電動(dòng)汽車充換電集成技術(shù)研究

謝君 楊紹允 章躍鵬

（杭州易和網(wǎng)絡(luò)有限公司 浙江杭州 310012）

1 簡(jiǎn)述

隨著環(huán)境污染、能源浪費(fèi)等問題日益嚴(yán)重，國(guó)家及地方政府正大力推廣新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。而充電站等基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重匱乏，已成為當(dāng)前制約我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵原因之一。

現(xiàn)有充電站建設(shè)模式局限性主要表現(xiàn)在：停車用地矛盾突出、充電服務(wù)點(diǎn)缺乏，無(wú)法快捷完成充換電服務(wù)。針對(duì)當(dāng)前城市停車難及電動(dòng)汽車充電難的社會(huì)問題，提出將充換電站和公共停車場(chǎng)建設(shè)相結(jié)合，集智能自動(dòng)泊車、電動(dòng)車泊車慢充、電動(dòng)汽車電池快速換電、智能充換停一體管理平臺(tái)等功能于一體的充換電集成技術(shù)。其核心技術(shù)主要包括：全自動(dòng)無(wú)人泊車技術(shù)，一體式電池倉(cāng)，自適應(yīng)換電機(jī)器人技術(shù)，車庫(kù)充換電管理平臺(tái)。

2 核心技術(shù)

2.1 全自動(dòng)無(wú)人泊車技術(shù)

該技術(shù)以全自動(dòng)多層立體停車庫(kù)為實(shí)施載體，采用國(guó)內(nèi)一流車庫(kù)廠家的平面移動(dòng)類庫(kù)型。車庫(kù)采用多層設(shè)計(jì)，可同時(shí)容納200-300輛汽車。車庫(kù)底層采用架空設(shè)計(jì)，設(shè)有電動(dòng)汽車全自動(dòng)換電站，可提供自助電池快換服務(wù)。2層及以上每個(gè)車位均設(shè)有均衡充電設(shè)備，可隨時(shí)為?？康碾妱?dòng)車提供慢充電服務(wù)。

車庫(kù)底層設(shè)有3-4個(gè)車輛出入口，車輛駛?cè)牒螅到y(tǒng)以自動(dòng)化程序進(jìn)行控制，借由升降機(jī)及橫移臺(tái)車搭載車輛實(shí)現(xiàn)停取，升降機(jī)及橫移臺(tái)車可分開各自動(dòng)作，和以往之機(jī)械式停車場(chǎng)比較，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可縮短3倍左右。車庫(kù)采用全自動(dòng)化管理，無(wú)人值守，可實(shí)現(xiàn)入庫(kù)光電感應(yīng)，車輛自動(dòng)引導(dǎo)，自動(dòng)收費(fèi)管理，消防監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控等多項(xiàng)智能化功能。

2.2 一體式電池倉(cāng)

車庫(kù)底層的全自動(dòng)換電站是整個(gè)智能車庫(kù)的核心部分。每個(gè)換電站主要由一體式電池倉(cāng)（包含交流充電設(shè)備和電池架設(shè)備，以及消防設(shè)備和空調(diào)設(shè)備等輔助設(shè)備）、自適應(yīng)換電機(jī)器人以及其他輔助設(shè)備組成。每個(gè)電池倉(cāng)包括10組均衡充電機(jī)，倉(cāng)內(nèi)溫濕度控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

電池倉(cāng)是指用以存放一定數(shù)量充電機(jī)，具有環(huán)境控制、通信監(jiān)控和必要的防護(hù)等級(jí)，給對(duì)應(yīng)的電池進(jìn)行充電的集成裝置?，F(xiàn)有產(chǎn)品通常分為充電機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)，中間由專用電纜連接，缺點(diǎn)是功能單一，占地面積較大，布置不靈活。

而一體式電池倉(cāng)與以往設(shè)計(jì)不同，將充電機(jī)，電池統(tǒng)裝于一個(gè)倉(cāng)內(nèi)，可以自由組合為不同電池容量的電池倉(cāng)組，能同時(shí)為10-20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池安全、自動(dòng)充滿電。同時(shí)與自適應(yīng)換電機(jī)器人配合，用戶可完成自助換電。倉(cāng)內(nèi)智能化的溫濕度控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)等統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，確保電池倉(cāng)的安全可靠工作。系統(tǒng)可通過主動(dòng)監(jiān)控獲取電池和充電模塊的相關(guān)信息。

2.3 自適應(yīng)換電機(jī)器人技術(shù)

目前市面上使用最多的乘用車傳統(tǒng)換電機(jī)器人多采用機(jī)械臂結(jié)合視覺控制算法來(lái)完成電池的存取更換。此種方案的缺點(diǎn)較多：機(jī)器人位置空間大且承載有限，車身高度變化導(dǎo)致定位不夠精準(zhǔn)等。針對(duì)上述問題，提出新型自適應(yīng)換電技術(shù)。

全新開發(fā)的全自動(dòng)自適應(yīng)換電機(jī)器人，可以自動(dòng)尋找和定位電池位置，無(wú)需人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)換電。換電機(jī)器人通過對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行底盤的兩級(jí)定位調(diào)節(jié)，將車輛橫向、縱向中心線和高度調(diào)到預(yù)訂位置，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換電。將精細(xì)定位技術(shù)用于電動(dòng)汽車的二級(jí)精確定位，由一套液壓升降機(jī)構(gòu)和定位組合夾具完成，對(duì)汽車的底盤中心進(jìn)行多自由度毫米級(jí)精確定位，克服了以往汽車輪胎充氣量不同而造成汽車高度方向難以準(zhǔn)確定位的技術(shù)難題。同時(shí)利用換電機(jī)器人在直線式雙軌道上的來(lái)回運(yùn)行，完成電池在電池倉(cāng)與電動(dòng)車之間的電池存取。自適應(yīng)換電機(jī)器人示意圖見圖1所示。

機(jī)器人可通過讀取車主卡片以識(shí)別車型及車牌信息，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)軌道間的軌矩及車輛預(yù)設(shè)高度，以實(shí)現(xiàn)換電裝置的自動(dòng)適配。同時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)與一體式電池倉(cāng)相配合，完成電池的取放動(dòng)作。該技術(shù)可自適應(yīng)于多種電動(dòng)汽車車型，預(yù)計(jì)換電時(shí)間不超過3分鐘。

圖1 自適應(yīng)換電技術(shù)示意圖

2.4 車庫(kù)充換電管理平臺(tái)

將充換電及停取車等功能進(jìn)行統(tǒng)一整合，設(shè)計(jì)搭建完善的智能充換停一體管理平臺(tái)，平臺(tái)主要功能包括充換電監(jiān)控系統(tǒng)、車庫(kù)收費(fèi)管理系統(tǒng)、車輛識(shí)別系統(tǒng)、分時(shí)租賃管理系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。

平臺(tái)采用開放式分層分布結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。站控層提供集中充電站內(nèi)運(yùn)行各系統(tǒng)的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的收集和實(shí)時(shí)顯示、設(shè)備的遠(yuǎn)方控制、以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢和統(tǒng)計(jì)等，并可與中心監(jiān)控系統(tǒng)及電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)管理中心通信，上傳充換電設(shè)施的相關(guān)工作狀態(tài)信息，接收和處理監(jiān)控中心及電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)管理中心發(fā)出的指令。間隔層采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，上傳至站控層，并接收和執(zhí)行站控層的控制命令。系統(tǒng)從設(shè)備終端收集充換電站、充電樁、車輛和電池的實(shí)時(shí)信息,在監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合的演示。同時(shí),結(jié)合GIS系統(tǒng)信息,提供對(duì)終端設(shè)備地理位置的可視化展示。

其中對(duì)充電機(jī)的監(jiān)控主要包括監(jiān)視充電機(jī)的狀態(tài)和電池狀態(tài)。充電機(jī)狀態(tài)信息包括輸入輸出電壓、電流、電量、功率因數(shù)、充電時(shí)間、當(dāng)前充電模式、充電機(jī)故障狀態(tài)等；電池狀態(tài)信息包括電池基本信息、電池單體電壓、電池單體溫度、電池故障狀態(tài)、電池管理系統(tǒng)設(shè)置信息等。

3 結(jié)語(yǔ)

目前利用該技術(shù)的項(xiàng)目已處于實(shí)施階段，并作為杭州市發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的樣板工程。項(xiàng)目落地約700m2，共計(jì)約200個(gè)停車位，所有停車位均設(shè)快充服務(wù)，車庫(kù)底層設(shè)一個(gè)自動(dòng)快換電站，可同時(shí)為周邊地區(qū)400輛私人電動(dòng)汽車提供充換電服務(wù)。項(xiàng)目正式建成后，將是杭州第一座集新能源電動(dòng)汽車智能均衡充換電、租賃及車輛立體停放的集成綜合體。為倡導(dǎo)城市綠色環(huán)保出行理念、破解城市停車難問題提供了有效的解決辦法

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