CN202896539U - 一种模块化箱式充换电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种模块化箱式充换电站，用于对电动汽车的电池进行更换，所述充换电站包括中心监控室1、换电机器人2和充换电箱3，所述中心监控室1监控所述充换电站，所述换电机器人2位于充换电箱3与待更换电池的电动汽车之间，对该待更换电池的电动汽车之间的电池进行更换；所述充换电箱3内部设置有电池存储架301、充电机机柜302、监控机柜303、配电机柜304、温控***305和检修通道306。本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站适应性强，配置和扩展性灵活，占地面积小，工作效率高，建设周期短，有利于大规模推广和建设，自动化程度高，设备维护量较小，结构简洁，故障率低。

Description

一种模块化箱式充换电站

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充换电技术领域，具体涉及一种模块化箱式充换电站。

背景技术

电动汽车，特别是纯电动汽车，以电力为能源，具有排放低、能量使用效率高等优点，是替代燃油汽车的主要选择。在全球能源和环境问题日益突出的形势下，发展电动汽车成为摆脱石油资源依赖、实现节能减排、缓解能源环境问题的重要途径。电动汽车上的核心技术之一就是能源储备及供给***，蓄电池的使用及快速更换技术以及电动汽车充换电站技术成为电动汽车产业化发展的关键技术。

现有技术中充换电站等服务网络基础设施建设出现的一些困难和问题，对整个运营服务网络的建设制约程度越来越大，现有技术存在的问题包括：一、城市用地紧张，电动汽车充换电站建设面临着如何尽可能缩小占地面积、提高有效利用面积、优化电动汽车服务网络规划的问题；二、电动汽车充换电站建设需历经前期的规划选址、征地报批，中期的基础建筑物建设，后期的设备安装调试等三个基本阶段，整体建设周期耗时较长；三、电动汽车动力电池受制于运行环境因素，而目前建设的充换电站电池充电存储环境均不够理想，还尚未做到良好的恒温、低湿、通风和防尘效果，动力电池长期处于较为开放的环境当中，容易受季节性因素和车辆行驶损坏站内洁净环境的影响，致使电池状态良好率较低，使用寿命较短，充放电效率不稳定。

实用新型内容

本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站，用于对电动汽车的电池进行更换，所述充换电站包括中心监控室（1）、换电机器人（2）和充换电箱（3），所述中心监控室（1）监控所述充换电站，所述换电机器人（2）位于充换电箱（3）与待更换电池的电动汽车之间，对该待更换电池的电动汽车之间的电池进行更换；所述充换电箱（3）内部设置有电池存储架（301）、充电机机柜（302）、监控机柜（303）、配电机柜（304）、温控***（305）和检修通道（306）；所述电池存储架（301）用于存放电池；所述充电机机柜（302）用于对所述电池存储架（301）上放置的电池进行充电；所述监控机柜（303）监控所述充换电箱（3）的内部运行情况。

本实用新型提供的第一优选实施例中：所述充换电箱（3）的箱体由六面体框架加板材构成或者由标准工业箱体改装而成，所述充换电箱（3）的上面、后面和两个侧面均设置有保温层。

本实用新型提供的第二优选实施例中：所述电池存储架（301）为长方体形框架结构，平行设置于所述检修通道（306）的一侧，所述充电机机柜（302）、监控机柜（303）和配电机柜（304）位于一排，平行设置于所述检修通道（306）的另一侧。

本实用新型提供的第三优选实施例中：所述充换电箱（3）内的所述充电机机柜（302）每两个一组，背靠背相隔一定距离设置；所述温控***（305）包括空调、风机（307）、风机风罩（308）和隔板（309）；

所述空调设置在所述检修通道（306）的上方，所述风机（307）设置在两个一组的充电机机柜（302）之间上方，所述两个充电机机柜（302）之间的空间通过位于上方的风机风罩（308）和位于前面和后面的隔板（309）与所述充换电箱（3）的箱体内部环境隔离；

所述充电机机柜（302）的上方设有可切换风道的风道挡板；

所述充电机机柜302里的充电机发出的热量排放到所述两个充电机机柜（302）之间的空间，当外界温度大于30℃时，热量通过风机（307）排出所述充换电箱（3）的箱体外，所述空调通过风道将冷风送入所述电池存储架（301）和充电机机柜（302）的底部；

当外界温度小于0℃时，所述充电机机柜302里的充电机发出的热量通过风机（307）吹入所述充换电箱（3）箱体中；

所述温控***的启停通过中心监控室（1）自动进行或人工控制。

本实用新型提供的第四优选实施例中：所述充电机机柜（302）和电池存储架（301）之间设置的检修通道（306）为可活动地板，所述可活动地板相对地面有一定高度，所述检修通道（306）的下方设置有用于走线的走线槽（310），所述走线槽（310）覆盖有多块绝缘处理后的板材。

本实用新型提供的第五优选实施例中：所述电池存储架（301）上设置有一个以上电池维护仓位（311），所述充换电箱（3）箱体内布置有与所述电池维护仓位（311）相连的均衡***机柜（312），所述换电机器人（2）将需要维护的电池取下装入所述电池维护仓位（311），通过所述均衡***机柜（312）对所述需要维护的电池进行维护。

本实用新型提供的第六优选实施例中：所述电池存储架（301）的电池仓位靠近所述换电机器人（2）一侧均设置有隔热面板（313），所述隔热面板（313）通过弹簧轴（314）与电池仓位窗口的上沿固定，带扭簧的翻转，防虫防尘并且有利于保持整个充换电箱（3）内部的温度。

本实用新型提供的第七优选实施例中：所述监控机柜（303）中的工业计算机通过本地工业以太网、网络交换机、CANet转换器、串口服务器与所述充电机机柜（302）中的其他设备连接，构成箱内智能监控***；控制整个充换电箱（3）内的温度和湿度在合适的范围内，控制换电机器人（2）对电池箱的取放，为电动汽车更换电池，对电池箱进行维护。

本实用新型提供的第八优选实施例中所述充换电站采用功能区模块化布置，还包括均采用标准箱体布置的备品库（4）、箱式变电站（5）、结算办公室（6）和更换车道。

本实用新型提供的第九优选实施例中：所述更换车道的上方布置有简易式桁架结构的罩棚或者采用永久建筑。

本实用新型提供的第十优选实施例中：所述箱式变电站（5）控制的供配电***设置有电能监控管理***，包括10kV配电综合保护***、低压智能仪表监控***、充电机监控***，全面监视本工程高低压***的供电运行情况。

本实用新型提供的第十一优选实施例中：所述中心监控室（1）控制的站级运行管理***建立在统一的管理信息***平台之上，采用分布式结构，具有配电监控、充电存储监控、电池更换调度管理、计量计费、安全防护、电池维护管理等功能于一体，并具备与上级运营及营销结算***接口能力；

所述充换电箱(3)箱内的监控机柜(303)控制的监控***为所述站级运行管理***的一个分支，统一管理控制智能充电箱箱内各设施，并与本侧电池更换设备进行信息沟通。

本实用新型提供的第十二优选实施例中：所述充换电站还包括相关配套设施，所述相关配套设施包括照明设备、箱体保温层、给排水***、消防设施；

所述照明设备包括由控制中心进行遥控开闭的正常照明和事故照明；

所述消防设施包括消防给水和灭火设施、火灾自动报警***。

本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站的有益效果包括：

1、本实用新型提供的模块化箱式充换电站***适应性强，配置和扩展性灵活，占地面积小，工作效率高，建设周期短，有利于大规模推广和建设，***自动化程度高，设备维护量较小，设备结构简洁，故障率低；

2、本实用新型提供的模块化箱式充换电站电池库与室外连通环节少，并辅以自动化温/湿度控制手段，有效杜绝了温度、灰尘等环境因素对电池充电/存储的不利影响；

3、本实用新型提供的模块化箱式充换电站具备工厂联合调试能力，可有效保障产品质量和***运行可靠性；

4、本实用新型提供的模块化箱式充换电站的箱体可以使用现有的箱体改装，也可以由现有板材加工后拼接，构成灵活，成本低廉，并且还可以根据充换电站的规模和功能需要，自由组合，节约设计和施工的周期；

5、本实用新型提供的模块化箱式充换电站的智能充电箱内部布局合理，专门留出的检修通道既可以方便检查维修，通道底部抬高一定距离，由多块可以活动的经过绝缘处理的板材铺装，还可以方便走线的施工，也便于检查更换线路，简化了施工工艺，以减少了施工强度和施工时间；

6、本实用新型提供的模块化箱式充换电站的智能充电箱内布置的工业空调可以制冷，轴流风机可以排热，两机柜之间的隔板和风罩则很好的将有限的空间分割成一个散热的循环通道，最大效率的对充电机进行散热；

7、本实用新型提供的模块化箱式充换电站箱体外设置了多块可以方便拆卸的保温层，有利于箱内的热管理，也方便运输；

8、本实用新型提供的模块化箱式充换电站由于设计了箱外保温层，在冬季箱内温度较低的情况下，通过对空调和风机的控制可以充分利用充电机热量提高箱内温度，使得电池可以快速的在理想的温度下进行充电和维护，对夏季的散热也起到很好的维持作用；

9、本实用新型提供的模块化箱式充换电站智能充电箱预留了电池维护仓位，可以方便快捷的对电池进行均衡性维护；

10、本实用新型提供的模块化箱式充换电站设置在电池仓窗口的挡板可以在不影响电池箱取放的情况下对整个充换电站进行隔热、防尘和防虫保护，结构简单，无须维护。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的内部结构俯视图；

图3为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的局部结构内视图；

图4为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的局部结构俯视图；

图5为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的内部结构右视图；

图6为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的局部立体结构示意图；

图7为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的正视图；

图8为本实用新型提供的一种电池存储架的内部侧视图；

图9为本实用新型提供的监控机柜控制整个***的结构示意图；

图10为本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站的实施例的结构示意图；

图中；1为中心监控室；2为换电机器人；3为充换电箱；4为备品库；5为箱式变压器；6为结算办公室；301为电池存储架；302为充电机机柜；303为监控机柜；304为配电机柜；305为温控***；306为检修通道；307风机；308为风机风罩；309为隔板；310为走线槽；311为电池维护仓位；312为均衡***机柜；313为隔热面板；314为弹簧轴。

具体实施方式

本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站，该充换电站包括中心监控室1、换电机器人2和充换电箱3，该中心监控室1监控整个充换电站，换电机器人2位于充换电箱3和待更换电池的电动汽车之间，对该待更换电池的电动汽车之间的电池进行更换。

如图1为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的整体结构示意图，充换电箱3的箱体的板由六面体框架构成或者由标准工业箱体改装而成，箱体外侧除智能充电箱电池一侧和底部外设置有保温层。

充换电箱3由多块可拆卸的经过保温处理的活动板固定以标准箱体为设计载体时，在箱体的基础上进行改装和喷涂，加装保温层、嵌入电池存储架301以及对箱体做密封处理。

如图2所示为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的内部结构俯视图，由图2可知，该充换电箱3内部设置有电池存储架301、充电机机柜302、监控机柜303、配电机柜304、温控***305和检修通道306。

电池存储架301为长方体形框架结构，用于存放电池，换电机器人2从该电池存储架301上将充好电的电池取下将电动汽车的待更换电池更换下来，充电机机柜302对电动汽车更换下来的电池进行充电，该框架结构的电池存储架301平行设置于检修通道306的一侧，充电机机柜302、监控机柜303和配电机柜304位于一排，平行设置于检修通道306的另一侧，监控机柜303控制温控***305以及充换电箱箱体内的各个设施，实现温度控制和数据实时上传。

如图3、图4、图5和图6所示分别为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的局部结构内视图、局部结构俯视图、内部结构右视图和局部立体结构示意图，由图3、图4和图6可知，温控***305包括空调、风机（307）、风机风罩（308）和隔板（309），这几部分协同工作，使箱体内的温度保持在电池适宜充电和存放的温度范围内。

充换电箱3内的充电机机柜302每两个一组，背靠背相隔一定距离设置，两个一组的充电机机柜302之间上方设置有风机307，两个充电机机柜302之间的空间通过位于上方的风机风罩308和位于前面和后面的隔板309与充换电箱3的箱体内部环境隔离，充电机机柜302的上方设有可切换风道的风道挡板。

于充电机的发热量较大，所以外界温度较高在高于30摄氏度以上时，所述充电机机柜302里的充电机发出的热量排放到所述两个充电机机柜302之间的空间，通过风机307排出所述充换电箱3的箱体外，所述空调通过风道将冷风送入所述电池存储架301和充电机机柜302的底部。

外界温度较低在0摄氏度以下时，空调又不能制热，充电机的发热量必须回收利用，充电机机柜302里的充电机发出的热量排放到所述两个充电机机柜302之间的空间，通过风机307吹入所述充换电箱3箱体中，以保证充电箱内部温度适宜电池充电和存放。

由图3、图5和图6可知，充电机机柜302和电池存储架301之间设置的检修通道306为可活动地板，该可活动地板抬高一定的高度，检修通道306的下方设置有用于走线的走线槽310，该走线槽310以多块绝缘处理后的板材覆盖。

如图7为本实用新型提供的一种充换电箱的实施例的正视图，由图7可知，电池存储架301上设置有至少一个带有均衡功能的电池维护仓位311，充换电箱3箱体内布置有均衡***机柜312，该电池维护仓位311与均衡***机柜相连，由换电机器人2将需要维护的电池取下装入该电池维护仓位311，然后通过设置在后方的均衡***机柜312对其进行维护。

如图8为本实用新型的电池存储架的内部侧视图，由图8可知，电池存储架301的电池仓位靠近换电机器人2一侧的每个窗口均设置有隔热面板313，该隔热面板313具有防虫防尘功能，隔热面板313通过弹簧轴314与电池仓位窗口的上沿固定，带扭簧的翻转，不影响电池箱的取放，有利于保持整个充换电箱3内部的温度，同时提高了整个充换电箱3的保护性能。

如图9为本实用新型提供的监控机柜控制整个***的结构示意图，由图9可知，监控机柜303通过网络交换机控制连接充电机、开关采集器、温控***305、温度/湿度传感器、照明、UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）、摄像头和换电机器人2，控制整个充换电箱3内的温度和湿度在合适的范围内，维持整个充换电箱***的运行，同时控制换电机器人2对电池箱的取放，为电动汽车更换电池，对电池箱进行维护，其中，网络交换机通过CANet转换器与充电机机柜302里的充电机连接，通过串口服务器与关采集器、温控***305、温度/湿度传感器、照明和UPS连接。

本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站还可以包括备品库4、箱式变压器5和结算办公室6，中心监控室1、充换电箱3、备品库4、箱式变电站5和结算办公室6均采用标准箱体布置，充换电站的规模可以根据需要灵活组合和拼接，如图10所示为本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站的实施例的结构示意图，图10给出的一种模块化箱式充换电站的实施例种包括均采用标准箱体布置的一个中心监控室1、两台换电机器人2、两个充换电箱3、一个备品库4、一个箱式变电站5和一个结算办公室6，中心监控室1、一个充换电箱3和箱式变压器5位于更换车道的一侧，备品库4、另一个充换电箱3和结算办公室6位于更换车道的另一侧，两台换电机器人2分别位于更换车道与两个充换电箱之间，对电池箱进行更换，更换车道的上方布置罩棚，罩棚采用简易式桁架结构，建构筑物基础采用自然地基，砖砌支座；站区道路采用城市标准道路设计，布置道牙，并在一侧布置路灯，机器人轨道基础按照标准化设计，站区大门采用自动伸缩门。

箱式变电站5为整个充换电站提供进线电源，充换电站进线电源采用10kV双路供电，10kV侧采用单母线分段接线方式，或者选用就近的配电网络进行0.4kV馈线电源供给，站用电源由0.4kV母线供电，设置双回路供电，取自不同母线，通过交流配电箱分配给站内照明、空调、风机、插座等设备供电。

箱式变电站5控制充换电箱3形成的整个供配电***包括开关，供电变压器，中、低压配电柜，有源滤波柜等。其中供电变压器为带保护罩的低损耗、节能型干式变压器；高压开关柜选用金属铠装封闭型移开式开关柜并内置固封极柱式真空断路器、便于维护的模块化分合闸操作机构；低压开关柜选用金属封闭抽出式开关柜，部分开关设置分励脱扣器，出线采用抽屉柜，其断路器系普通塑壳断路器或框架断路器，低压开关柜所有的断路器均采用电子脱扣器。

并且供配电***设置有电能监控管理***，具体包括10kV配电综合保护***、低压智能仪表监控***、充电机监控***，全面监视本工程高低压***的供电运行情况。0.4kV接地***采用变压器中性点直接接地***，采用TN-S接地方式。

由中心监控室1控制的站级运行管理***建立在统一的管理信息***平台之上，具有配电监控、充电存储监控、电池更换调度管理、计量计费、安全防护、电池维护管理等功能于一体，并具备与上级运营及营销结算***接口能力。其中充换电箱3箱内监控机柜303控制的监控***属于站级运行管理***的一个分支，统一管理控制智能充电箱箱内各设施，并与本侧电池更换设备进行信息沟通，具有自成一体的独立更换运行能力。

站级运行管理***通过***硬件实现，***硬件由监控核心服务器、值班员工作站、分控中心工作站、10kV箱变DTU及测保、电能质量监测、计量部分、安防监视部分、更换调度管理部分、智能设备管理、GPS时钟、RFID射频装置等子设备综合形成。其中核心服务器和值班员工作站向值班运行人员提供日常运行维护的人机交互界面和存储管理运行数据，同时服务器具备向上级***进行数据交换的功能和接口，可在通过网络安全隔离之后与上级***进行信息沟通；10kV箱变DTU及测保负责换电站电源侧10kV箱变的测量、控制和继电保护功能，并通过通讯接口接入监控计算机***；计量部分用以对运营中所发生的电量进行计量，并向结算中心提供数据接口；安防监视利用网络视频探头、温烟感装置和门禁周界告警装置对全站的布点监控向值班人员提供安全防护图像及信息；更换管理监控具备集成WMS(仓储管理功能)、BMS(电池管理功能)、充电机监控功能、机器人控制功能，运用用户预先设定的管理策略和优先级对电池更换过程进行管理、监控和动作优化；智能通信装置完成与站内可通信设备接入，通过各种现场总线接口管理和控制站内各智能子设备；GPS时钟***负责向站内各模块和设备提供统一的时钟信息；RFID射频装置用于车辆进站时的识别和更换车辆自动引导。

本实用新型提供的一种模块化箱式充换电站还包括一些相关配套设施，主要指照明设备、温控***、给排水***、消防设施等，其中照明设备包括正常照明和事故照明，对监控室、配电室、充换电间、主要屋内通道装设事故应急照明，箱体内照明可由控制中心进行遥控开闭；温控***主要包括温湿度控制单元、空调***和箱体保温层，智能充电箱内采用工业空调控制箱内温度、湿度，其他监控室、备品库采用普通空调；消防设施主要包括消防给水和灭火设施、火灾自动报警***。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种模块化箱式充换电站，用于对电动汽车的电池进行更换，其特征在于，所述充换电站包括中心监控室（1）、换电机器人（2）和充换电箱（3），所述中心监控室（1）监控所述充换电站，所述换电机器人（2）位于充换电箱（3）与待更换电池的电动汽车之间，对所述待更换电池的电动汽车之间的电池进行更换； 

所述充换电箱（3）内部设置有电池存储架（301）、充电机机柜（302）、监控机柜（303）、配电机柜（304）、温控***（305）和检修通道（306）； 

所述电池存储架（301）用于存放电池； 

所述充电机机柜（302）用于对所述电池存储架（301）上放置的电池进行充电； 

所述监控机柜（303）监控所述充换电箱（3）的内部运行情况。 

2.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述充换电箱（3）的箱体由六面体框架加板材构成，所述充换电箱（3）的上面、后面和两个侧面均设置有保温层。 

3.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述电池存储架（301）为长方体形框架结构，平行设置于所述检修通道（306）的一侧，所述充电机机柜（302）、监控机柜（303）和配电机柜（304）位于一排，平行设置于所述检修通道（306）的另一侧。 

4.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述充换电箱（3）内的所述充电机机柜（302）每两个一组，背靠背相隔一定距离设置；所述温控***（305）包括空调、风机（307）、风机风罩（308）和隔板（309）； 

所述空调设置在所述检修通道（306）的上方，所述风机（307）设置在两个一组的充电机机柜（302）之间上方，所述两个充电机机柜（302）之间的空间通过位于上方的风机风罩（308）和位于前面和后面的隔板（309）与所述充换电箱（3）的箱体内部环境隔离； 

所述充电机机柜（302）的上方设有可切换风道的风道挡板； 

所述充电机机柜（302）里的充电机发出的热量排放到所述两个充电机机柜（302）之间的空间，当外界温度大于30℃时，热量通过风机（307）排出所述充换电箱（3）的箱体外，所述空调通过风道将冷风送入所述电池存储架（301）和充电机机柜（302）的底部； 

当外界温度小于0℃时，所述充电机机柜（302）里的充电机发出的热量通过风机（307）吹入所述充换电箱（3）箱体中； 

所述温控***的启停通过中心监控室（1）自动进行或人工控制。 

5.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述充电机机柜（302）和电池存储架（301）之间设置的检修通道（306）为可活动地板，所述可活动地板相对地面有一定高度，所述检修通道（306）的下方设置有用于走线的走线槽（310），所述走线槽（310）覆盖有多块绝缘处理后的板材。 

6.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述电池存储架（301）上设置有一个以上电池维护仓位（311），所述充换电箱（3）箱体内布置有与所述电池维护仓位（311）相连的均衡***机柜（312），所述换电机器人（2）将需要维护的电池取下装入所述电池维护仓位（311），通过所述均衡***机柜（312）对所述需要维护的电池进行维护。 

7.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述电池存储架（301）的电池仓位靠近所述换电机器人（2）一侧均设置有隔热面板（313），所述隔热面板（313）通过弹簧轴（314）与电池仓位窗口的上沿固定。 

8.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述监控机柜（303）中的工业计算机通过本地工业以太网、网络交换机、CANet转换器、串口服务器与所述充电机机柜（302）连接，构成箱内智能监控***；控制整个充换电箱（3）内的温度和湿度，控制换电机器人（2）对电池箱的取放，为电动汽车更换电池，对电池箱进行维护。 

9.如权利要求1所述的充换电站，其特征在于，所述充换电站采用功能区模块化布置，还包括备品库（4）、箱式变电站（5）、结算办公室（6）和更换车道。 

10.如权利要求9所述的充换电站，其特征在于，所述更换车道的上方布置有桁架结构的罩棚。 

11.如权利要求9所述的充换电站，其特征在于，所述箱式变电站（5）控制的供配电***设置有电能监控管理***，包括10kV配电综合保护***、低压智能仪表监控***、充电机监控***。 

12.如权利要求9所述的充换电站，其特征在于，所述充换电站还包括相关配套设施，所述相关配套设施包括照明设备、箱体保温层、给排水***、消防设施； 

所述照明设备包括由控制中心进行遥控开闭的正常照明和事故照明； 

所述消防设施包括消防给水和灭火设施、火灾自动报警***。 

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