电动车充电站规划及运营模式方案
1 引言
面临能源和环境的巨大压力，人们在不断地寻求清洁的代用燃料，以改善日益恶化的交通排放现状，电动汽车逐渐成为各国政府和汽车制造商关注的焦点。在国内，电动汽车充电的技术和设备也在不断的发展，取得了很大的成就[1]。奥运临近，我国在奥运工程建设中始终把可持续发展理念放在首位，减少能源和资源消耗，争取把2008年北京奥运会办成真正的绿奥运会。为此，由北京市科委立项，北京市公交总公司作为业主，投入50辆纯电动公交车，并配套建设一个地面充电站，为奥运场馆及相关设施服务。
面临能源和环境的巨大压力，人们在不断地寻求清洁的代用燃料，以改善日益恶化的交通排放现状，电动汽车逐渐成为各国政府和汽车制造商关注的焦点。在国内，电动汽车充电的技术和设备也在不断的发展，取得了很大的成就[1]。奥运临近，我国在奥运工程建设中始终把可持续发展理念放在首位，减少能源和资源消耗，争取把2008年北京奥运会办成真正的绿奥运会。为此，由北京市科委立项，北京市公交总公司作为业主，投入50辆纯电动公交车，并配套建设一个地面充电站，为奥运场馆及相关设施服务。
2 充电站地点及整体结构
经业主及相关主管部门多次讨论研究，充电站地点及结构已确定，位置的选择参见图1。电动汽车电池的充电采用集中充电和应急充电相接合的充电模式。大规模的充电设施不需要安置在空间比较紧张的奥运村中心区，而只预留两台应急充电机，这样既可以减小安全隐患，也可以降低建设成本。集中充电区建设在离奥运中心区比较合适的距离外（如10km远），车辆到集中充电区更换电池，同时集中充电区配备适当的电池维护设备[2]。应急充电区建设在
经业主及相关主管部门多次讨论研究，充电站地点及结构已确定，位置的选择参见图1。电动汽车电池的充电采用集中充电和应急充电相接合的充电模式。大规模的充电设施不需要安置在空间比较紧张的奥运村中心区，而只预留两台应急充电机，这样既可以减小安全隐患，也可以降低建设成本。集中充电区建设在离奥运中心区比较合适的距离外（如10km远），车辆到集中充电区更换电池，同时集中充电区配备适当的电池维护设备[2]。应急充电区建设在
奥运中心区，建造两台充电机，便于车辆运行中应急情况下的补充充电，也具有一定的显示度。充电站地点最终选择在熊猫环岛附近。
图1 充电站位置
图2 充电站3维效果图
充电站的主体是一封闭式充电间，如图3所示，充电间的主要部分及功能如下：
图3 充电站平面剖视图
(1) 配电站
充电站的配电站包括高压配电和照明及其它用电配电两部分。前者将10KV供电电网通过变压器等设备供给充电机充电；后者用于满足照明、控制设备的供电。配电站配备计量设
备，计量输入电量。
(2)监控室
监控室用于监控充电机的运行情况、数据库管理、报表打印等。
(3)充电机
充电机完成电池能量的补给。既可以满足应急性整车充电要求，也支持日常地面补充充电。
(4)充电平台
用于摆放卸载下来的电池。内有充电插座、电池管理系统供电、电池管理系统内部网络、与充电机之间的通讯网络等接口。
(5)电池更换库
充满电的电池箱按车辆编组完毕后，放于电池更换库，车辆卸载完毕电池之后，从这里领取电池装车。
深圳汽车网 (6)维护车间
维护车间包括筛选和维护、充电间以及备用电池库。电池进入维护车间后，首先进行电池的筛选，确定电池的好坏。不能使用的电池进行恰当处理，避免污染环境；可以继续使
(2)监控室
监控室用于监控充电机的运行情况、数据库管理、报表打印等。
(3)充电机
充电机完成电池能量的补给。既可以满足应急性整车充电要求，也支持日常地面补充充电。
(4)充电平台
用于摆放卸载下来的电池。内有充电插座、电池管理系统供电、电池管理系统内部网络、与充电机之间的通讯网络等接口。
(5)电池更换库
充满电的电池箱按车辆编组完毕后，放于电池更换库，车辆卸载完毕电池之后，从这里领取电池装车。
深圳汽车网 (6)维护车间
维护车间包括筛选和维护、充电间以及备用电池库。电池进入维护车间后，首先进行电池的筛选，确定电池的好坏。不能使用的电池进行恰当处理，避免污染环境；可以继续使
用的电池进行维护和活化。维护完的电池送充电间充满电后，进行装箱，为编组准备电池。
(7)更换电池区
需要更换电池的车辆进入更换电池区进行电池更换。更换电池区是更换电池的场所。另外，需要应急充电的车辆也停靠在更换电池区，通过充电延长线引到车上，进行补电。
(7)更换电池区
需要更换电池的车辆进入更换电池区进行电池更换。更换电池区是更换电池的场所。另外，需要应急充电的车辆也停靠在更换电池区，通过充电延长线引到车上，进行补电。
3 充电站运作流程
充电站的总体运作原理为：需要更换电池的车辆进站后驶入更换电池区，进行故障诊断，出具故障诊断报告，然后更换上更换电池库的整组电池，最后回停车区。更换下来的电池按有无故障就地分离，故障电池送维护车间，无故障电池送充电区。充电区充满电后就地编组，所缺电池箱到维护车间的备用电池库补齐后按车为单位送更换电池库。车上卸载下来的故障电池到达维护车间后，进行筛选、维护、充电和装箱[3]。可见充电站的主要工作可以划分为4个部分：更换电池、充电、维护和电池编组。
3.1 更换电池
为了更加有效的利用电动车辆，电池日常补充充电采用地面充电的方式。电池电量不足的电动车进站后更换充满的电池。更换电池的过程要求快捷。更换电池流程图参见图2。运
充电站的总体运作原理为：需要更换电池的车辆进站后驶入更换电池区，进行故障诊断，出具故障诊断报告，然后更换上更换电池库的整组电池，最后回停车区。更换下来的电池按有无故障就地分离，故障电池送维护车间，无故障电池送充电区。充电区充满电后就地编组，所缺电池箱到维护车间的备用电池库补齐后按车为单位送更换电池库。车上卸载下来的故障电池到达维护车间后，进行筛选、维护、充电和装箱[3]。可见充电站的主要工作可以划分为4个部分：更换电池、充电、维护和电池编组。
3.1 更换电池
为了更加有效的利用电动车辆，电池日常补充充电采用地面充电的方式。电池电量不足的电动车进站后更换充满的电池。更换电池的过程要求快捷。更换电池流程图参见图2。运
营过程中，不需要更换电池的车辆到站后直接停靠停车区；需要更换电池的车辆按如下步骤更换电池：
步骤1：更换请求
为了使得更换更加快捷，需要更换电池的车辆进站之前应向站台提出电池更换请求，以便站台调度安排停车位置、通知电池更换库准备整车更换电池并运至更换电池区、准备卸载设备。
步骤2：车辆进入更换区
已经提出更换请求的车辆进站后，根据调度指令将车开到更换电池区准确位置，准备更换电池。
步骤3：故障诊断
更换电池前，必须仔细翻阅车载监控装置故障记录，检查车辆电池在运营过程中是否故障。如果有故障记录，则记录故障信息（包括故障位置和类型）。然后清除故障记录。
步骤4：更换电池
首先断开整车的高低压供电，然后才能卸载电池。卸载的时候，将故障电池和无故障电池分开摆放。卸载完毕后，将已经准备好的电池装车。
为了使得更换更加快捷，需要更换电池的车辆进站之前应向站台提出电池更换请求，以便站台调度安排停车位置、通知电池更换库准备整车更换电池并运至更换电池区、准备卸载设备。
步骤2：车辆进入更换区
已经提出更换请求的车辆进站后，根据调度指令将车开到更换电池区准确位置，准备更换电池。
步骤3：故障诊断
更换电池前，必须仔细翻阅车载监控装置故障记录，检查车辆电池在运营过程中是否故障。如果有故障记录，则记录故障信息（包括故障位置和类型）。然后清除故障记录。
步骤4：更换电池
首先断开整车的高低压供电，然后才能卸载电池。卸载的时候，将故障电池和无故障电池分开摆放。卸载完毕后，将已经准备好的电池装车。
步骤5：故障诊断
接通整车的高低压供电，再进行一次故障诊断，确保更换完电池之后整车运行正常后将车驶出更换电池区，转到步骤7。如果仍然出现故障，转到步骤6。
步骤6：故障排除
仔细阅读车载监控的故障诊断结果，查故障原因。
（1）可立即排除的故障。如连接线未接通等可立即排除的故障，立即排除；然后转到第5 步。
（2）属于电池箱内部故障，则通知备用电池库所需电池箱的类型和编号以及车辆位置、记录故障信息（包括故障位置和类型）。然后清除故障记录。收到备用电池库的电池后，返回第4步。
步骤7：更换后处理
对于故障电池箱，将故障电池和故障信息一并送维护车间；无故障的电池箱送充电区充电。
3.2 电池充电
充电部分主要是有效完成电池的能量补给。要求既可以满足应急性整车充电要求，也支
接通整车的高低压供电，再进行一次故障诊断，确保更换完电池之后整车运行正常后将车驶出更换电池区，转到步骤7。如果仍然出现故障，转到步骤6。
步骤6：故障排除
仔细阅读车载监控的故障诊断结果，查故障原因。
（1）可立即排除的故障。如连接线未接通等可立即排除的故障，立即排除；然后转到第5 步。
（2）属于电池箱内部故障，则通知备用电池库所需电池箱的类型和编号以及车辆位置、记录故障信息（包括故障位置和类型）。然后清除故障记录。收到备用电池库的电池后，返回第4步。
步骤7：更换后处理
对于故障电池箱，将故障电池和故障信息一并送维护车间；无故障的电池箱送充电区充电。
3.2 电池充电
充电部分主要是有效完成电池的能量补给。要求既可以满足应急性整车充电要求，也支
持日常地面补充充电。
3.3 电池维护
维护的主要任务如图5所示，是将运营过程中的故障电池进行维护和挑选。挑选完成后，不能再使用的电池进行妥善处理，能用的电池作必要的维护后充满电，以电池单体的形式送备用电池库。
3.3 电池维护
维护的主要任务如图5所示，是将运营过程中的故障电池进行维护和挑选。挑选完成后，不能再使用的电池进行妥善处理，能用的电池作必要的维护后充满电，以电池单体的形式送备用电池库。
图4 更换电池流程图
图5 电池维护运作流程
3.4 电池编组
电池编组完成按整车为单位准备出电池。编组完毕的电池（包括电池管理系统以及电池自身完全正常，电池箱编号完毕）可以直接更换到电动车辆上。
电池编组在如下几个地方实现：
(1) 充电平台
充电机结束后，就地编组，不足的电池箱从备用电池库补齐，利用充电平台诊断电池及其管理系统，确保送往电池更换库的电池和电池管理系统无故障后，送电池更换库。
(2) 电池更换库
备用电池库的电池具有编组能力的时候（备用电池数量较多，达到整车数量），对电池箱进行编组，诊断无故障后，送电池更换库。
3.5 整个充电站运作流程图
综合上述四个部分的工作，得到整个充电站运作流程图参见图6。
(2) 电池更换库
备用电池库的电池具有编组能力的时候（备用电池数量较多，达到整车数量），对电池箱进行编组，诊断无故障后，送电池更换库。
3.5 整个充电站运作流程图
综合上述四个部分的工作，得到整个充电站运作流程图参见图6。
图6 充电站整体运作模式流程图
4 结束语
经相关主管部门审批，及多次会议讨论并征求专家及业主意见，该运营方案现已大致敲定，各方面准备工作已进入具体实施阶段。到07年7月为止，50辆电动车中已有7辆在北京通州区试运行，充电机等相关电气设备的样机均以成型，充电站的施工建设预计在07年年底至08年初完成，之后按照此方案投入试运营。
经相关主管部门审批，及多次会议讨论并征求专家及业主意见，该运营方案现已大致敲定，各方面准备工作已进入具体实施阶段。到07年7月为止，50辆电动车中已有7辆在北京通州区试运行，充电机等相关电气设备的样机均以成型，充电站的施工建设预计在07年年底至08年初完成，之后按照此方案投入试运营。
作者简介
张维戈 男 北京交通大学电气工程学院副教授 研究方向：电力电子技术，微机测控技术。
张维戈 男 北京交通大学电气工程学院副教授 研究方向：电力电子技术，微机测控技术。
参考文献
[1] 吴智强. 基于嵌入式实时操作系统的电动汽车充电站网络监控系统的研究. 北京:北京交通大学,2007
[2] 王云燕. 电动汽车充电站管理系统. 微机发展,2005,15(11):57-59
[3] 王健. 电动汽车充电站信息管理系统的设计与实现. 微计算机信息,2006,22(5):16-17
[1] 吴智强. 基于嵌入式实时操作系统的电动汽车充电站网络监控系统的研究. 北京:北京交通大学,2007
[2] 王云燕. 电动汽车充电站管理系统. 微机发展,2005,15(11):57-59
[3] 王健. 电动汽车充电站信息管理系统的设计与实现. 微计算机信息,2006,22(5):16-17
充电场站建设遇到难题
作者：王健
据深圳市发改委透露，至2012年，深圳将推出2.4万辆新能源汽车，其中公交车4000辆（3000辆混合动力客车、1000辆纯电动公交车)。
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