中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：充換電站怎樣才有“高智商”？有了“高智商”的充換電站能做什么？國(guó)家電網(wǎng)許繼集團(tuán)有限公司（文內(nèi)稱(chēng)“許繼集團(tuán)”）牽頭完成的“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目給出了自己的答案。項(xiàng)目組研發(fā)出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成套智能充換電設(shè)備，包括電池循環(huán)壽命提升技術(shù)、通用快換電池箱技術(shù)、充換儲(chǔ)放一體化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控技術(shù)等。項(xiàng)目的5個(gè)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，也為電動(dòng)汽車(chē)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定了更加廣泛的實(shí)用化基礎(chǔ)。
利用電池“剩余價(jià)值”
不能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)要求的動(dòng)力蓄電池，在一定條件下可以作為儲(chǔ)能蓄電池來(lái)利用，或作為低速電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力源。不能再繼續(xù)使用后，才會(huì)被回收、拆解、再生。
在日常生活中，會(huì)過(guò)日子的主婦常常會(huì)把電池“多用”：兒童玩具用過(guò)的電池，可以再裝在鬧鐘、遙控器里。作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件之一，成本相對(duì)較高的電池如何得到充分的利用，也是“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目組關(guān)心的問(wèn)題。
陳天錦是許繼集團(tuán)電動(dòng)汽車(chē)充換電事業(yè)部總工程師，也是該項(xiàng)目的參與者。陳天錦介紹，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池有一定使用壽命。以鋰離子蓄電池為例，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的是，當(dāng)電池只能充滿(mǎn)原有電容量80%的時(shí)候，就不再適合繼續(xù)在電動(dòng)汽車(chē)上作為動(dòng)力電池使用，這個(gè)時(shí)間為5年左右?！叭绻苯訄?bào)廢、回收處理，顯然不能實(shí)現(xiàn)物盡其用，后來(lái)我們就研究，從電動(dòng)汽車(chē)上退下來(lái)的動(dòng)力蓄電池，能不能在其他地方繼續(xù)發(fā)揮作用，或者能否延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用時(shí)間。”陳天錦說(shuō)。
在研究動(dòng)力電池的損耗規(guī)律后，項(xiàng)目組提出對(duì)電動(dòng)汽車(chē)廢舊動(dòng)力蓄電池的“梯次利用”。不能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)要求的動(dòng)力蓄電池，在外觀(guān)完好、沒(méi)有破損、各功能元件有效的情況下，可以作為儲(chǔ)能蓄電池來(lái)利用，或作為電動(dòng)場(chǎng)地車(chē)等低速電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力源。當(dāng)動(dòng)力蓄電池在這些場(chǎng)合使用一段時(shí)間不能再繼續(xù)使用后，才會(huì)被成批回收、拆解、再生。
理念簡(jiǎn)單，但需要一整套的系統(tǒng)來(lái)支持。項(xiàng)目組研發(fā)出“電動(dòng)汽車(chē)充換電站充換儲(chǔ)放一體化系統(tǒng)”，利用雙向的智能化充放電裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的充放儲(chǔ)一體化控制。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組依據(jù)電動(dòng)汽車(chē)行駛需求和動(dòng)力電池充放電特性，建立動(dòng)力電池在包括電動(dòng)汽車(chē)、不間斷電源、儲(chǔ)能等不同應(yīng)用場(chǎng)景的梯次利用策略，使動(dòng)力電池使用效率最大化。這套系統(tǒng)和對(duì)電池的梯次利用，使得如今電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池剩余容量的要求，由80%降低到60%，動(dòng)力電池使用成本降低50%。
設(shè)備自己上報(bào)狀態(tài)
無(wú)線(xiàn)射頻、紅外感應(yīng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，將具有身份標(biāo)識(shí)的電動(dòng)汽車(chē)、動(dòng)力電池、充電設(shè)施、換電設(shè)備等相關(guān)主體互聯(lián)，讓它們可以主動(dòng)將狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中。
根據(jù)電池的“梯次利用”方案，在電池只能充滿(mǎn)原有電容量80%甚至于60%時(shí)，會(huì)被用在其他地方，那么我們首先必須知道，電池的狀態(tài)何時(shí)已達(dá)到了從電動(dòng)汽車(chē)上退役的標(biāo)準(zhǔn)。
一個(gè)充換電站有幾百、幾千個(gè)電池，依次一一檢測(cè)并不容易，這就需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了。
許繼集團(tuán)技術(shù)中心工程師李洪峰介紹說(shuō)，應(yīng)用“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目成果的充換電站，采用無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，通過(guò)部署于車(chē)輛和電池箱上的電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)身份標(biāo)識(shí)與自動(dòng)感知。
利用網(wǎng)絡(luò)化的信息臺(tái)賬、充電過(guò)程中的自動(dòng)故障檢測(cè)、配送過(guò)程的追蹤與追溯等手段，充換電站可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、充電、換電、使用、配送、檢修、維護(hù)、報(bào)廢等全壽命周期管理。通過(guò)這套系統(tǒng)，一旦有電池不再適于在電動(dòng)汽車(chē)上使用，它自己就會(huì)“告訴”系統(tǒng)，十分快捷、準(zhǔn)確。
同時(shí)，項(xiàng)目組研發(fā)了電池物流調(diào)配的自動(dòng)優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，以及衍生出的一體化調(diào)度的輔助決策算法。在電池終端的自動(dòng)識(shí)別、出入庫(kù)管理、遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮電池配送站配送能力、充換電站的需求、充電中心的充電能力，交通運(yùn)行狀況等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行一體化協(xié)同調(diào)度。
當(dāng)然，項(xiàng)目所應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可不僅是電池感知這一點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)射頻、紅外感應(yīng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，將具有身份標(biāo)識(shí)的電動(dòng)汽車(chē)、動(dòng)力電池、充電設(shè)施、換電設(shè)備等相關(guān)主體互聯(lián)，讓它們自己將狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中，一目了然。
機(jī)器人幫咱換電池
只要把車(chē)開(kāi)進(jìn)換電車(chē)道，剩下的就交給換電機(jī)器人吧。換電機(jī)器人遵循智能、高效、便捷、安全的設(shè)計(jì)原則，一次可以更換4箱電池，能夠在短時(shí)間完成換電。
2011年7月11日，薛家島智能充換儲(chǔ)放一體化示范電站（下稱(chēng)“薛家島站”）投入試運(yùn)行。這座位于山東省青島市膠州灣海底隧道黃島側(cè)出口的充換電站，應(yīng)用了“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目成果，主要為電動(dòng)公交車(chē)提供充換電服務(wù)。司機(jī)將車(chē)開(kāi)進(jìn)換電車(chē)道，剩下的交給換電機(jī)器人就可以了。
“在運(yùn)行過(guò)程中，換電工位無(wú)需人工干預(yù)，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的電池更換?！痹S繼電源公司總工程師董新生介紹說(shuō)，項(xiàng)目組研發(fā)出的換電機(jī)器人，遵循智能、高效、便捷、安全的設(shè)計(jì)原則，整個(gè)換電過(guò)程由兩部分組成，分別是全過(guò)程車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)和全自動(dòng)無(wú)人換電系統(tǒng)。
全過(guò)程車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)是由物聯(lián)網(wǎng)感知導(dǎo)引系統(tǒng)和地面導(dǎo)引系統(tǒng)組成。當(dāng)車(chē)輛駛?cè)霌Q電站入口時(shí)，它就會(huì)被射頻識(shí)別系統(tǒng)感知，系統(tǒng)就會(huì)“認(rèn)出”這輛車(chē)的身份，后臺(tái)監(jiān)控通過(guò)對(duì)電池和工位的有序調(diào)度，用站外導(dǎo)引屏通知司機(jī)駛?cè)氲趲淄ǖ馈⒌趲坠の贿M(jìn)行換電。地面導(dǎo)引系統(tǒng)通過(guò)斑馬線(xiàn)、車(chē)道線(xiàn)、減速帶盡可能地引導(dǎo)車(chē)輛的?？孔藨B(tài)。
當(dāng)汽車(chē)?？亢螅瑩Q電操作員或司機(jī)將電池艙門(mén)打開(kāi)，然后發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)，全自動(dòng)無(wú)人換電系統(tǒng)就開(kāi)始工作。“如果今后電池艙門(mén)設(shè)計(jì)成氣動(dòng)的，艙門(mén)都不需要人去打開(kāi)，整個(gè)換電過(guò)程完全無(wú)人化。”董新生說(shuō)。
項(xiàng)目組研發(fā)出的換電機(jī)器人，有一個(gè)最大的特點(diǎn)，就是自適應(yīng)性，即換電過(guò)程對(duì)司機(jī)沒(méi)有特殊要求，對(duì)車(chē)輛?？孔藨B(tài)也沒(méi)有特殊要求。要換電的電動(dòng)汽車(chē)，每箱電池重約275公斤，在抽取和放置電池的過(guò)程中，車(chē)身會(huì)上下浮動(dòng)。換電機(jī)器人利用高速機(jī)械視覺(jué)定位系統(tǒng)和換電架隨動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠自己調(diào)整電池架來(lái)適應(yīng)這種浮動(dòng)，保證精準(zhǔn)換電。
為保證電池箱在車(chē)載電池艙和電池架之間的可靠鎖止和可靠抓取，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)出一套獨(dú)特的全機(jī)械推拉鎖止機(jī)構(gòu)，保證電池箱不會(huì)從車(chē)上摔出和脫落。
另外，換電機(jī)器人采用“多箱批量作業(yè)”方式，一次可以更換4箱電池，能夠在短時(shí)間完成換電。以薛家島站為例，每輛公交車(chē)的換電時(shí)間為6~8分鐘?！半姵叵鋼Q電機(jī)器人完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利29項(xiàng)?！倍律f(shuō)。
智能調(diào)度，充電不用排隊(duì)
通過(guò)智能調(diào)度，能夠使充換電站在降低電池備用數(shù)量的同時(shí)，提高充換電站設(shè)施使用效率，實(shí)現(xiàn)充換電站運(yùn)行管理系統(tǒng)與公交運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的有效互動(dòng)和信息共享。
司機(jī)們一定碰到過(guò)這樣的情況——同一家加油站，有時(shí)候排長(zhǎng)隊(duì)，有時(shí)候卻空無(wú)一車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)充換電站也會(huì)遇到這種情況。為充分利用充換電站的資源，“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目研發(fā)人員在充換電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“物物相連”的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出智能運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)。
李洪峰介紹說(shuō)，智能運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)，是通過(guò)研究充換電站與電動(dòng)公交公司的運(yùn)行模型，在兩個(gè)運(yùn)行管理系統(tǒng)之間進(jìn)行有效、及時(shí)的信息互動(dòng)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)力電池充放電特性、換電站工況等相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施綜合處理，通過(guò)必要的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)公交車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)充換電站的高效有序運(yùn)行。這就能夠使充換電站在降低電池備用數(shù)量的同時(shí)，提高充換電站設(shè)施使用效率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充換電站運(yùn)行管理系統(tǒng)與公交運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的有效互動(dòng)和信息共享。
城市的交通狀況隨時(shí)在變，即使有固定路線(xiàn)、固定發(fā)車(chē)時(shí)間的公交車(chē)，也不能保證每次進(jìn)入充換電站的時(shí)間有規(guī)律，更不用說(shuō)普通的乘用車(chē)，它們運(yùn)行的隨機(jī)性很強(qiáng)，這就意味著會(huì)有扎堆充換電的可能。
怎樣消除這種不確定性呢？項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)研究后，選擇采用隨機(jī)建模分析及隨機(jī)動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略，描述電動(dòng)車(chē)輛的不確定性動(dòng)態(tài)行為，包括動(dòng)力電池的變化過(guò)程、電動(dòng)車(chē)輛始發(fā)及回站時(shí)間、動(dòng)力電池箱換電需求量等，通過(guò)與電網(wǎng)供給能力和動(dòng)力電池充放電特性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一體化站的各種運(yùn)營(yíng)和調(diào)度策略評(píng)估，指導(dǎo)一體化站內(nèi)電池箱的有序充電及換電過(guò)程的運(yùn)營(yíng)調(diào)度。
因此，在應(yīng)用該系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)充換電站，你既不會(huì)看到排著長(zhǎng)龍的汽車(chē)等待換電，也不會(huì)看到充換電站長(zhǎng)時(shí)間空置的狀態(tài)，提高了充換電站的效率。
讓充換電站形成網(wǎng)絡(luò)
跨區(qū)域、全覆蓋、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，其合理布局能夠增大電動(dòng)汽車(chē)行駛范圍，讓駕乘人員不必再時(shí)刻擔(dān)心電池電量，過(guò)足駕乘癮。
如果要時(shí)刻盤(pán)算著剩余電量能不能撐到充換電站，不敢長(zhǎng)距離出行，那駕乘電動(dòng)汽車(chē)可真不過(guò)癮。
解決這個(gè)問(wèn)題其實(shí)不難：讓充換電站形成服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)到哪都可以充換電。董新生介紹說(shuō)，一個(gè)合理布局的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的普及，這不僅將改變現(xiàn)有的化石能源消費(fèi)格局，還將成為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，同時(shí)作為一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，為風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源的消納提供平臺(tái)。他特別介紹了青島電動(dòng)汽車(chē)換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。
青島電動(dòng)汽車(chē)換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)由薛家島站、深圳路充換電站、延安路充換電站、珠江路充換電站、流清河充換電站以及萊西充換電站組成，服務(wù)公交車(chē)輛已達(dá)450輛，服務(wù)線(xiàn)路逐步跨越青島主城區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)以及萊西市。在形成換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)之前，電動(dòng)汽車(chē)要預(yù)留出返回充換電站的電量，單次換電平均運(yùn)營(yíng)行駛里程僅90公里。網(wǎng)絡(luò)形成后，電動(dòng)汽車(chē)單次換電平均運(yùn)營(yíng)行駛里程增大到150公里，最大里程達(dá)到225公里。根據(jù)規(guī)劃，青島在“十二五”末將建設(shè)公交車(chē)充換電站近20座，電動(dòng)公交車(chē)保有量預(yù)測(cè)達(dá)1500輛。
“電動(dòng)汽車(chē)充換電智能化關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項(xiàng)目組還提出由集中充電站和配送站組成的“集中充電統(tǒng)一配送方案”。集中充電站有集中充電系統(tǒng)，還配備有配送車(chē)。配送站的電池由集中充電站或充換電站配送，利用市區(qū)較小的空間建設(shè)?；蛟S，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，居民在小區(qū)門(mén)口就會(huì)看到電池配送站。
項(xiàng)目成果還以動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)、集中充電站、充換電站、配送站等相關(guān)主體的流轉(zhuǎn)為紐帶，構(gòu)建以省級(jí)數(shù)據(jù)中心為核心，包括運(yùn)營(yíng)總部、省級(jí)運(yùn)營(yíng)中心、地市級(jí)（縣區(qū)級(jí)）運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、全覆蓋，基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。一旦這種網(wǎng)絡(luò)能夠大范圍建成，電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)距離行駛就不用再擔(dān)心電池電量，人們可以過(guò)足電動(dòng)汽車(chē)駕乘癮。
