单元状态，监控电池运输车控制单元、充电控制单元及电池总成设备的状态，并根据需求将信息上传运营监控管理平台。电池运输车控制单元与BMS采用CAN通信，收集运输板车上电池的状态信息并上传运营监控管理平台；充电控制单元与充电模块和极柱温度检测板采用CAN通信，控制充电模块并监测极柱温度；充电控制单元与电池BMS采用CAN通信，在充电过程中收集电池箱状态信息；充电控制单元与电度表之间为串口485通信，读取电度表读数并将信息上传运营监控管理平台。

上述技术方案用于解决充电式纯电动汽车补能速度慢、运输效率低的问题。基于车电分离的运营模式，仅需3-5分钟就可实现电池的快速更换，不仅有效的解决了充电慢的问题而且在也更利于统一管理车辆电池，避免了非专业人员因充电不当等原因损害电池性能甚至出现的安全问题。因此，相比于充电式纯电动汽车，换电式电动汽车一举克服了充电汽车运营效率低和初始投资过高、电池寿命短的痛点，使电动汽车在短途运输场景下全面替代传统柴油和天然气汽车成为可能，在实现节能减排的同时做到了高效、高周转运输，促成了社会效益和经济效益的统一。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电动汽车补能系统控制方法，用于控制上述任一的电动汽车补能系统，包括如下步骤：

步骤S100，获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度。

步骤S200，获取若干个分散换电站中的待充电电池的数量和已充电电池的数量。

步骤S300，获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息。

步骤S400，调配电动汽车电池的更换时间及更换电池的分散换电站。

上述控制方法中的步骤S100、S200、S300中获取数据的步骤顺序可以前后调换，也可同时进行，获取上述数据后对电动汽车的电池更换时间和电池更换地点进行调配，以优化电动汽车电池的更换时机，提高电动汽车的运营效率，降低运营成本。

请参照图3，在本实施例的一个具体实施方式中，在运营监控管理平台的统一调度下，集中充电站与分散换电站内的不同设备按照监控系统设定的业务流进行相应操作。当电池运输车装载满电电池箱驶入分散换电站时，分散换电站的监控子系统识别电池运输车信息并指引电池运输车驶入换电工位。此时，分散换电站的监控子系统判断电池运输车停靠位置是否在换电操作可执行范围内。若在可执行范围内，唤醒换电操作设备进行换电操作。若不在可执行范围内，命令配送车辆进行位置调整，直至调整至可执行范围内再进行上述操作。完成换电操作后，电池运输车装载亏电电池箱驶出分散换电站并驶入集中充电站。

运营监控管理平台指引电池运输车驶入空置的充电工位。此时，运营监控管理平台判断充电端及受电端是否在可执行范围内。如果在可执行范围内，指引电池运输车的运输车车头与运输板车脱离并驶出充电工位。随后，运营监控管理平台控制自动充电模块下压与运输板车的充电接口连接，自动连接装置上传连接状态至运营监控管理平台；若不在可执行范围内，命令电池运输车进行位置调整，直至调整至可执行范围内再进行上述操作。

当充电装置与运输板车的充电接口连接后，监测7组电池的状态信息，判断是否满足充电条件。在满足条件的情况下，运营监控管理平台唤醒机舱内充电机，按照不同电池箱的电池信息进行有序充电，从而实现系统能量的高效利用，同时向运营监控管理平台实时上送电池箱信息、充电机信息、计量信息等；若不满足充电条件则需要维护人员介入进行检查维护。

在充电停止时判断停止原因，若因故障导致的充电中止，则需要维护人员介入，对故障进行排查；若因充电完成致使充电停止，此时充电机执行关机，并将其状态上送运营管理平台。最后运营管理平台控制自动充电装置抬升，充电连接装置脱离，配送板车处于可转运状态，状态上送运营管理平台。

本发明实施例旨在保护一种电动汽车补能系统及其控制方法，其中电动汽车补能系统包括：集中充电站、若干个分散换电站、电池运输车和运营监控管理平台；集中充电站对电动汽车的待充电电池进行集中充电；若干个分散换电站分散配置，对电动汽车的待充电电池进行更换；电池运输车运送待充电电池至集中充电站，并将已充电电池运送至分散换电站；运营监控管理平台与集中充电站、若干个分散换电站和所有电动汽车进行数据连接，获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度，获取若干个分散换电站中的待充电电池数量和已充电电池数量，获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息，调配电动汽车电池的更换时间及更换电池的分散换电站。上述技术方案具备如下效果：

通过设置集中充电站和若干个分散换电站，对电动汽车的电池进行统一调配，解决了充电效率低、续航里程短、电池寿命短、使用场景有限等问题，极大地减少了充电时间，提高了电动汽车的运输效率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种电动汽车补能系统，其特征在于，包括：集中充电站、若干个分散换电站、电池运输车和运营监控管理平台；

所述集中充电站对电动汽车的待充电电池进行集中充电；

所述若干个分散换电站分散配置，对所述电动汽车的所述待充电电池进行更换；

所述电池运输车运送所述待充电电池至所述集中充电站，并将已充电电池运送至所述分散换电站；

所述运营监控管理平台与所述集中充电站、所述若干个分散换电站和所有所述电动汽车进行数据连接，获取所述集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度，获取所述若干个分散换电站中的所述待充电电池数量和所述已充电电池数量，获取所有所述电动汽车中的电池状态信息及位置信息，调配所述电动汽车电池的更换时间及更换所述电池的所述分散换电站。

2.根据权利要求1所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述集中充电站包括：配充舱、若干个充电工位、充电控制单元、电池运输车控制单元和就地监控单元；

所述配充舱包括：依次连接的高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、变压器、低压配电柜和充电系统进线柜；

所述充电控制单元分别与自动充电模块、极柱温度检测板和所述待充电电池通过CAN进行通信，控制所述充电模块对所述待充电电池进行充电并监测极柱实时温度，还获取所述待充电电池的电池状态信息；

所述电池运输车控制单元分别与所述电池运输车和所述运营监控管理平台数据通信，获取所述电池运输车的状态信息并发送至所述运营监控管理平台；

所述就地监控单元获取所述配充舱、所述充电控制单元和所述电池运输车控制单元的状态信息并发送至所述运营监控管理平台。

3.根据权利要求2所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述充电控制单元还与电度表数据连接，获取所述电度表的充电数据并上传至所述运营监控管理平台。

4.根据权利要求1所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述分散换电站包括：换电工位、换电设备和换电监控单元；

所述换电设备对位于所述换电工位上的所述电动汽车的所述待充电电池进行更换；

所述换电监控单元分别与所述运营监控管理平台和所述换电设备数据连接，获取所述换电设备的状态信息，并将所述换电设备的所述状态信息发送至所述运营监控管理平台。

5.根据权利要求1所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述电池运输车包括：可分离的运输车车头和运输板车。

6.根据权利要求1所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述电池运输车包括：若干个电池运输仓和一个电池更换仓。

7.根据权利要求1所述的电动汽车补能系统，其特征在于，

所述电池运输车还包括：充电接口；

所述充电接口与所述电池运输车自身的电池连接。

8.一种电动汽车补能系统控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-7任一所述的电动汽车补能系统，包括如下步骤：

获取集中充电站的可充电工位和在充电池充电进度；

获取若干个分散换电站中的待充电电池的数量和已充电电池的数量；

获取所有电动汽车中的电池状态信息及位置信息；

调配所述电动汽车电池的更换时间及更换所述电池的所述分散换电站。

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