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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種自助式智能化換電樁的解決方案
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 借鑒街頭自助售貨機(jī)的想法，提出了一種解決電動(dòng)汽車電池充電及更換的方案，并通過演示系統(tǒng)驗(yàn)證了方案的技術(shù)可行性。該方案能智能更換電動(dòng)汽車的電池，使得駕駛員能夠自助更換自己汽車的電池。該演示系統(tǒng)更換電池的時(shí)間不超過一分鐘，據(jù)此原理，實(shí)際系統(tǒng)換電池時(shí)間也會在兩分鐘以內(nèi)；在極限狀態(tài)下可以在6小時(shí)內(nèi)充滿電池，保證每天為約50輛電動(dòng)汽車更換電池。電池充換機(jī)的硬件成本在2萬元以內(nèi)，遠(yuǎn)低于大型換電站的建設(shè)成本。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品自助式換電站存儲有六塊電池（可以擴(kuò)展至十二塊），每一個(gè)換電樁可以對換下來的電池進(jìn)行充電。由于每個(gè)換電樁只有一定數(shù)量的備換電池，所以當(dāng)電池需求緊張的時(shí)候單個(gè)換電樁是沒法滿足需求的。我們設(shè)計(jì)的換電樁建設(shè)容易、方便，易于大范圍的推廣建設(shè)，這樣就可以同自助式售貨機(jī)一樣大密度的建設(shè)。同時(shí)，借助于智能交通網(wǎng)絡(luò)，使電動(dòng)汽車可以實(shí)時(shí)獲得附近換電站電池儲備信息可，已選擇就近的換電樁更換電池。 目前，我們設(shè)計(jì)了一套演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括自動(dòng)換電樁，模擬GPS導(dǎo)航系統(tǒng)以及智能電動(dòng)車模型。換電樁的設(shè)計(jì)，采用槽輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換電站多個(gè)電池倉工作位置間的分度；采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)并結(jié)合其他機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車換電池功能；采用雙攝像頭模擬GPS定位功能，上位機(jī)軟件模擬導(dǎo)航儀搭建一套演示的智能換電池的交通系統(tǒng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)目的：針對目前電池動(dòng)力汽車車載電池續(xù)航能力不足，電池充電時(shí)間長，不易人工搬運(yùn)、更換這一問題，提出了一種解決方案，并研制了相應(yīng)的自動(dòng)控制裝置。 2.基本思路：借鑒自助售貨機(jī)的運(yùn)營方式，廣泛的建立自助式換電站。由于電動(dòng)汽車與換電站進(jìn)行滿電電池和乏電電池交換其實(shí)只是電能的交換，換電站一直是保持固定數(shù)量的電池。同時(shí)，換電樁里的乏電電池可以一直保持充電直到滿電。這樣我們就可以建設(shè)一定數(shù)量的小型自助式智能換電站，使之既有大型充換電站的換電池的功能也能有快速充電樁的便捷。換電樁建設(shè)容易、方便，易于大范圍的推廣建設(shè)，這樣就可以同自助式售貨機(jī)一樣大密度的建設(shè)。同時(shí)，借助于智能交通網(wǎng)絡(luò)，使電動(dòng)汽車可以實(shí)時(shí)獲得附近換電站電池儲備信息可，已選擇就近的換電樁更換電池。 3.創(chuàng)新點(diǎn)：結(jié)合大型換電站與快速充電樁的優(yōu)點(diǎn),提出自助式智能化換電樁概念；設(shè)計(jì)制作換電樁演示系統(tǒng),驗(yàn)證了該概念。 4.關(guān)鍵技術(shù)：換電樁與電動(dòng)汽車準(zhǔn)確定位；組建換電樁智能化通訊網(wǎng)絡(luò)。 5.主要技術(shù)指標(biāo)：更換電池時(shí)間在1min以內(nèi)；GPS導(dǎo)航儀定位精度為30mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力不足問題的換電站和充電樁兩種方案在國內(nèi)外都有發(fā)展。在以色列已經(jīng)有運(yùn)行中的自動(dòng)換電站。國內(nèi)還沒有正式運(yùn)營的電動(dòng)汽車充換電站，但在北京已有調(diào)試中的換電站。從目前已知的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例來看，建造這樣的換電站占地空間較大、操作過程復(fù)雜、投入成本較高。在北京正在建設(shè)的八個(gè)換電站，每一個(gè)的造價(jià)都高達(dá)五千萬元人民幣。 本設(shè)計(jì)借鑒自助售貨機(jī)的思路，顛覆依據(jù)加油站模式而設(shè)計(jì)換電站的思想，提出一種全新的未來電動(dòng)車動(dòng)力補(bǔ)給方法。相對于換電站，本作品占地面積，建造成本要比建設(shè)大型換電站要低得多。據(jù)計(jì)算小，一個(gè)換電樁的建造成本在十萬元以內(nèi)，遠(yuǎn)低于大型換電站的建設(shè)費(fèi)用。且這種換電樁可以廣泛地在居民小區(qū)建設(shè)，這樣更有利于百姓使用進(jìn)而便于電動(dòng)汽車的推廣。 相對于充電樁，建設(shè)換電樁的優(yōu)勢也是顯而易見。用戶將不需要長時(shí)間等待充電，我們的演示系統(tǒng)中，更換一塊電池的時(shí)間在一分鐘以內(nèi)。據(jù)此原理建設(shè)的應(yīng)用成品，換電池時(shí)間也會在兩分鐘以內(nèi)。這樣更換電池的時(shí)間會遠(yuǎn)小于等待充電的時(shí)間。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、視頻、照片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 傳統(tǒng)能源的枯竭將促進(jìn)新能源汽車的快速發(fā)展。目前，解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力不足的兩種方案在國外都有發(fā)展。充電樁方案很多國家都有推廣和應(yīng)用，在以色列已經(jīng)有運(yùn)行中的自動(dòng)換電站。這種換電站在汽車底部進(jìn)行更換電池。國內(nèi)還沒有正式運(yùn)營的電動(dòng)汽車沖換電站，但是在北京已經(jīng)有建設(shè)調(diào)試中的沖換電站即將投入運(yùn)營。本作品結(jié)合換電站與充電樁的優(yōu)點(diǎn),提出智能化換電樁概念,全自動(dòng)更換電動(dòng)車電池。本作品造價(jià)低廉，轉(zhuǎn)化產(chǎn)品較為容易,投入建設(shè)方便,對建設(shè)場地?zé)o特別要求,可深入居民小區(qū)和商場地下停車場等地,適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)。經(jīng)計(jì)算未來十年內(nèi)國內(nèi)換電樁每年的市場利潤將超過530億元。從環(huán)境角度來講,若電動(dòng)汽車能代替20%的燃料汽車,就能減少153萬噸的二氧化碳排放量。
同類課題研究水平概述
- 在過去的一百多年里，電池和充電站一直是困擾電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題，這種擺脫了對石化燃料的依賴，同時(shí)不產(chǎn)生尾氣排放的交通工具，在理論上堪稱“最環(huán)保”的交通工具.隨著科技的進(jìn)步和電池技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車的推廣和普及近來又被提上日程。目前，解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力不足方案主要有兩種：充電方式和換電方式。 在我國，充電站的研究隨著電動(dòng)汽車示范運(yùn)行的開展也已經(jīng)開始取得了一些突破性的進(jìn)展。早在03年天津建立首家電動(dòng)汽車充電站。至04年5月，北京的充電站建設(shè)也基本完畢，利用原電車的600V直流電網(wǎng)提供充電站電源，其充電機(jī)可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行。2006年6月，比亞迪電動(dòng)汽車在上海松江汽車研究院廠區(qū)內(nèi)部也建成一座與加油站類似的充電站，可以對充電量進(jìn)行智能收費(fèi)，一次充電時(shí)間大約需要6個(gè)小時(shí)。深圳市規(guī)劃在2012年以前建成200個(gè)快速充電站，以促進(jìn)和普及電動(dòng)汽車的發(fā)展。這樣的快速充電站充滿一輛汽車電池的80%一般需要30分鐘以上，要是完全充滿則需要更長時(shí)間。同時(shí)，北京也開始推廣電動(dòng)汽車的發(fā)展，2011年1月初國家發(fā)改委宣布要在京津地區(qū)建設(shè)電動(dòng)汽車充換電池服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，推廣更換電池的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)電方式。此外，在株洲、武漢等地區(qū)，由于電動(dòng)汽車示范運(yùn)營的開展，都建立了不同規(guī)模的充電站?？偟膩碇v，國內(nèi)在充電站的研究的已經(jīng)展開，但目前仍然局限于多臺充電機(jī)的簡單組合，國內(nèi)所開發(fā)的電動(dòng)汽車充電站有些雖已投入運(yùn)行，但其綜合性能指標(biāo)并不太理想。 上述充電站都有一個(gè)嚴(yán)重的弊端，即電動(dòng)汽車需要較長的充電等待時(shí)間。另一個(gè)較好的解決辦法就是更換電池，通過自動(dòng)更換電池來增加汽車的續(xù)航能力。在國外，在以色列已經(jīng)有運(yùn)行中的自動(dòng)換電站。這種換電站在汽車底部進(jìn)行更換電池。日本開發(fā)出了自動(dòng)更換電池方案，將電池安裝在汽車的底部，并且可以裝卸。汽車在換電站駛?cè)氲礁吲_上，通過設(shè)在下面的機(jī)械裝置抓取電池，完成更換電池的功能。國內(nèi)在自動(dòng)更換電池方面尚未發(fā)現(xiàn)較為成熟的解決方案，大多靠人力來搬運(yùn)更換大而笨重的電池。 本作品提出了一種可自動(dòng)更換電動(dòng)汽車電池的結(jié)構(gòu)模型（換電樁），并研制了相應(yīng)的自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車乏電電池與滿電電池間的自動(dòng)相互更換，并且更換后能各自接通充電電極和工作電極，增加了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，并為未來智能電動(dòng)汽車智能化創(chuàng)造了條件。
