电动汽车电池更换站 结构和用例

ICSFORMTEXT     FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXT     FORMTEXTNBFORMTEXTNB/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     电动汽车电池更换站结构和用例TypicalArchitectureandUseCaseoftheElectricvehiclebatteryswapstationFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）FORMTEXT     FORMTEXT20XX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT20XX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT国家能源局   发布NB/TXXXXX—XXXX目  次TOC\o"1-2"\h\z\u目次 I前言 错误！未定义书签。电动汽车电池更换站结构和用例 11范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14电池更换站概述 15基本构成 36系统分类 67功能分区和权限配置 7附录A主要用例 11附录B典型应用场景 1附录C换电工作流程 1电动汽车电池更换站结构和用例范围本标准规定了电动汽车电池更换站的典型架构、功能和配置、主要用例以及典型应用场景等。本标准可为电动汽车电池更换站的功能配置、方案设计以及设备选型提供参考。本标准所涉及的电动汽车指具备可更换动力蓄电池的纯电驱动汽车，电池更换模式包括侧向换电、底部换电、顶部换电、端部换电以及中置换电。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T29317电动汽车充换电设施术语GB/T29772电动汽车电池更换站通用技术要求GB/T51077电动汽车电池更换站设计规范NB/T33006电动汽车电池箱更换设备通用技术要求术语和定义GB/T29317中确立的以及以下术语和定义适用于本标准。顶部换电top-swappingofbatterypack电池箱安装在车体上方部位时的电池箱更换方式辅助系统supportingsystem电池更换站内部辅助完成电池箱转移、配送、安防、消防以及电池日常维护保养功能的系统兼容性要求interchangeabilityrequirement电池更换站应至少满足一种型号电动汽车的电池更换兼容性要求。电池更换站概述总体概述电池更换站是采用电池更换模式为电动汽车提供电能补给的场所，可为电动汽车提供快速、安全、可靠的动力蓄电池更换服务。电池更换服务通常由适当的操作机械具体执行。电池更换站可包含供电系统、充电系统、电池更换系统、监控系统、计量计费系统、运营管理系统、辅助系统（可选）以及储能系统（可选）组成。电池更换站的工作对象为可更换电池箱和换电车辆。拓扑结构电池更换站各组成部分间由机械、电气连接，并通过通信系统进行信息交互和协调控制，其拓扑结构和交互流程如图所示。图1电池更换站系统构架图兼容性原则电池更换站满足如下要求时，可实现不同车型动力蓄电池箱的电池更换服务：——电池箱锁止机构、连接器物理尺寸相适配，且与电池更换站站内系统匹配；——电池箱主要电气参数、通信协议与电池更换站站内系统匹配；——换电车辆主要物理参数与电池更换站电池更换系统匹配；基本构成根据功能区域划分，电池更换站组成系统分为供电系统、站内系统、辅助系统、运营管理系统以及储能系统。其中，站内系统可由以下子系统构成：——充电系统——电池更换系统——计量计费系统辅助系统可由以下子系统构成：——电池维护系统——安防、消防系统——电池配送中心——电池物流系统根据电池更换站运营模式需要可配置储能系统，通过运营管理系统的集中信息采集与控制，实现与电网的能量交互。供电系统供电系统可由线缆、电控柜、计量仪表、监控接口组成，为电池更换站提供交流供电电源，一般采用380V/220V低压系统为电池更换站提供电力。站内系统站内系统可由以下子系统构成：——充电系统——电池更换系统——车辆导引系统——计量计费系统充电系统由电池更换站内充电装置、电缆及相关辅助设备组成的系统，为动力蓄电池箱提供电能，实现有序充电，在充电期间与电池管理单元通信，控制充电过程、保障安全运行。充电系统主要包括——动力蓄电池箱充电机——动力蓄电池箱充电架——动力蓄电池箱存储架其中，充电架主要由机械、电气、通信等装置构成，用于连接非车载充电机和电池箱、完成充电过程的电池箱承载设备。电池存储架主要用于集中承载电池箱的设备，并配置通信装置实现电池更换站运营管理系统对电池状态的实时监控与信息交互。电池更换系统实现电动汽车动力蓄电池更换的机械设备和电气设备组成的系统，包括电池箱更换设备、电池箱转运设备。（1）电池箱更换设备用于卸载、搬运和装载电池箱的专用设备，并提供如下功能：——动力蓄电池箱的识别与定位——动力蓄电池箱的安装与卸载（2）电池箱转运设备用于将电池箱搬运至规定位置的专用设备，实现动力电池箱在站内系统与站外设备或车辆之间的转运。车辆导引系统实现导引电动汽车之规定位置以便进行电池箱更换的系统。可包括：标志线、标识牌，限位机构，以及声、光提示。计量计费系统用于实现电池更换站与电网之间、电池更换站与电动汽车用户之间的电能结算的全套计量和计费装置。运营管理系统应用信息、网络及通信技术，对电池更换站内设备运行状态和环境进行监视、控制和管理的系统，实现电动汽车充电和电池更换业务的数据采集、数据存储、统计分析、运行决策、营业服务以及调度管理的系统。主要包括制度管理、设施管理、人员管理、运营管理系统管理以及记录管理。主要包括：——通信单位——信息采集单位——数据处理模块——数据存储模块——远程控制模块——人机界面通过运营管理系统与云平台之间的信息交互，可以实现多个电池更换站联网运行。运营管理系统可对电池更换站内储能系统运行状态信息进行采集，依据站内充电功率需求或电网电力需求，实现储能功率站内的有序流动或参与上级调度管理部门电力交易或辅助服务。储能系统（可选）储能系统利用电池更换站内电池箱作为储能单元与电网联动实现削峰填谷，同时可为电池更换站提供后备/紧急电源。辅助系统用于实现电池汽车与站内系统之间电池箱更换的辅助设备、系统或场所。可包括：电池维护系统，安防消防系统，电池配送中心，电池物流系统，以及应急救援电池维护系统实现对电池更换换站内电池箱的在线或离线的诊断和维护，以保证电池箱的安全、可靠及提高电池箱使用寿命。（1）定期维护对电池更换换站内电池箱进行定期诊断和维护，保证电池箱的各项性能指标达到规定要求，容量满足换电车辆约定的续航里程要求。当容量不满足续航里程要求时需及时补充新电池箱予以替换。（2）实时维护当运营管理系统或监控系统判断某一电池箱性能指标超出限定范围时，电池维护系统对该电池箱进行实时的诊断和维护。维护后的电池箱，性能指标正常时可投入站内系统继续使用，性能指标仍超出限定范围的不可继续使用，另行处理。（3）其他维护根据实际需要，电池维护系统可对电池箱进行软件、硬件的更新及标定工作。安防、消防系统为保障电池更换站安全生产，预防和减少事故发生，电池更换站应设置安防、消防系统，包括安防消防设施及安全与应急管理制度安防消防设施安防设施主要有视频监控等，消防设施主要指火灾自动报警系统、自动灭火系统、消防栓、防排烟系统以及声光报警和应急照明、安全疏散设施等。安全与应急管理制度（1）安全控制——增强人员安全防范意识，各项安全责任落实到人。——采取保证换电站设施运营、检修等安全的组织措施和技术措施。——为操作人员提供工作区域安全防火措施，并提示相关危险点。——定期开展安全检查，及时消除安全隐患。——全面开展危险因素辨识、危险评价及危险控制程序，辨识和评价检修工作中存在的危险因素并加以有效控制。（2）消防安全——建立换电站消防安全管理制度。——完善配备消防设施，制定消防安全工器具操作规程，不挪用消防设施，不埋压和圈占消防设施。——定期对消防设施、器材进行检查、维护与保养，填写相关记录。发现问题及时维修并上报。——定期进行消防培训和演练，全体人员应掌握消防知识，数值消防器材的位置、性能和使用方法。——防火重点区域禁止吸烟，应有明显标识。（3）应急管理——建立应急队伍，配备应急所需设备，并进行日常保养，保证设备完好。——应编制突发应急预案，针对性和操作性强，并定期进行演练。应急预案应包括：——运营突发事件应急预案，应对设备故障、火灾、断电等情况；——自然灾害应急预案，应对地震、台风、雨涝、冰雪灾害和地址灾害等情况；——公共安全事件应急预案，应对人为纵火、爆炸等情况；发生运营安全事故后，应按规定立即启动相应的应急预案，采取应急措施，防止事态扩大，在保证安全的前提下尽快恢复正常运营，并按规定及时报告电池配送系统（可选）实现电池箱对换电站之外的其他充换电设施、电动汽车用户等的运送，还可进行对电动汽车的紧急充电，具备电池箱与外部设施、电动汽车的通信功能。应急救援（可选）具有急救援服务的换电站，应提供应急救援服务渠道。包括但不限于24小时服务电话、移动充电车、移动换电车、应急救援车等物理和通信接口根据功能的不同，电池更换站接口可分为内部接口和外部接口，内部接口主要为站内系统之间以及站内系统与供电系统、辅助系统、运营管理系统以及储能系统（可选）之间的物理接口和通信接口。外部接口主要为运营管理系统与上级云端管理系统之间、供电系统与电网之间、电池更换系统与动力电池箱/电动汽车之间、辅助系统与动力电池箱之间的物理接口和通信接口。外部接口包括：——电池更换系统与换电车辆/动力电池箱——供电系统与电网——储能系统与电网——运营管理系统与云端平台——辅助系统与动力电池箱内部接口包括：——运营管理系统与电池更换系统——运营管理系统与充电系统——运营管理系统与供电系统——运营管理系统与储电系统——运营管理系统与辅助系统——供电系统与充电系统——供电系统与储能系统——储能系统与充电系统——供电系统与辅助系统——充电系统与电池箱——电池维护系统与电池箱系统分类电池更换站可根据自动化程度、车辆类型以及整站功能进行分类。按自动化程度分类——自动电池更换系统——半自动电池更换系统——手动电池更换系统自动/半自动电池更换系统电池更换流程包括：（1）车辆定位（2）取出亏电电池,更换满电电池（3）转运亏电电池至充电架或存储架，或从充电架或存储架取出满电电池（4）电池充电/存储按车辆类型分类（ISO3833或UNECER100）——可更换电池的电动乘用车——可更换电池的电动商用车按整站功能分类——电池更换站——充换电站——电池集中充电站按换电方位分类——侧面换电——底部换电——顶部换电——前部换电——后部换电——中置换电功能分区和权限配置换电站功能分区电池更换系统被分为5个区域，拥有不同的进入权限。——车辆引导区——电池更换区——电池存储区——电池充电区——电池维护区车辆引导区在此区域将电动汽车引导到电池更换区。车辆导引区的权限配置如下：角色行为车辆引导区权限电动汽车用户进入允许操作有条件允许维护禁止操作人员进入允许操作允许维护禁止维护人员进入允许操作禁止维护允许调试人员进入允许操作允许修改允许电池更换区在此区域自动/半自动装置对电动汽车可更换电池箱进行装载和卸载。电池更换区的权限配置如下：角色行为电池更换区权限电动汽车用户进入有条件允许操作有条件允许维护禁止操作人员进入允许操作允许维护禁止维护人员进入允许操作禁止维护允许调试人员进入允许操作允许修改允许电池存储区在此区域电池箱被存储以及移动。电池存储区的权限配置如下：角色行为电池存储区权限电动汽车用户进入禁止操作禁止维护禁止操作人员进入允许操作允许维护禁止维护人员进入允许操作禁止维护允许调试人员进入允许操作允许修改允许电池充电区在此区域电池箱被充电。电池存储区和电池充电区可以一体化设计。电池充电区的权限配置如下：角色行为电池充电区权限电动汽车用户进入禁止操作禁止维护禁止操作人员进入允许操作允许维护禁止维护人员进入允许操作禁止维护允许调试人员进入允许操作允许修改允许电池维护区在此区域进行电池箱维护保养。电池维护区可以结合充电站/电池更换站布局一体化设计。电池维护区的权限配置如下：角色行为电池充电区权限电动汽车用户进入禁止操作禁止维护禁止操作人员进入允许操作禁止维护允许维护人员进入允许操作允许维护允许调试人员进入允许操作允许修改禁止

附录A主要用例（资料性附录）A.1车辆导引和定位用例名称车辆定位范围通过辅助定位，为进入换电站内的电动汽车提供导航或定位描述1)电动车进入换电站2)电动汽车检查和准入3)如果必要的话对电动车进行清洗4)将电动车引导至换电场所里合适的位置并且固定（如果需要的话）5)t解锁（如果需要的话），电动车驶离执行者电动车，监控模块，车道子系统。特殊要求1)电动车检查和准入可以经由无线设备来完成，比如RFID，并呈报监控子系统。2)建议在换电池之前对电动车进行清洗，如果电池箱安装在车身底盘上的话。A.2电池更换用例名称更换电池箱范围经由电池更换设备转移及拆装车载电池箱。此过程可在上下客时进行。描述1）第一步，解锁电池箱。2）换电设备从电池储存模块中移走充好电的电池箱。3）换电设备根据运营管理系统或操作员，将用完电的电池箱从车体卸载。4）电池更换设备根据运营管理系统或操作员的指令，将充过电的电池箱安装到车体中。5）电池更换设备将用完电的电池箱转移到电池储存模块。6）固定电池箱并终止操作。执行者车辆，电池箱，电池换运子系统，电池储存子系统，监视与控制子系统，操作员。特殊要求当电池更换设备在换电过程中发生故障时，电池更换设备应当停止工作并向运营管理系统发送错误信号。A.3电池充电用例名称电池箱充电范围通过充电器向电池箱充电描述电池箱转移到充电架（储存子系统）上后，充电子系统开始充电过程。充电器根据电池箱里BMS/BCU的请求，校准充电参数，并向运营管理系统发送要求的数据。执行者电池箱，电池充电子系统，电池储存子系统，监控子系统特殊要求1)监控子系统接收到来自烟雾报警器或其它检测装置的报警信号时，向充电机发送指令中断充电。2）当充电机接收到来自BMS/BCU或它自身的反常信号时，将中断充电并向运营管理系统发送反常停止信息。A.4电池维护用例名称电池箱保养范围通过电池维护模块进行检查和维护，确保电池箱的安全性和寿命描述根据预设的维护周期，或者如果电池性能不正常，监控模块或操作员会命令从电池储存模块中移走电池箱，随后电池维护模块检查并护养电池。执行者电池维护子系统，监控子系统，电池储存子系统，操作员特殊要求维护可以在线上或线下A.5应急充电或电池更换应用场景紧急情况充电范围紧急情况下给电动车充电描述1）电池物流子系统接收到紧急充电请求2）电池物流车开往电动车所在位置3）电池物流子系统与电动车间连接电缆4）使用电池物流子系统的电池箱向电动车的电池充电5）断开电缆执行者电池物流子系统，电动车特殊要求1）连接和断开电缆须要人力完成附录B典型应用场景（资料性附录）根据第6.1条和第6.4条所述换电分类，针对一些典型应用场景进行介绍。B.1电动商用车B.1.1自动侧向换电应用范围:适用于商用电动车如那些电池安装在车身两侧的公共汽车和环卫车。工作区域的组成:工作区域的布局与主要设备如下图。通常,这个站包括两个电池更换设备、存储设备、充电机、和车道。图B.1商务车侧向自动换电模式特点:整个电池更换、充电和其他管理流程都可以在运营管理系统下自动完成。这种模式自动化程度高,需要相对较大的建设性投资。B.1.2自动顶部换电应用范围:适用于那些具备电池装配模块与滑动顶门的商用电动公交车。工作区域的组成:工作区域的布局主要设备如下图。快速电池交换机（QCM）与换电设备、充电(存储)架、充电机嵌入在巴士站结构的顶部。图B.2商务车顶部自动换电模式特点:整个电池换电、充电和其他管理过程,都在运营管理系统控制下自动完成。这是一个自动电池更换系统,需要相对较小的面积和建设投资,因为它能建立在正常的公交车站。在乘客上下车过程中，一个充满电的电池箱可以在40秒内迅速替换下一个空电池箱。B.2电动乘用车B.2.1自动底部换电应用范围:适用于电池安装在汽车底盘的电动乘用车比如私家车和出租车。系统的组成:工作区域的布局和主要设备如下图。通常,这个站由一个在车辆底部的电池交换设备、车辆两边的两个传输设备、存储设备和车道组成的。图B.3乘用车底部自动换电模式解决方案的特点:电池箱的传送、换电、存储和充电的过程可在运营管理系统的控制下可以自动完成。这种模式自动化程度高,需要一个相对较大的面积和建设性投资。B.2.2半自动端部换电应用范围:适用于电池安装在后备箱的电动乘用车私家车和出租车。系统组成:工作区域的布局与主要设备如下图。通常,这个站由一个或多个电池更换设备、存储设备、充电器、机和车道。图B.4乘用车后备箱半自动换电模式特点:电池箱通过自动机电设备传送。电池更换手动完成，部署较为灵活，建设投资相对较小。然而,这需要大量劳动力工作,因此不适合劳动力成本高的地区。B.2.3自动侧向换电应用范围:适用于电池安装在汽车底盘的电动乘用车，比如私家车和出租车。系统的组成:工作区域的布局和主要设备如下图。通常,这个站包括在车辆两旁的两个电池更换设备、存储设备和车道。图B.5乘用车侧向自动换电模式特点:换运、存储和充电的过程在运营管理系统的控制下可以自动完成。自动化程度高,需要一个相对较大的面积和建设性投资。附录C换电工作流程（资料性附录）C.1底部换电工作流程C.1.1模式1步骤1：换电站识别车辆；步