智能充换电 五大创新让电动汽车走得更远

充换电站如何拥有“高智商”？ “高度智能”的充换电站能做什么？国网许继集团有限公司（文中简称“许继集团”）牵头的“智能电动汽车充换电关键技术、成套设备及工程应用”项目给出了自己的答案。

项目团队开发了一套具有完全自主知识产权的智能充换电设备，包括电池循环寿命提升技术、通用快换电池盒技术、充换电一体化技术、网络运行监控技术。

该项目的五个技术创新点也为电动汽车智能充换电服务网络的建设奠定了更广泛的实践基础。

利用电池的“剩余价值”不能满足电动汽车要求的动力电池在一定条件下可以作为储能电池，或者作为低速电动汽车的动力源。

只有当它们不再被使用后，才会被回收、拆除和再生。

日常生活中，懂得过好生活的家庭主妇常常会“一物多用”电池：儿童玩具用过的电池可以重新安装在闹钟、遥控器上。

作为电动汽车的核心部件之一，如何充分利用成本相对较高的电池也是“电动汽车智能充换电关键技术及成套装备及工程应用”项目组关心的问题。

陈天锦是许继集团电动汽车充换电部门的总工程师，也是该项目的参与者。

陈天锦表示，电动汽车的动力电池有一定的使用寿命。

以锂离子电池为例，业内公认，当电池只能充电到原有容量的80%时，就不再适合继续作为电动汽车的动力电池使用。

这个时间大约是5年。

“如果直接报废回收，显然无法物尽其用。

后来我们研究了从电动车上拆下的动力电池是否可以在其他地方继续发挥作用，或者是否可以利用动力电池的使用时间可以延长。

”陈天锦说。

在研究了动力电池的损耗规律后，项目组提出了电动汽车废旧动力电池的“梯次利用”。

不能满足电动汽车要求的动力电池，在外观完好、无损坏、各功能部件有效的情况下，可作为储能电池，或作为电动轨道车等低速电动汽车的动力源。

当动力电池在这些情况下使用一段时间，不能再使用时，就会被分批回收、拆解、再生。

这个概念很简单，但是需要一个完整的系统来支持。

项目组研发的“电动汽车充换电站充换储放一体化系统”，采用双向智能充放电装置，实现动力电池充放电储一体化控制。

在此基础上，项目组根据电动汽车的驱动需求和动力电池的充放电特性，制定了动力电池在电动汽车、不间断电源、储能等不同应用场景的分级利用策略。

，最大限度地提高动力电池的效率。

该系统以及电池的阶梯式利用，使电动汽车的剩余容量需求从80%降低到60%，动力电池的使用成本降低了50%。

设备利用无线射频、红外传感、全球定位系统等技术报告自身状态，将电动汽车、动力电池、充电设施、换电设备等相关实体进行身份识别互联，主动传输状态信息实时传输至监控系统。

中间。

根据电池的“阶梯利用”计划，当电池只能充满原有容量的80%甚至60%时，就会被用在其他地方。

那么我们首先要知道电池的状态什么时候已经达到了可以用于电动汽车的程度。

退休标准。

一个充换电站有成百上千块电池，想要一一检测出来并不容易。

这就需要物联网技术。

许继集团技术中心工程师李洪峰表示，应用“电动汽车充换电智能化关键技术、成套装备及工程应用”项目成果的充换电站，采用无线射频技术通过该技术部署在车辆和电池盒上。

电子标签实现身份识别和自动感知。

充换电站通过联网信息账本、充电过程自动故障检测、配送过程跟踪追溯，实现充电宝的采购、仓储、充电、换电、使用、配送、检验、维护等。

动力电池。

生命周期管理，包括报废。

通过这个系统，一旦电池不再适合在电动汽车中使用，它就会“告诉”系统本身，这是非常快速和准确的。

同时，项目团队开发了电池物流部署自动优化调度的数学模型，以及衍生的综合调度辅助决策算法。

在电池端子自动识别、进出库管理、远程无线监控的基础上，我们还考虑了电池配送站的配送能力、充换电站的需求、充电桩的充电能力等多个领域。

中心、交通运行情况进行综合协调调度。

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当然，该项目中应用的物联网技术不仅仅是电池传感。

无线射频、红外传感、全球定位系统等技术将电动汽车、动力电池、充电设施、换电设备等相关实体进行身份识别互联，将其状态实时传输至监控系统，一目了然。

机器人帮我们更换电池。

只需将汽车驶入电池更换车道，剩下的工作就交给电池更换机器人。

换电机器人遵循智能、高效、便捷、安全的设计原则。

一次可更换4盒电池，短时间内完成电池更换。

2020年7月11日，薛家岛智能充换储放一体化示范电站（以下简称“薛家岛站”）投入试运行。

该充换电站位于山东省青岛市胶州湾海底隧道黄岛侧出口，应用了“智能电动汽车充换电关键技术、成套设备及工程应用”项目成果，主要为电动公交车提供充电和换电服务。

电力服务。

驾驶员将汽车驶入换电车道，换电机器人完成剩下的工作。

“在运营过程中，换电站可以为电动汽车更换电池，无需人工干预。

”许继供电公司总工程师董新生表示，项目组研发的换电机器人遵循智能、高效、便捷、安全的原则。

从设计原理来看，整个换电流程由全流程车辆自动引导系统和全自动无人换电系统两部分组成。

全程车辆自动引导系统由物联网感知引导系统和地面引导系统组成。

当车辆驶入换电站入口时，会被射频识别系统感应到，系统会“识别”车辆的身份。

后台监控利用外部引导屏，通过电池和工作站的有序调度。

通知司机应驶入哪个通道和车站进行电池更换。

地面引导系统利用斑马线、车道线、减速带等尽可能引导车辆的停车姿势。

当汽车停放时，换电操作员或驾驶员打开电池仓门并发出准备信号，全自动无人换电系统开始工作。

“如果未来电池门设计成气动的，就不需要有人打开门，整个电池更换过程将完全无人化。

”董新生说道。

项目组研发的换电机器人最大的特点之一就是适应性强，即换电过程中对驾驶员没有特殊要求，对车辆的停车姿势也没有特殊要求。

车辆。

对于需要更换的电动汽车来说，每箱电池重约公斤。

在取出和放置电池的过程中，车身会上下浮动。

换电机器人采用高速机械视觉定位系统和换电架随动控制系统，调整电池架本身以适应这种浮动，确保换电准确。

为了保证电池盒在车辆电池仓与电池架之间可靠地锁紧和抓握，项目组设计了??独特的全机械推拉锁紧机构，确保电池盒不会从车辆电池仓和电池架上脱落或脱落。

机动车。

此外，换电机器人采用“多箱批量操作”方式，一次可更换4箱电池，短时间内完成换电。

以薛家岛站为例，每辆公交车的电池更换时间为6至8分钟。

“电池箱换电机器人拥有完全自主知识产权，已申请专利29项。

”董新生说道。

智能调度，无需排队充电。

智能调度可以使充换电站在减少备用电池数量的同时提高充换电站设施效率，并实现充换电站运营管理系统与公交运营管理系统之间的有效交互和信息共享。

司机们一定都遇到过这种情况——同一个加油站，有时排长队，有时却没有车。

电动汽车充换电站也会遇到这种情况。

为充分利用充换电站资源，“智能电动汽车充换电关键技术、成套设备及工程应用”项目研究人员开发了基于“车联网”的智能运营调度系统。

充换电系统中的“物”。

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李洪峰表示，智能运营调度系统是通过研究充换电站和电动公交公司的运营模式，在两个运营管理系统之间进行有效、及时的信息交互，监控电动汽车的运行状态和充放电情况。

动力电池。

综合处理特性、换电站运行工况等相关数据，通过必要的统一调度，实现电动公交车和电动汽车充换电站高效有序运行。

这使得充换电站能够在减少备用电池数量的同时，提高充换电站设施效率，并实现电动汽车充换电站运营管理系统与公交运营管理系统之间的有效交互和信息共享。

城市的交通状况随时都在变化。

即使有固定线路、固定发车时间的公交车，也不能保证定期进入充换电站，更不用说普通客车了，运行非常随意。

，这意味着可以同时充电和更换电池。

如何消除这种不确定性呢？经过研究，项目组选择采用随机建模分析和随机动态优化策略来描述电动汽车的不确定动态行为，包括动力电池的变化过程、电动汽车的出发和返回时间以及电源更换等。

动力电池箱的需求。

结合电网供电能力和动力电池充放电特性，实现综合站各类运行调度策略评估，实现电池有序充换电过程的运行调度可以对综合站内的盒子进行引导。

因此，在应用该系统的电动汽车充换电站，你不会看到等待换电的汽车排长队，也不会出现充换电站长时间空置的情况，提高了充换电效率。

交换站。

让充换电站形成基于物联网的跨区域、全覆盖、智能化充换电服务网络。

其合理的布局可以增加电动汽车的续驶里程，让驾驶者和乘客不再时时刻刻担心电池电量，享受驾驶乐趣。

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如果你要不断计算剩余电量能否撑到充电站而不敢长途行驶，那么开电动车就真的不能令人满意了。

解决这个问题其实并不难：让充换电站形成一个服务网络，走到哪里就可以充换电。

董新生表示，合理布局的智能充换电服务网络可以促进电动汽车的普及，不仅会改变现有的化石能源消费格局，也将成为智能电网建设的重要组成部分，并发挥储能系统的作用。

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能源系统为风电、太阳能等清洁能源的消费提供平台。

他具体介绍了青岛的电动汽车电池更换服务网络。

青岛电动汽车换电服务网络由薛家岛站、深圳路充换站、延安路充换站、珠江路充换站、流清河充换站、莱西充换站组成。

服务公交车数量已达 ，服务线路逐步覆盖青岛主城区、经济技术开发区和莱西市。

在形成换电服务网络之前，电动汽车必须储备电量才能返回充换电站。

单次换电作业平均运营里程仅为90公里。

网络形成后，电动汽车单次换电平均运营里程增加至公里，最大行驶里程达到公里。

根据规划，“十二五”末，青岛将建设近20个公交充换电站，电动公交车保有量预计达到1万辆。

“智能电动汽车充换电关键技术、成套设备及工程应用”项目组还提出了由集中充电站和配送站组成的“集中充电、统一配送方案”。

集中充电站设有集中充电系统，还配备配送车辆。

配电站的电池由集中充电站或充换电站分布，这些站利用城市地区较小的空间建设。

或许，在不久的将来，居民们会在社区门口看到电池分配站。

项目成果还以电动汽车动力电池流通、集中充电站、充换电站、配电站等相关实体为纽带，建设以省级数据中心为核心，包括运营总部、省级运营中心、地级（包括县级（区级）运营机构在内的运营管理体系，实现基于物联网的跨区域、全覆盖、智能化的电动汽车充换电服务网络。

一旦这种大规模网络的建立，电动汽车长途行驶时将不再需要担心电池电量，人们可以享受驾驶电动汽车的乐趣。