基本信息
- 項目名稱：
- 一種自助式智能化換電樁的解決方案
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 借鑒街頭自助售貨機的想法，提出了一種解決電動汽車電池充電及更換的方案，并通過演示系統(tǒng)驗證了方案的技術可行性。該方案能智能更換電動汽車的電池，使得駕駛員能夠自助更換自己汽車的電池。該演示系統(tǒng)更換電池的時間不超過一分鐘，據(jù)此原理，實際系統(tǒng)換電池時間也會在兩分鐘以內(nèi)；在極限狀態(tài)下可以在6小時內(nèi)充滿電池，保證每天為約50輛電動汽車更換電池。電池充換機的硬件成本在2萬元以內(nèi)，遠低于大型換電站的建設成本。
- 詳細介紹：
- 本作品自助式換電站存儲有六塊電池（可以擴展至十二塊），每一個換電樁可以對換下來的電池進行充電。由于每個換電樁只有一定數(shù)量的備換電池，所以當電池需求緊張的時候單個換電樁是沒法滿足需求的。我們設計的換電樁建設容易、方便，易于大范圍的推廣建設，這樣就可以同自助式售貨機一樣大密度的建設。同時，借助于智能交通網(wǎng)絡，使電動汽車可以實時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，我們設計了一套演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括自動換電樁，模擬GPS導航系統(tǒng)以及智能電動車模型。換電樁的設計，采用槽輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)換電站多個電池倉工作位置間的分度；采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)并結(jié)合其他機械部分實現(xiàn)電動車換電池功能；采用雙攝像頭模擬GPS定位功能，上位機軟件模擬導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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.設計目的：針對目前電池動力汽車車載電池續(xù)航能力不足，電池充電時間長，不易人工搬運、更換這一問題，提出了一種解決方案，并研制了相應的自動控制裝置。 2.基本思路：借鑒自助售貨機的運營方式，廣泛的建立自助式換電站。由于電動汽車與換電站進行滿電電池和乏電電池交換其實只是電能的交換，換電站一直是保持固定數(shù)量的電池。同時，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。換電樁建設容易、方便，易于大范圍的推廣建設，這樣就可以同自助式售貨機一樣大密度的建設。同時，借助于智能交通網(wǎng)絡，使電動汽車可以實時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：結(jié)合大型換電站與快速充電樁的優(yōu)點,提出自助式智能化換電樁概念；設計制作換電樁演示系統(tǒng),驗證了該概念。 4.關鍵技術：換電樁與電動汽車準確定位；組建換電樁智能化通訊網(wǎng)絡。 5.主要技術指標：更換電池時間在1min以內(nèi)；GPS導航儀定位精度為30mm。
科學性、先進性
- 目前，解決電動汽車續(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)有運行中的自動換電站。國內(nèi)還沒有正式運營的電動汽車充換電站，但在北京已有調(diào)試中的換電站。從目前已知的兩個應用實例來看，建造這樣的換電站占地空間較大、操作過程復雜、投入成本較高。在北京正在建設的八個換電站，每一個的造價都高達五千萬元人民幣。 本設計借鑒自助售貨機的思路，顛覆依據(jù)加油站模式而設計換電站的思想，提出一種全新的未來電動車動力補給方法。相對于換電站，本作品占地面積，建造成本要比建設大型換電站要低得多。據(jù)計算小，一個換電樁的建造成本在十萬元以內(nèi)，遠低于大型換電站的建設費用。且這種換電樁可以廣泛地在居民小區(qū)建設，這樣更有利于百姓使用進而便于電動汽車的推廣。 相對于充電樁，建設換電樁的優(yōu)勢也是顯而易見。用戶將不需要長時間等待充電，我們的演示系統(tǒng)中，更換一塊電池的時間在一分鐘以內(nèi)。據(jù)此原理建設的應用成品，換電池時間也會在兩分鐘以內(nèi)。這樣更換電池的時間會遠小于等待充電的時間。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室調(diào)試階段。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、視頻、照片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 傳統(tǒng)能源的枯竭將促進新能源汽車的快速發(fā)展。目前，解決電動汽車續(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用，在以色列已經(jīng)有運行中的自動換電站。這種換電站在汽車底部進行更換電池。國內(nèi)還沒有正式運營的電動汽車沖換電站，但是在北京已經(jīng)有建設調(diào)試中的沖換電站即將投入運營。本作品結(jié)合換電站與充電樁的優(yōu)點,提出智能化換電樁概念,全自動更換電動車電池。本作品造價低廉，轉(zhuǎn)化產(chǎn)品較為容易,投入建設方便,對建設場地無特別要求,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)絡化建設。經(jīng)計算未來十年內(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汽車發(fā)展的關鍵問題，這種擺脫了對石化燃料的依賴，同時不產(chǎn)生尾氣排放的交通工具，在理論上堪稱“最環(huán)?！钡慕煌üぞ?隨著科技的進步和電池技術的發(fā)展，電動汽車的推廣和普及近來又被提上日程。目前，解決電動汽車續(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汽車示范運行的開展也已經(jīng)開始取得了一些突破性的進展。早在03年天津建立首家電動汽車充電站。至04年5月，北京的充電站建設也基本完畢，利用原電車的600V直流電網(wǎng)提供充電站電源，其充電機可以進行聯(lián)機運行。2006年6月，比亞迪電動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，可以對充電量進行智能收費，一次充電時間大約需要6個小時。深圳市規(guī)劃在2012年以前建成200個快速充電站，以促進和普及電動汽車的發(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間。同時，北京也開始推廣電動汽車的發(fā)展，2011年1月初國家發(fā)改委宣布要在京津地區(qū)建設電動汽車充換電池服務網(wǎng)絡，推廣更換電池的電動汽車續(xù)電方式。此外，在株洲、武漢等地區(qū)，由于電動汽車示范運營的開展，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的簡單組合，國內(nèi)所開發(fā)的電動汽車充電站有些雖已投入運行，但其綜合性能指標并不太理想。 上述充電站都有一個嚴重的弊端，即電動汽車需要較長的充電等待時間。另一個較好的解決辦法就是更換電池，通過自動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)有運行中的自動換電站。這種換電站在汽車底部進行更換電池。日本開發(fā)出了自動更換電池方案，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，通過設在下面的機械裝置抓取電池，完成更換電池的功能。國內(nèi)在自動更換電池方面尚未發(fā)現(xiàn)較為成熟的解決方案，大多靠人力來搬運更換大而笨重的電池。 本作品提出了一種可自動更換電動汽車電池的結(jié)構(gòu)模型（換電樁），并研制了相應的自動控制裝置，實現(xiàn)了電動汽車乏電電池與滿電電池間的自動相互更換，并且更換后能各自接通充電電極和工作電極，增加了電動汽車的續(xù)航能力，并為未來智能電動汽車智能化創(chuàng)造了條件。
