CN114161983A - 一种电动车换电***及电池包的充电方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电动车换电***及电池包的充电方法，涉及节能环保、新能源汽车领域，可以在判断电动车的电量不足时，提前为电动车附近的充电仓中充满至少一块电池包，这样，当电动车到达充电仓时，不需要等待电池包充电的过程，缩短了电动车换电池的过程。

Description

一种电动车换电***及电池包的充电方法
技术领域
本申请实施例涉及电动车充换电技术领域，尤其涉及一种电动车换电***及电池包的充电方法。
背景技术
发展电动车对于缓解能源环境压力、培育新经济增长点的战略意义日益凸显，因此电动车产业得到较多发展。电动车具有高效、节能、低噪音、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可替代的优势。但是电动车电池电量有限，充电时间较长，续航能力较差等问题制约了电动车的发展。
可能的设计中，提供了为电动车换电池的换电站。当电动车的电池电量不足时，可以拆卸下电动车的电量不足的电池，在换电站为电动车换上电量已充满的电池。
但是该设计中，存在电动车到换电站后，换电站中没有电量已充满的电池，电动车需要等待换电站中出现电量已充满的电池时，才能实现换电池，导致电动车等待时间过长。
发明内容
本申请提供一种电动车换电***及电池包的充电方法，用以解决电动车换电池时等待时间过长的问题。
一方面，本申请提供一种一种电动车换电***，电动车换电***包括管理***、N个储能换流器PCS、以及M个电池包；M为a与N的乘积，a为大于1的整数，N为大于1的整数，任一个PCS包括双向直流-交流DC-AC充电模块。
PCS通过变压器接入在母线中。其中，母线可以为交流母线。
任一个DC-AC充电模块与M个电池包中a个并联的电池包连接，a个并联的电池包中任一个电池包与任一个DC-AC充电模块之间连接有开关器件，开关器件用于根据管理***的控制选择接入DC-AC充电模块的电池包。
管理***，用于从服务器获取电动车的电池电量，服务器为与电动车进行实时交互的云端服务器，服务器中存储有电动车的实时电池电量。
管理***，还用于在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电；其中，目标电池包为M个电池包中电量最多的电池包，或者，目标电池包为M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
可选的，管理***，具体用于在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及将断开目标DC-AC充电模块与另外a-1个电池包的连接，并控制目标DC-AC充电模块以目标电池所能承受的最大功率对目标电池进行快速充电。
可选的，管理***，具体还用于在目标DC-AC充电模块与母线断开连接时，控制M个电池包中除目标电池包的其他任意电池包实现对目标电池包的快速充电。
可选的，任一个电池包中包括多个电池单元；管理***，还用于在电池电量大于第一电量值，和/或，M个电池包存在满电电池包的情况下，为任一个DC-AC充电模块配置第一功率，使得任一个DC-AC充电模块通过第一功率为a个并联的电池包充电，其中，第一功率与a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
可选的，母线与电网之间设置有开关，管理***，还用于在母线的电能低于阈值时，通过开关控制母线断开电网，以及控制M个电池包中的部分或全部电池包通过对应的DC-AC充电模块为母线充电，以为接入在所述母线的负载供电。
可选的，管理***包括：PCS控制单元、BMS单元、整站控制单元、换电控制单元、视频监控单元、消防***控制单元以及就地监控单元；
其中，PCS控制单元用于控制PCS，以实现对电池包充放电；BMS单元用于管理电池包的状态；整站控制单元用于换电站整体的管理；视频监控单元用于换电站中的视频监控；消防***控制单元用于换电站中的消防设备控制；就地监控单元用于实现监控设备本地状况。
另一方面，本申请实施例还提供一种电池包的充电方法，应用于上述的电动车换电***，方法包括：
从服务器获取电动车的电池电量，服务器为与电动车进行实时交互的云端服务器，服务器中存储有电动车的实时电池电量。
在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电；其中，目标电池包为M个电池包中电量最多的电池包，或者，目标电池包为M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
可选的，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电，包括：通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及将断开目标DC-AC充电模块与另外a-1个电池包的连接，并控制目标DC-AC充电模块以目标电池所能承受的最大功率对目标电池进行快速充电。
可选的，还包括：在目标DC-AC充电模块与母线断开连接时，控制M个电池包中除目标电池包的其他任意电池包实现对目标电池包的快速充电。
可选的，任一个电池包中包括多个电池单元；方法还包括：在电池电量大于第一电量值，和/或，M个电池包存在满电电池包的情况下，为任一个DC-AC充电模块配置第一功率，使得任一个DC-AC充电模块通过第一功率为a个并联的电池包充电，其中，第一功率与a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
本申请提供的本申请实施例提供了一种电动车换电***及电池包的充电方法，可以在判断电动车的电量不足时，提前为电动车附近的充电仓中充满至少一块电池包，这样，当电动车到达充电仓时，不需要等待电池包充电的过程，缩短了电动车换电池的过程。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例的一种矿区换电站场景图；
图2为本申请实施例的一种电动车换电***示意图；
图3为本申请实施例的一种具体电动车换电***示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
首先对本申请所涉及的名词进行解释：
电动车：使用电力供电的车辆，例如电动车可以包括电动汽车、电动摩托车、电动卡车等。
储能变流器(power control system，PCS)：控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。
电池荷电状态(state of charge，SOC)：是指电池荷电状态，也就是指电池中剩余电荷容量与其完全充满状态的容量的比值，常用百分数表示。SOC＝1即表示为电池充满状态。
电池健康状态(state of health，SOH)：是指蓄电池容量、健康度、性能状态，即蓄电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池为100％，完全报废为0％。
电池管理***(battery management system，BMS)：是对电池进行管理的***，通常具有测量电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。
电动车的换电可以应用于多种场景，例如高速路或普通公路中布设的电动车换电***，或者小区内布设的点多车换电***等。
本申请实施例以矿区中的电动车换电***(或称为换电站)为例说明电动车换电的应用场景。如图1所示，提供了一种矿区换电站100，换电站100包括以下区域：管理***101、换电区域102、车辆通行区域103、变压舱104、站用电区域105。
管理***101实现对下述一项或多项的管理：整站控制、充电控制、换电控制、消防***控制、视频监控和/或就地监控。
整站控制用于对整个换电站的运行进行控制。整站控制通过与充电控制、换电控制、消防***控制、视频监控和就地监控一个或多个单元进行通讯和信息交互，根据汇总信息进行能量调度和用能优化，使整站的运行安全可靠。充电控制用于根据当前电池剩余电量情况控制电池的充放电过程。换电控制用于对换电机器人和换电连接器等电池***设备的控制。消防***控制用于当换电站出现突发火灾事件时，通过控制消防***实现压制和扑灭火灾，使换电站可以安全运行。视频监控用于对换电站内所有***的综合视频监控。就地监控用于实时在线进行充电监控、换电监控、车辆监控、配电监控和环境监控。
换电区域102用于提供车辆电池的更换平台。换电区域包括换电平台、充电仓和换电机构。换电平台用于为换电车辆提供停靠与换电操作区域；充电仓用于为电池充电；换电机构包括换电机器人和换电连接器等，用于从充电仓取出电池或向充电仓放入电池。
车辆通行区域103是车辆可以通行的区域。
变压舱104设有配电室、配电柜，用于将电网的高压电转换为换电站内各设备所需的电压。各设备电压包括下述一项或多项：换电***所需电压、相关控制器工作电压、日常站用电电压等。
站用电区域105是换电站内安装的空调、灯和/或电源等日常用电器的区域。
目前的换电站，当电动车到达换电站时，进入换电区域，停靠在换电平台。换电控制***控制换电机器人拆卸下电动车的电量不足的电池，从充电仓取出电量已充满的电池并安装在电动车上，将换下的电量不足的电池放入充电仓中。换电***对电量不足的电池进行充电。换电过程结束电动车驶出换电站继续前行。但是当换电站中没有电量已充满的电池时，电动车到达换电站后需要等待换电站中出现电量已充满的电池，才能实现换电池，导致电动车等待时间过长。
基于此，本申请实施例提供了一种电动车换电***及电池包的充电方法，可以在判断电动车的电量不足时，提前为电动车附近的充电仓中充满至少一块电池包，这样，当电动车到达充电仓时，不需要等待电池包充电的过程，缩短了电动车换电池的过程。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
如图2所示，本实施例的一种电动车换电***。
本申请实施例的电动车换电***包括管理***210、N个储能换流器PCS220、任一个PCS包括双向直流-交流DC-AC充电模块230、以及M个电池包241；M为a与N的乘积，a为大于1的整数，N为大于1的整数。
PCS一端通过变压器260接入交流母线，一端连接电池包。PCS用于电能双向转换，具体来说PCS的DC-AC充电模块可以把母线的交流电整流为直流电。PCS还可通过DC-AC充电模块把电池包的直流电逆变成交流电，输送给母线。PCS数量是N个，N是大于1的整数。
PCS的DC-AC充电模块与a个并联的电池包电连接。任一个电池包与和它连接DC-AC充电模块之间设有开关器件242。DC-AC充电模块用于根据PCS分配的功率大小，按照管理***的控制断开闭合开关器件来选择接入的电池包，对电池包进行充电。DC-AC充电模块数量是N个，N是大于1的整数。
其中，电池包可以是由多节电池单元串联得到的，也可以是单独的电池单元，本申请实施例不作限定。
管理***用于从服务器250获取电动车的电池电量，服务器为与电动车进行实时交互的云端服务器，服务器中存储有电动车的实时电池电量。
示例性的，云端服务器可以指为车辆提供服务的服务器，电动车在行驶到云端服务器服务的区域时，云端服务器可以获取该电动车的电池电量。
本申请实施例中，基于云端服务器的运营电动车实时电池电量获取方法，可以包括以下方式：
方式一：管理***周期性向云端服务器发送请求指令，请求获取电动车实时电池电量。基于管理***发送来的请求指令，云端服务器发送电动车实时电池电量至管理***。
方式二：云端服务器周期性主动向管理***发送电动车实时电池电量至管理***。
管理***，还用于在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制PCS通过目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电；其中，目标电池包为M个电池包中电量最多的电池包，或者，目标电池包为M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
其中，管理***可以分为本地管理***与远端管理***，本地管理***负责本地的换电站电池报与PCS的控制与监控保护，远端负责协调车辆与换电站工作。
本申请实施例中，若电池电量低于第一电量值，则表示电动车需要进行充电或换电池，而M个电池包没有满电电池包，则说明电动车换电***无法及时为电动车提供满电电池，如果没有及时得到满电电池，可能需要电动车等待。其中，第一电量值可以为预设的值，例如0-20％的任意值等，本申请实施例对第一电量值不作具体限定。
因此，当电动车的电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，管理***可以通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电，使得换电站能尽早为电动车预备满电电池包，减少电动车等待电池包充电的时长。
其中，目标电池包可以为M个电池包中电量最多的电池包，这样，电量最多的电池包可以较快充为满电电池包，减少电动车等待电池包充电的时长，使得车辆到达换电站时，较大可能直接得到满电电池包。
或者，目标电池包可以为M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。其中快速充电可以指支持快速充电协议中指代的快速充电。这样，可以使得支持快速充电且电量较足的电池包快速充为满电电池包，减少电动车等待电池包充电的时长，使得车辆到达换电站时，较大可能直接得到满电电池包。
需要说明的是，图2中，管理***可以与PCS、开关器件、服务器等实现有线或无线通信，图中未示出，本申请实施例对需要通信的设备之间的通信方式不作具体限定。
可选的，在图2的基础上，本申请实施例的管理***，具体用于在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，找出M个电池包中电量最多的电池包，或者M个电池包中电量大于第二电量值的电池包，通过开关器件连接该电池包和对应DC-AC充电模块，并断开其他外a-1个电池包与对应的DC-AC充电模块的连接。
示例性的，管理***可以控制该电池包对应的PCS的输出功率，通过DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对该电池进行快速充电。且本申请实施例中，断开其他外a-1个电池包与对应的DC-AC充电模块的连接，使得DC-AC充电模块可以只对目标电池包充电，进一步提升目标电池包的充电效率，使得目标电池包可以进一步快速充为满电电池包，缩短了目标电池包充电时间。
可选的，在图2的基础上，本申请实施例的管理***，具体还用于在已找出M个电池包中电量最多的电池包，或者M个电池包中电量大于第二电量值的电池包，但该电池包对应的目标DC-AC充电模块与母线断开连接，无法进行充电的情况。控制M个电池包中除目标电池包的其他任意电池包实现对目标电池包的快速充电。通过该步骤可实现电网段网模式下，对换电站内接近满电的电池包或电量剩余比较多的电池包的快速充电，节省了电池充电时间。
可选的，在图2的基础上，任一个电池包中包括多个电池单元。本申请实施例的管理***，还用于M个电池包中有电量大于第一电量值，和/或，存在满电电池包的情况下，为任一个DC-AC充电模块配置第一功率，使得任一个DC-AC充电模块通过第一功率为a个并联的电池包充电，其中，第一功率与a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
示例性的，管理***可以通过EtherCAT实时采集各电池包的最大可充电电流，管理***控制PCS为DC-AC充电模块分别配置较适宜的第一功率，使各DC-AC充电模块通过适宜功率为并联的电池包充电，该适宜的第一功率与并联的电池包中各自电池单元的电量有关。这样可以在电动车不急需充电或换电站有满电电池时，采用适宜功率为电池包充电，减少快速充电对电池包寿命的影响，提升电池包的性能。
可选的，计算第一功率的方式可以为：
首先***根据电池电压与电池数据手册通过查值方式得到电池包最适宜运行功率，记为sopcL。
实时计算当前电池包总功率：
Figure BDA0003360252270000091
其中，每簇电池簇(或称为电池单元)的功率为bmspower[n]。
求得每簇电池簇分得的比例：
bmspowerscale[n]＝bmspower[n]/power
求得每簇电池支持的最大充放电功率：
power_bms[n]＝sopcL/bmspowerscale[n]
得到实际满足需求的第一功率：
SOPC＝MIN(power_bms[1]，power_bms[2]，...，power)bms[n])
***按照SOPC运行，可以使得每簇都不超过电池最高充放电能力，直到电池能力一致，分得的电量一致为止。
其中，上述的功率单位皆可以为kw。
可选的，在图2的基础上，管理***，还用于在母线的电能低于阈值时，控制M个电池包中的部分或全部电池包通过对应的DC-AC充电模块为母线充电。这样，可以电网的电能低于阈值时，换电站的电池包通过DC-AC模块为母线充电，将电能反馈到电网，实现对电网调峰调频，缓解电网压力，维持电网的稳定。
其中，DC-AC充电模块也可以称为双向DC-AC充电模块，双向DC-AC充电模块与储能换流器连接。双向DC-AC电模块接收储能电池充电指令后，接收来自储能换流器的换电站电能，并通过换电站电能为电池充电；双向DC-AC电模块接收储能电池放电指令后，通过储能换流器向电网放电。
可选的，在图2的基础上，管理***还可以根据电池包温度、电池包SOC以及电动车的电池温度、电动车的电池SOC等灵活控制PCS充电。
可选的，在图2的基础上，管理***包括：PCS控制单元、BMS单元、整站控制单元、换电控制单元、视频监控单元、消防***控制单元以及就地监控单元。具体内容将在后续实施例说明，在此不作赘述。
为了更清楚的说明本申请实施例的电动车换电***，图3示出了一种具体的换电站示意图。
如图3所示，换电站可以包括配电室，配电室中可以设置多个变压器，多个变压器可以将母线的电压变为不同的电压值，以供电池包充电，或供换电站中的设备供电。
例如，母线可以为35KV母线，用于电池包充电的变压器可以为3MVA升压变压器，用于换电站内设备供电的可以为500KVA站用变压器，可能的实现中，500KVA站用变压器还可以进一步经过低压配电柜得到380V电压为换电站内设备供电。
其中，换电站内设备可以称为负载，例如包括：换电机构(也可以称为换电***)、空调、灯、电源、地面充电转、不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)等。
UPS可以为管理***供电，管理***例如包括：PCS控制单元、BMS单元、整站控制单元、换电控制单元、视频监控单元、消防***控制单元以及就地监控单元。
PCS控制单元用于控制PCS，以实现对电池包的高效、快速充放电。BMS单元可以用于管理电池包的状态，例如监控电池包的SOC或SOH等。整站控制单元可以用于换电站整体的管理。视频监控单元可以用于换电站中的视频监控。消防***控制单元可以用于换电站中的消防设备控制。就地监控单元可以用于实现监控设备本地的监控。
可以理解的是，换电站中可以有多个换电地点，因此从3MVA升压变压器可以引出多个分支到多个换电地点，任一个换电地点中包括电动车换电***，电动车换电***中可以包括PCS、电池***，等。电池***可以包括多个电池包、与各电池包对应的BMS、与各电池包对应的开关设备、开关电源等，开关电源可以用于为开关设备等供电，多个电池包并联。多个电池包并联，能够实现电池包间电量自动均衡，以及可灵活选择并联侧投入充电电池包数量，***接入便捷，可以通过减少充电电池包数量缩短充电时间。
该换电站可以从由大到小的三个层次理解，例如，第一层：换电站，包括用于实现换电的电动车换电***，以及换电站中的用电设备。第二层：涉及换电的电动车换电***中，包括PCS、电池包、相关连接件等。其中，协助第二层的电动车换电***实现电动车自动换电时，还可以包括第三层：换电机构，包括换电机器人、换电连接器等，通过换电机构可以实现为电动车自动换电池包，节约人力劳动。
可能的实现中，该电动车换电***包括配电室、配电柜、多个储能换流器、储能单元、开关电源、管理***以及负载。
配电室分别与多个PCS和配电柜电连接。配电室为PCS和配电柜提供380V电压的电能输入。配电柜为负载提供合适电压的电能输入。负载包括空调、灯等。
PCS用于电能双向转换，控制电池的充电和放电过程。具体来说PCS把电网的交流电整流为直流电，提供给电池包充电。PCS把电池包的直流电逆变成交流电，输送给电网，给电池放电。且，PCS支持充电功率设置、充放电模式设置等，控制方式更加灵活。
储能单元可以包括DC-AC充电模块和电池包。一个DC-AC充电模块与一个电池组连接。每个电池组下有多个电池包，多个电池包是并联关系。并联的电池包中任一个电池包与对应的DC-AC充电模块之间连接有开关器件，开关器件用于根据管理***的控制选择接入DC-AC充电模块的电池包。
开关电源与BMS电连接，开关电源可以用于为BMS单元提供24V工作电压。BMS单元用于对电池包的剩余电量SOC和健康状态SOH进行监测，并将电池情况反馈给管理***。进一步的，管理***可以根据电池包的SOH确定是否有需要进行电池健康状态维护的电池包，若有需要进行电池健康状态维护的电池，则将需要进行电池健康状态维护的电池包进行放电。
换电***用于实现电池包的充电过程。具体来说，PCS把外部输入的交流电转换成需求的直流电，通过DC-AC充电模块对电池包进行充电。
管理***由不间断电源UPS提供电能，UPS与配电柜电连接。UPS从配电柜获取电能并转换成220V电压输出给管理***。
管理***从云端服务器获取正在运营电动车的电池剩余电量，电池的剩余电量由车载BMS单元监测得到并上传给云端服务器。管理***判断出是否有电动车急需换电，如果检测到有电动车电池电量不足时，通知该电动车开至临近的换电站更换电池。
换电***还包括换电机构。换电机构可以包括换电机器人和换电连接器。换电机构用于将电池取出或放入充电仓。具体来说，当电动车停靠在换电平台后，换电机器人拆卸下电动车的电量不足的电池，从充电仓取出电量已充满的电池并安装在电动车上，将换下的电量不足的电池放入充电仓中。
管理***控制PCS单元对电池包的充电方式，有三种可能的实现方式。
第一种可能的实现中，管理***通过BMS单元检测到当前充电仓内所有电池电量均低于90％，并且没有满电电池包的情况下，根据BMS单元采集到所有电池包的电量情况，找出所有电池包中电量最多的电池包，或者所有电池包中电量大于60％的电池包，通过开关器件连接该电池包与对应DC-AC充电模块，并且断开其余电池包与对应DC-AC充电模块。根据BMS单元采集到该电池包的最大输入功率，管理***控制PCS，通过DC-AC充电模块以该电池包所能承受的最大功率对其进行快速充电。
第二种可能的实现中，管理***通过BMS单元检测到当前充电仓内所有电池电量均低于90％，并且没有满电电池包的情况下，根据BMS单元采集到所有电池包的电量情况，找出所有电池包中电量最多的电池包，或者所有电池包中电量大于60％的电池包。如果该电池包与母线断开连接无法进行充电，则通过开关器件连接该电池包与对应DC-AC充电模块，并且控制除该电池包外的其他任意电池包对该电池包进行快速充电。
第三种可能的实现中，管理***通过BMS单元检测到当前充电仓内所有电池电量中有大于90％的电池包，或存在满电电池包的情况下，为各DC-AC充电模块分别配置较适宜的功率，使各DC-AC充电模块通过适宜功率为并联的电池包充电，该适宜功率与并联的电池包中各自电池单元的电量有关。任一个电池包中包括多个电池单元。
为了充分利用资源，管理***根据电池健康状态和电网电能，控制换电***中电能传输方向。
例如，当管理***通过BMS单元检测到存在较多满电电池包，需要充电的电池包数量较少，并且母线的电能低于阈值时，管理***控制PCS电能传输方向，将部分或全部电池包通过DC-AC充电模块为母线充电。
可能的实现中，换电站的管理***从云端服务器获取正在运营电动车的电池剩余电量，电池的剩余电量由车载BMS单元监测得到并上传给云端服务器。管理***判断出是否有车辆急需换电，如果检测到有车辆急需换电，由BMS单元监测换电站充电仓中是否有满电电池。当没有满电电池时，管理***通知PCS控制单元对PCS的充电功率、充电方式进行设置，使目标电池包在安全前提下快速充满。如果检测到当前运行车辆不急需换电时，以较适宜的功率对目标电池包进行充电。
整站控制用于对整个换电站的运行进行控制。整站控制通过与PCS控制单元、BMS单元、换电控制单元、视频监控单元、消防***控制单元以及就地监控单元进行通讯和信息交互，根据汇总信息进行能量调度和用能优化，使整站的运行安全可靠。
换电控制用于实现对换电机器人和换电连接器等电池***设备的控制。
消防***控制用于对换电站出现突发火灾事件时，通过控制消防***实现压制和扑灭火灾，使换电站安全运行。
视频监控用于实现对换电站内所有***的综合视频监控。
就地监控用于实时在线进行充电监控、换电监控、车辆监控、配电监控和环境监控。
综上，本申请实施例使用储能PCS替换了传统的充电桩，实现了可以对电池的充放电功能，同时提高***效率5％，降低充电模块部分成本50％以上，且充电功率可更加灵活的接收站控***(或称为管理***)的控制，管理***可根据当前电芯、温度、SOC以及当前正在运营车辆的SOC灵活控制PCS的充电，管理***可通过云端传来的信息，检测到有车辆急需换电，且当前仓位中没有满电电池时，可控制电量较多的电池包，以电池能够承受的最大功率快速充满，如果检测到当前运行车辆不急需换电时，以电池较适宜的功率进行充电。灵活的充电方式也有利于电池的寿命、安全性、续航里程等参数。
换电站内的通讯可以采用EtherCAT分布式从站架构，由于换电站占地面积大，总控需要采集信息众多，布线难度较大，且一旦运行器件出现通讯问题维护较复杂，因此采用分布式结构将各从站模块布置到换电区域、车辆通行区域、变压舱区域等，总控布置到监控舱，通过EterCAT工业实时以太网通讯方式，从站模块可就近接入本地的数字量信号、模拟量信号、485信号，极大的缩短了线束的长度，保证了通讯的质量，且EtherCAT拓展性强，有利于场站后期增容以及新功能开发。
利用EtherCAT技术可实时检测站内电池信息并可联动直流断路器，中压开关柜动作，在出现重大问题时能够及时动作，防止事故蔓延。
采用电池快速并联技术，可灵活选择并联侧投入充电电池数量，可通过PCS进行维护充放电，***接入便捷，缩短了充电时间。
由于电池包设计需要同时满足电量、电压、电流等需求，因此电池包通常采用多组并联形式，由于车辆运行导致多包间放电不一致，充电后预充完成导致各电池组之间分配电流不一致，因此簇间电流不一致可能导致PCS输出功率分配到每个电池组电流不均，传统的充电桩在大功率充电时导致分配较大的电池组电流较大，导致充电过流，不能保证每一个电池组以最佳功率充电，本申请实施例可以通过EtherCAT实时采集每组电池最大可充电电流，并控制PCS保证PCS以较佳功率运行，及实现快速充电，又提升电池包的安全性与寿命。
可在换电站闲时接入电网***对电网调峰调频，缓解电网压力创造更好的经济价值。
管理***可以实现离网，由于矿场附近电网不稳定，当遇到外部事故导致的非计划停电，会导致站内突然市电，换电设备如果正在换电抓取电池过程中个突然断电，会有电池掉落风险，PCS支持离网功能，当6KV突然断电时，***会将中压柜6KV上口开关断开，同时PCS可从电量较多的电池包取电，为站内控制电与换电机器人供电，保证车辆当前换电正常进行。
另外，本申请实施例还提供一种电池包的充电方法，应用于上述的电动车换电***，方法包括：
从服务器获取电动车的电池电量，服务器为与电动车进行实时交互的云端服务器，服务器中存储有电动车的实时电池电量。
在电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电；其中，目标电池包为M个电池包中电量最多的电池包，或者，目标电池包为M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
可选的，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制目标DC-AC充电模块以目标电池包所能承受的最大功率对目标电池包进行快速充电，包括：通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及将断开目标DC-AC充电模块与另外a-1个电池包的连接，并控制目标DC-AC充电模块以目标电池所能承受的最大功率对目标电池进行快速充电。
可选的，还包括：在目标DC-AC充电模块与母线断开连接时，控制M个电池包中除目标电池包的其他任意电池包实现对目标电池包的快速充电。
可选的，任一个电池包中包括多个电池单元；方法还包括：在电池电量大于第一电量值，和/或，M个电池包存在满电电池包的情况下，为任一个DC-AC充电模块配置第一功率，使得任一个DC-AC充电模块通过第一功率为a个并联的电池包充电，其中，第一功率与a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种电动车换电***，其特征在于，所述电动车换电***包括管理***、N个储能换流器PCS、以及M个电池包；所述M为a与N的乘积，所述a为大于1的整数，所述N为大于1的整数，任一个所述PCS包括双向直流-交流DC-AC充电模块；
所述PCS通过变压器接入在母线中；
任一个所述DC-AC充电模块与所述M个电池包中a个并联的电池包连接，所述a个并联的电池包中任一个电池包与所述任一个DC-AC充电模块之间连接有开关器件，所述开关器件用于根据所述管理***的控制选择接入所述DC-AC充电模块的电池包；
所述管理***，用于从服务器获取电动车的电池电量，所述服务器为与所述电动车进行实时交互的云端服务器，所述服务器中存储有所述电动车的实时电池电量；
所述管理***，还用于在所述电池电量低于第一电量值，且所述M个电池包没有满电电池包的情况下，通过所述开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制所述目标DC-AC充电模块以所述目标电池包所能承受的最大功率对所述目标电池包进行快速充电；其中，所述目标电池包为所述M个电池包中电量最多的电池包，或者，所述目标电池包为所述M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
2.根据权利要求1所述的电动车换电***，其特征在于，所述管理***，具体用于在所述电池电量低于第一电量值，且所述M个电池包没有满电电池包的情况下，通过所述开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及将断开所述目标DC-AC充电模块与另外a-1个电池包的连接，并控制所述目标DC-AC充电模块以目标电池所能承受的最大功率对所述目标电池进行快速充电。
3.根据权利要求1或2所述的电动车换电***，其特征在于，所述管理***，具体还用于在所述目标DC-AC充电模块与所述母线断开连接时，控制所述M个电池包中除所述目标电池包的其他任意电池包实现对所述目标电池包的快速充电。
4.根据权利要求1或2所述的电动车换电***，其特征在于，任一个所述电池包中包括多个电池单元；
所述管理***，还用于在所述电池电量大于所述第一电量值，和/或，所述M个电池包存在满电电池包的情况下，为任一个所述DC-AC充电模块配置第一功率，使得所述任一个DC-AC充电模块通过所述第一功率为所述a个并联的电池包充电，其中，所述第一功率与所述a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
5.根据权利要求1或2所述的电动车换电***，其特征在于，所述母线与电网之间设置有开关；
所述管理***，还用于在所述母线的电能低于阈值时，通过所述开关控制所述母线断开电网，以及控制所述M个电池包中的部分或全部电池包通过对应的DC-AC充电模块为所述母线充电，以为接入在所述母线的负载供电。
6.根据权利要求1或2所述的电动车换电***，其特征在于，所述管理***包括：PCS控制单元、BMS单元、整站控制单元、换电控制单元、视频监控单元、消防***控制单元以及就地监控单元；
其中，所述PCS控制单元用于控制PCS，以实现对电池包充放电；所述BMS单元用于管理所述电池包的状态；所述整站控制单元用于换电站整体的管理；所述视频监控单元用于换电站中的视频监控；所述消防***控制单元用于所述换电站中的消防设备控制；所述就地监控单元用于实现监控设备本地状况。
7.一种电池包的充电方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的电动车换电***，所述方法包括：
从服务器获取电动车的电池电量，所述服务器为与所述电动车进行实时交互的云端服务器，所述服务器中存储有所述电动车的实时电池电量；
在所述电池电量低于第一电量值，且M个电池包没有满电电池包的情况下，通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制所述目标DC-AC充电模块以所述目标电池包所能承受的最大功率对所述目标电池包进行快速充电；其中，所述目标电池包为所述M个电池包中电量最多的电池包，或者，所述目标电池包为所述M个电池包电量大于第二电量值且支持快速充电的电池包。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及控制所述目标DC-AC充电模块以所述目标电池包所能承受的最大功率对所述目标电池包进行快速充电，包括：
通过所述开关器件将目标电池包连接目标DC-AC充电模块，以及将断开所述目标DC-AC充电模块与另外a-1个电池包的连接，并控制所述目标DC-AC充电模块以目标电池所能承受的最大功率对所述目标电池进行快速充电。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述目标DC-AC充电模块与母线断开连接时，控制所述M个电池包中除所述目标电池包的其他任意电池包实现对所述目标电池包的快速充电。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，任一个所述电池包中包括多个电池单元；所述方法还包括：
在所述电池电量大于所述第一电量值，和/或，所述M个电池包存在满电电池包的情况下，为任一个所述DC-AC充电模块配置第一功率，使得所述任一个DC-AC充电模块通过所述第一功率为所述a个并联的电池包充电，其中，所述第一功率与所述a个并联的电池包中各自的电池单元的电量有关。
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