项目一 充（换）电站的认识 任务2 认识换电站 课件-《新能源汽车充电桩安装检测与维修》电子工业出版社

新能源汽车充电桩安装 检测与维修 目录 项目一 充（换）电站的认识 项目二 交流充电桩的控制与运维 项目四 充电桩的安装与测试 项目三 直流充电桩的控制与运维 项目五 充电桩常见故障的检修 《新能源汽车充电桩安装检测与维修》 项目一 充（换）电站的认识 任务2 认识换电站 【知识目标】 1.能正确叙述换电站的基本结构。 2.能简述换电站的功能组成。 3.能简述换电站的换电模式。 4.能简述换电站的分类和工作流程。 5.能简述换电站换电系统要求和换电站换电机构及换电接口要求。 6.能简述换电站电池箱检测与维护设备的要求。 7.能简述换电站监控系统的要求。 【技能目标】 能通过实车识别车载换电系统各组成部分的名称及位置，实地参观电动汽车换电站，明确换电站的换电模式。 【素养目标】 1.养成认真负责的工作态度及严谨细致的思维方式。 2.养成高压安全防护意识，规范高压安全操作行为，树立团队协作精神。 3.养成自主学习知识的能力及知识迁移的能力。 学习目标 通过本任务的学习，学生要掌握换电站的基本结构和功能组成，熟悉换电站的换电模式，换电站换电系统要求和换电站换电机构及换电接口要求，以及换电站电池箱检测与维护设备的要求；能通过实车识别车载换电系统各组成部分的名称及位置；能通过实地参观电动汽车换电站，明确换电站的分类、工作流程及换电模式。 工作任务 一、换电站的基本结构 换电站主要包括供电系统、充电系统、换电系统、监控系统、电池检测与维护系统等。电动汽车通过车载终端将电池信息、车辆地理位置、行驶计划等上传至换电站的监控系统，基于以上具体信息，监控系统可预测未来不同时段电动汽车的换电需求。综合考虑电网发送的电价、变压器的可利用容量等信息，监控系统下达具体的充放电指令到充电系统的各个充电机中，在满足电动汽车换电需求的前提下，实现换电站运营效益的最大化。换电站的基本结构如图1-2-1所示。 图1-2-1 换电站的基本结构 二、换电站的功能组成 从换电站的功能组成来看，换电站包括电池集中管理系统（Centralized Battery Manage System，CBMS）、配电网和配套设施，如图1-2-2所示。 图1-2-2 换电站的功能组成 二、换电站的功能组成 换电站的主体功能由电池集中管理系统来实现，可以细分为充电系统、电池更换系统和电池运转系统。其中，充电系统除了应具备环境控制和通信监测等功能，还应具备电池反接保护、电池过电压保护、充电模块过热保护等功能，以确保充电过程中电池的安全性。 电池集中管理系统主要负责解决群体内每一位用户的出行需求，并对所有电池进行统一的充电、维护和转运管理，以达到削峰填谷、降低成本等目的。在车辆归来时，电池集中管理系统需要做好卸下电池剩余电量的统计记录，并结合电动汽车用户出行行为的预测、当前电价、当地配电网的负荷水平等信息，对这些不同的电池荷电状态（State of Charge，SOC）的电池进行有计划的充电。 虽然用户的出行需求和归来时电池的剩余电量是一个随机行为，但在特定人群和时间、空间内对此问题进行分析，就可以对其出行行为做出较为准确实用的预测，从而做出进一步的优化充电安排。 二、换电站的功能组成 换电站的配电系统由变压器、配电箱、谐波治理设备和电缆架空线等构成，其中变压器还包括中低压开关设备、电能计量装置、无功补偿设备等辅助设备。 换电站的监控系统由监控主站、充电监控、配电监控和安防监控等构成，其功能包括对换电站的运营管理进行监控，实现换电站与运营管理系统间的数据交换等，从而保障换电站安全、可靠、经济地运行。 换电站的配套设施指值班监控房、钢结构棚及相关土建部分，为换电站的运营提供必要的场所空间。 三、换电站的换电模式 根据换电站换电模式的不同，可以将其分为三大类，分别是模块分箱换电、整体式底盘换电和换电车作业换电。前两种是换电站的主要换电模式，而第三种是换电站站外换电模式的一种补充类服务，大多用于电动汽车站外失电类故障的救援，如图1-2-3所示。 图1-2-3 换电站的换电模式 三、换电站的换电模式 对比其他两种换电模式，模块分箱换电在换电方式上更为灵活，它可以同时支持人工换电和自动化换电作业，而整体式底盘换电由于整车电池质量过大，难以进行人工换电，必须依靠机械自动化作业，因此，其适用性受到了一定的限制。从换电所需的作业时间来看，换电车作业换电的时长最长，通常在5min以上，而模块分箱换电与整体式底盘换电所需时长都比较短，平均时长为3～5min，可与燃油车平常的加油时长相媲美，这也是换电模式相较充电模式更具有未来发展空间的原因之一。同时，模块分箱换电技术可以对更小容量的电池进行维修更换等，单一电池单元的损伤对整车电池的影响得到了极大的削减，因此，该模式相较其他两类换电模式极大地延长了电池的使用寿命，降低了电池的使用成本。从车型的兼容角度来看，换电模式的能源补充方式应该更加开放，而由车企主导的整体式底盘换电模式采用的电池相对于其他车企来说属于异形电池，换电站的电池是无法通用的，这极大地浪费了换电站这一公共基础设施所占的社会资源。但采用模块分箱换电技术的车企间的标准箱电池可以使换电站在不同车企的不同车型间共用，电池可以共享。显然，基于这个层面来说，模块分箱换电更适合当下共享经济的理念，也是对社会资源的集约使用。从动力电池的梯次利用角度来看，整体式底盘换电模式会使每次降级使用过程中的改造成本过高，而模块分箱换电模式能方便快捷地改造并投入不同使用场景，实现了电池全生命周期开发利用程度的最大化。。 四、换电站的分类 按服务车型不同，换电站（见图1-2-4）一般分为综合型换电站、商用车换电站、乘用车换电站三种类型。 （1）综合型换电站：为电动商用车和电动乘用车提供服务的换电站。 （2）商用车换电站：为电动商用车提供服务的换电站。 （3）乘用车换电站：为电动乘用车提供服务的换电站。 按功能不同，换电站分为A类换电站和B类换电站两种类型。 （1）A类换电站：是指同时具备为电池充电的能力和为电动汽车用户进行电池更换能力的换电站。 （2）B类换电站：是指具备为电动汽车用户进行电池更换能力的换电站，电池在电池配送中心完成充电。 图1-2-4 电池换电站 五、换电站换电的工作流程 可以将换电站的工作流程分为以下三个主要步骤。 （1）卸电池：换电站将来车电池卸下，并对电池状态进行分析，做好检修计划和剩余电量记录。 （2）充电：根据当前站内电池的剩余电量、用户出行需要、当前电价、当地配电网负荷水平等信息，对电池充电计划进行合理安排。 （3）换电池：给即将出行的电动汽车换上充满电的电池，并收取用户相关费用。 六、车载换电系统 车载换电系统是由车辆上与换电操作或换电功能有关的部件组成的系统，简称为换电系统。车载换电系统包括换电电池包、换电接口、换电机构，以及车身与之相连接的部分，也可包括具有位置监测等功能的辅助电气装置，如图1-2-5所示。 图1-2-5 车载换电系统 七、换电站换电系统要求 （1）换电站换电系统的设计制造应满足安全、快速、可靠更换电池包的要求。 （2）换电站换电系统在设计寿命周期内应具有满足互操作性的电气、通信、热管理等功能。 （3）车辆在任何行驶模式及行驶状态下，应通过机械装置或电气监控装置保持电池包处于正常位置，可通过电池包位置、换电机构或电气接口的连接状态等电气信号监测电池包是否松动或被意外解锁。 （4）换电站换电系统如存在易损耗零部件，应在车辆使用说明书中给出易损耗零部件的范围，以及维护和更换要求。易损耗零部件在车辆制造厂规定的保养维护期内不应出现故障或失效。 （5）电池包应具备与车辆电平台相连接的功能。 八、换电站换电机构及换电接口要求 （1）换电站换电机构及换电接口表面不应有毛刺、异物、飞边及尖锐边缘。 （2）换电站换电机构及换电接口应连接牢固，并且有防止不正确耦合的结构或设计。 （3）换电站换电机构应同时具备专用装置自动解锁功能和手动解锁功能。应采用两个及两个以上的步骤解锁，过程应连续可靠，避免误操作。 （4）换电接口应具备正确的电气连接和断开顺序，避免在换电过程中出现非预期的高、低压电路导通。 （5）当冷却接口（如有）中的冷却剂意外泄漏时，不应引发换电接口绝缘故障或其他安全隐患。冷却接口及冷却系统的清洁度应满足车辆制造厂的设计要求。 九、换电站电池箱检测与维护设备的要求 （1）电池箱检测与维护设备应具备电池箱总体电压及各个单体电压、电池箱内部电芯温度、电池箱容量的检测功能。 （2）电池箱检测与维护设备应具备电池箱绝缘性能检测功能，应能检测各单体蓄电池或蓄电池模块的绝缘性能。 （3）电池箱检测与维护设备应具备电池箱内阻检测功能，应能检测各单体电池的内阻。 （4）电池箱检测与维护设备应具备电池均衡功能。 十、换电站监控系统的要求 （1）监控系统一般包括供电监控系统、充电监控系统、电池箱更换监控系统和安防监控系统等。 （2）供电监控系统应具备对供电状况、电能质量、开关状态、设备运行参数等进行监测和控制的功能。 （3）充电监控系统应具备对充电设备的运行状态和充电过程进行监测和控制的功能，以及在事故情况下的紧急处理、数据存储、显示和统计等功能。 （4）电池箱更换监控系统应具备对电池箱充电状态、电池箱更换设备运行状态及电池箱更换过程进行监测和控制的功能。 （5）安防监控系统应具有视频安防监控、入侵报警、出入口控制等功能。 （6）监控系统的实时性和可靠性应满足现场设备的安全运行要求。 （7）监控通信网络应具备良好的扩展性，使新设备的接入不会造成网络性能的明显下降。 （8）监控系统应具备与上级监控管理系统通信的功能。 （9）站内监控通信网络宜采用以太网。 （10）监控系统与站外相关系统通信宜采用专用光纤通信方式。 （11）监控系统的关键部件应采用冗余设计。 （12）监控系统与其他信息系统互联时，应采用安全可靠的隔离设施。 （13）监控系统应配备不间断电源。 十一、换电站选址原则 （1）换电站宜充分利用就近的供电、交通、消防、给排水及防排洪等公用设施，并对站区、电源进出线走廊、给排水设施、防排洪设施、进出站道路等进行合理布局、统筹安排。 （2）换电站宜靠近城市道路，不宜选在城市干道的交叉路口和交通繁忙路段附近。 （3）换电站的选址应符合防火安全的要求，不应设在有爆炸危险环境场所的正上方或正下方，应远离易燃、易爆等危险源。 （4）换电站不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。 （5）换电站不应设在有剧烈振动的场所或高温环境中。 （6）换电站不应设在地势低洼或可能积水的场所中。 1.国外换电站的发展现状 国外的典型案例是Better Place公司与以色列政府采用政企合作的模式对换电站项目进行合作运营，Better Place公司不仅在以色列经营着众多的换电站，还在丹麦、澳大利亚、日本等国家与当地政府和企业合作，大力推进换电服务，但由于当时极高的建站成本和太低的投资回报率，Better Place公司在2013年5月宣布破产，这给换电产业的发展带来了极大的打击。 此外，著名的电动汽车制造商特斯拉采用的换电模式是整车和电池捆绑销售的模式，其先进的换电技术仅耗时90s。但遗憾的是，由于换电技术涉及的产业链过于庞大，不同车型电池间的共享问题严重影响了换电站的运营效益，特斯拉无法对其进行有效整合，同样无法很好地解决换电站建设成本高、投资回报率低的问题，而且其换电服务的成本过高而不被公众所接受，特斯拉最终也宣告现阶段暂停其换电业务的发展。 十二、国内外换电站的发展现状 其他国家也对换电站的发展模型进行了各种尝试，但目前在国外市场上，插充模式仍然是主流发展模式，换电模式存在高成本的缺点，还有待更加成熟的商业发展模式来对其进行优化改造。插充模式如图1-2-6所示。 图1-2-6 插充模式 十二、国内外换电站的发展现状 十二、国内外换电站的发展现状 2.国内换电站的发展现状 在国内的换电产业的发展史中，第一次规模较大的尝试是2006年国家电网公司响应国家号召启动的换电项目。在标准箱换电技术的支撑下，国家电网公司在杭州完成了500台纯电动换电车型在出租车行业的投入使用，提出并验证了“车电分离，里程计费”的商业模式。后来，国家电网公司组织的“京沪行”活动更是将换电产业的发展推上了高潮，并于2011年首次确定了自身充换电运营模式的基本思路，即“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”，并搭载了电池均衡技术、电池自动化更换技术、电池梯次利用技术等先进的配套技术。但从2013年开始，由于无法调和车企和电网之间的矛盾，国家电网公司始终无法打破产业链之间的壁垒，国家电网公司选择了暂停新能源换电这一项目，换电产业的发展逐渐由国家电网公司主导转向车企主导，国家电网公司选择了以更加开放的态度来配合车企发展电动汽车。 在不同车企发展换电模式的过程中，可以将其分为两大类：第一类是底盘换电，其中代表性车企分别为采用上海奥动底盘换电技术的北汽新能源和新楚风，以及采用自主底盘换电技术的蔚来；第二类是模块分箱换电，其中代表性车企为采用杭州伯坦模块分箱换电技术的东风、奇瑞、众泰、大运、康迪和力帆等。从实际投放车辆数和运营里程来看，目前模块分箱换电模式占优势。 在采用底盘换电模式的车企中，较为典型的案例是北汽新能源推出的换电项目。在吸取了Better Place公司和特斯拉失败教训的基础上，北汽新能源选择首先单独在出租车这个市场里运营换电模式，而后逐步向运营型车辆和私家车过渡。北汽新能源还于2017年发布了名为“擎天柱”的计划，该计划预计到2022年，会在全国范围内投入近百亿的资金建造3000座分布式储能电站。另一个典型案例是蔚来所尝试的换电模式。不同于特斯拉汽车的电池，蔚来汽车换电将电池的所有权由个人转移到了企业，个人买车并不需要支付电池部分的价格，极大降低了用户的使用门槛，企业的盈利方式也从卖电池转变为租电池。同时，由于企业拥有个人所不具备的电池维护技术手段和退役电池的梯次回收手段，电池的使用成本大幅降低。另外，换电站的储能功能也可以在企业运营管理下得到更好的发挥，给换电企业又带来了一种盈利手段。目前这一模式的发展前景还未可知，但随着电池技术的发展、各项标准的统一和电动汽车渗透率的不断提高，这一商业模式的生存机会将会逐步提高。 十二、国内外换电站的发展现状 在采用模块分箱换电的车企中，较为有名的是力帆与盼达在汽车租赁共享领域采用的合作模式，它们利用成熟的车联网系统同时支持集中式和分布式的换电方案，给用户带来了一种方便快捷的异地用车方法。这一商业模式是对换电站发展模式的一个积极尝试，也在一定程度上取得了成功。 我国企业家们不仅在电动汽车方面进行着换电模式的积极尝试，也在尝试将其应用到电动共享单车上。由于电动共享单车所需要的换电场所小，建站成本低，用户可自行手动换电池，较为便利的同时，也将运营成本进一步降低，而且由于用户入场门槛低、基数大等优点，切实提高了电动共享单车在实际运营过程中的盈利可能性。但使用安全、舒适感和续航里程无法满足私家车用户的需求限制了电动共享单车产业的发展。同时，出于交通安全、停放秩序的考虑，电动共享单车在很多城市都面临被叫停的命运。 可以看出，换电模式的发展瓶颈不仅在于各类与之相关的技术手段的发展水平，更在于其商业模式的创新，如何处理好电动汽车产业链中政府部门、电力公司、汽车用户、换电站运营商、整车企业和电池制造商之间的矛盾，使各方都愿意参与到这一项目的发展过程中是商业模式成功的关键。 十二、国内外换电站的发展现状 谢谢聆听 $