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1、北京 2008 年奥运会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色奥运会。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
2、，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
3、，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
4、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。(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。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
5、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
6、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
7、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，查找故障原因。（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
8、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。扭障诊断充业充电平台堀齟请瑕里 換血池进更换 电葩区淮停车匡更豪业池iis独障 免醛更挾电洽调復適知电 酒更换阵址护车闻故練诊断车竝更換 电港区准备虹 Fllififfi出站车jOS记录趙障 类里山池 更换片通期备川 电也库图 4 更换电池流
9、程图阅读故障倍息送充屯间充屯故障跑池师选维护足否 故障呵用攵到电油、备用电池库洽巴处理笊备好 相应电池电池送达 维护车间准条和应 电池箱图 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
10、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。出姐逬停车区谙求里调度并遍加 电抱罡撫库故曜故晡紀录故障 类型血/是否歆障疸/是舌 Y可用竺/是否战陣整更按电迪 充电维沪 褊雜送达更祺 处准备好拥 应电池槌阻瞳断*通笳备用电池厢故障诊額更權电池钳更摂 电池区故蹲诊卷充电结耒维护车通如备用 库程备至 按电池希乐谢站前收到唯务 电池指令电池 更按嗥车进更换 电池因擀电湘运 眩更换址电池箱收釧更飛 电池扌葩维护车轲记录故障 类型帛电汕到 充电平台編细完成*备用库外埠维护利 挑选图 6 充电站整体运作模式流程
11、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。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。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,20072 王云燕 . 电动汽车充电站管理系统 . 微机发展 ,2005,15(11):57-593 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
