基本信息
- 项目名称：
- 一种自助式智能化换电桩的解决方案
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 借鉴街头自助售货机的想法，提出了一种解决电动汽车电池充电及更换的方案，并通过演示系统验证了方案的技术可行性。该方案能智能更换电动汽车的电池，使得驾驶员能够自助更换自己汽车的电池。该演示系统更换电池的时间不超过一分钟，据此原理，实际系统换电池时间也会在两分钟以内；在极限状态下可以在6小时内充满电池，保证每天为约50辆电动汽车更换电池。电池充换机的硬件成本在2万元以内，远低于大型换电站的建设成本。
- 详细介绍：
- 本作品自助式换电站存储有六块电池（可以扩展至十二块），每一个换电桩可以对换下来的电池进行充电。由于每个换电桩只有一定数量的备换电池，所以当电池需求紧张的时候单个换电桩是没法满足需求的。我们设计的换电桩建设容易、方便，易于大范围的推广建设，这样就可以同自助式售货机一样大密度的建设。同时，借助于智能交通网络，使电动汽车可以实时获得附近换电站电池储备信息可，已选择就近的换电桩更换电池。 目前，我们设计了一套演示系统，该系统包括自动换电桩，模拟GPS导航系统以及智能电动车模型。换电桩的设计，采用槽轮结构实现换电站多个电池仓工作位置间的分度；采用滚珠丝杠结构并结合其他机械部分实现电动车换电池功能；采用双摄像头模拟GPS定位功能，上位机软件模拟导航仪搭建一套演示的智能换电池的交通系统。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的：针对目前电池动力汽车车载电池续航能力不足，电池充电时间长，不易人工搬运、更换这一问题，提出了一种解决方案，并研制了相应的自动控制装置。 2.基本思路：借鉴自助售货机的运营方式，广泛的建立自助式换电站。由于电动汽车与换电站进行满电电池和乏电电池交换其实只是电能的交换，换电站一直是保持固定数量的电池。同时，换电桩里的乏电电池可以一直保持充电直到满电。这样我们就可以建设一定数量的小型自助式智能换电站，使之既有大型充换电站的换电池的功能也能有快速充电桩的便捷。换电桩建设容易、方便，易于大范围的推广建设，这样就可以同自助式售货机一样大密度的建设。同时，借助于智能交通网络，使电动汽车可以实时获得附近换电站电池储备信息可，已选择就近的换电桩更换电池。 3.创新点：结合大型换电站与快速充电桩的优点,提出自助式智能化换电桩概念；设计制作换电桩演示系统,验证了该概念。 4.关键技术：换电桩与电动汽车准确定位；组建换电桩智能化通讯网络。 5.主要技术指标：更换电池时间在1min以内；GPS导航仪定位精度为30mm。
科学性、先进性
- 目前，解决电动汽车续航能力不足问题的换电站和充电桩两种方案在国内外都有发展。在以色列已经有运行中的自动换电站。国内还没有正式运营的电动汽车充换电站，但在北京已有调试中的换电站。从目前已知的两个应用实例来看，建造这样的换电站占地空间较大、操作过程复杂、投入成本较高。在北京正在建设的八个换电站，每一个的造价都高达五千万元人民币。 本设计借鉴自助售货机的思路，颠覆依据加油站模式而设计换电站的思想，提出一种全新的未来电动车动力补给方法。相对于换电站，本作品占地面积，建造成本要比建设大型换电站要低得多。据计算小，一个换电桩的建造成本在十万元以内，远低于大型换电站的建设费用。且这种换电桩可以广泛地在居民小区建设，这样更有利于百姓使用进而便于电动汽车的推广。 相对于充电桩，建设换电桩的优势也是显而易见。用户将不需要长时间等待充电，我们的演示系统中，更换一块电池的时间在一分钟以内。据此原理建设的应用成品，换电池时间也会在两分钟以内。这样更换电池的时间会远小于等待充电的时间。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室调试阶段。
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、视频、照片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 传统能源的枯竭将促进新能源汽车的快速发展。目前，解决电动汽车续航能力不足的两种方案在国外都有发展。充电桩方案很多国家都有推广和应用，在以色列已经有运行中的自动换电站。这种换电站在汽车底部进行更换电池。国内还没有正式运营的电动汽车冲换电站，但是在北京已经有建设调试中的冲换电站即将投入运营。本作品结合换电站与充电桩的优点,提出智能化换电桩概念,全自动更换电动车电池。本作品造价低廉，转化产品较为容易,投入建设方便,对建设场地无特别要求,可深入居民小区和商场地下停车场等地,适合大规模网络化建设。经计算未来十年内国内换电桩每年的市场利润将超过530亿元。从环境角度来讲,若电动汽车能代替20%的燃料汽车,就能减少153万吨的二氧化碳排放量。
同类课题研究水平概述
- 在过去的一百多年里，电池和充电站一直是困扰电动汽车发展的关键问题，这种摆脱了对石化燃料的依赖，同时不产生尾气排放的交通工具，在理论上堪称“最环保”的交通工具.随着科技的进步和电池技术的发展，电动汽车的推广和普及近来又被提上日程。目前，解决电动汽车续航能力不足方案主要有两种：充电方式和换电方式。 在我国，充电站的研究随着电动汽车示范运行的开展也已经开始取得了一些突破性的进展。早在03年天津建立首家电动汽车充电站。至04年5月，北京的充电站建设也基本完毕，利用原电车的600V直流电网提供充电站电源，其充电机可以进行联机运行。2006年6月，比亚迪电动汽车在上海松江汽车研究院厂区内部也建成一座与加油站类似的充电站，可以对充电量进行智能收费，一次充电时间大约需要6个小时。深圳市规划在2012年以前建成200个快速充电站，以促进和普及电动汽车的发展。这样的快速充电站充满一辆汽车电池的80%一般需要30分钟以上，要是完全充满则需要更长时间。同时，北京也开始推广电动汽车的发展，2011年1月初国家发改委宣布要在京津地区建设电动汽车充换电池服务网络，推广更换电池的电动汽车续电方式。此外，在株洲、武汉等地区，由于电动汽车示范运营的开展，都建立了不同规模的充电站。总的来讲，国内在充电站的研究的已经展开，但目前仍然局限于多台充电机的简单组合，国内所开发的电动汽车充电站有些虽已投入运行，但其综合性能指标并不太理想。 上述充电站都有一个严重的弊端，即电动汽车需要较长的充电等待时间。另一个较好的解决办法就是更换电池，通过自动更换电池来增加汽车的续航能力。在国外，在以色列已经有运行中的自动换电站。这种换电站在汽车底部进行更换电池。日本开发出了自动更换电池方案，将电池安装在汽车的底部，并且可以装卸。汽车在换电站驶入到高台上，通过设在下面的机械装置抓取电池，完成更换电池的功能。国内在自动更换电池方面尚未发现较为成熟的解决方案，大多靠人力来搬运更换大而笨重的电池。 本作品提出了一种可自动更换电动汽车电池的结构模型（换电桩），并研制了相应的自动控制装置，实现了电动汽车乏电电池与满电电池间的自动相互更换，并且更换后能各自接通充电电极和工作电极，增加了电动汽车的续航能力，并为未来智能电动汽车智能化创造了条件。
