本发明涉及电动车辆换电领域，主要涉及一种电动汽车换电及储能站。
背景技术：
随着电动汽车的推广，如何及时有效地为电量不足的电动汽车提供电能补给已成为厂商和车主都非常关注的问题。当前市场上主流解决方案是采用充电模式，在停车位配置ac慢充桩或者dc快充桩。但慢充模式需要长时间占用一个停车位进行充电，而快充模式充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍，会降低动力电池组的循环寿命，且充电一般不达到满充状态。而电动汽车换电及储能站采用动力电池包更换模式，直接用充满电的电池包更换能量已耗尽的电池包，在分钟级的时间内完成电能补给，因而是一种非常高效的电能补充方式。
但是，现有电动汽车换电及储能站中，电池包的装卸、运输都由人工操作完成，由于电池包的重量很重，现有产品均在200kg以上，装卸和搬运比较困难，需要耗费大量的人工，人力成本非常高，并且作业速度和效率都比较低，影响电动汽车换电及储能站的工作效率。
此外，现有电动汽车换电及储能站均采用电网电力直接为电池包进行充电，当需充电的电池包数量很多时，会增加电网的负荷，尤其是在用电高峰时段，会给电网造成很大的冲击。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种电动汽车换电及储能站，能够自动地实现电池包的装卸、运输操作，并且有效解决电动汽车换电及储能站对电网冲击的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种电动汽车换电及储能站，包括车辆停放区、电源模块，电池包装卸装置、充电模块、储能模块、运输装置和控制模块；其中，电池包装卸装置设置在车辆停放区和运输装置之间；运输装置用于在电池包装卸装置和充电模块之间双向地运输电池包；充电模块分别与储能模块和电源模块相连接；储能模块还与电源模块相连接；控制模块用于控制由电源模块或储能模块向充电模块供电。
可选地，控制模块还用于控制由储能模块向电源模块供电。
可选地，电源模块包括双向ac/dc转换单元和直流母线，双向ac/dc转换单元连接在直流母线和电网之间；充电模块和储能模块分别与直流母线相连接。
可选地，储能模块包括储能电池单元和充放电单元；充放电单元连接在储能电池单元和直流母线之间。
可选地，充电模块包括充电单元和充电仓；充电单元连接在充电仓与直流母线之间。
可选地，控制模块用于控制双向ac/dc转换单元的转换方向，以及充放电单元的充电和放电。
可选地，所述充电仓和所述储能电池单元均设置在所述电池架上。
可选地，所述电池架设有两个以上，各个电池架平行地设置，相邻的所述电池架之间设有所述运输装置和堆垛机构，所述充电仓及储能电池单元分别位于堆垛机构的两侧的电池架上。
可选地，还包括温度调节装置，温度调节装置设置在电池架中，用以调节储能电池单元和充电仓的温度。
可选地，所述储能电池单元为旧的充电仓中的电池包。
本发明实施例提供的电动汽车换电及储能站，通过设置电池包装卸装置、运输装置，能够实现电池包的自动装卸，以及电池包的自动运输，可大幅降低电动汽车换电及储能站的人工需求，减少电动汽车换电及储能站的工作人员数量，有效地降低电动汽车换电及储能站的人工成本。并且，可直接将预先已充好电的电池包直接替换进车辆，而后再对从车辆上取下的电池包进行充电，大大节省了充电时间；此外，本发明兼具ac/dc双向转换功能和储能功能，能够对在电网的用电低谷期储存电能，在电网的用电高峰期使用储能模块为电池包充电，缓解城市能源紧张，可以有效地降低对电网的冲击；充电区及储能区分列堆垛机构两侧，堆垛机构可以完成充电仓以及储能电池单元的电池包的装卸和更换，减低成本，提高效率；本发明中充电仓内的电池包与储能电池单元规格一致，储能电池单元选用旧的充电仓内的电池包，使得旧电池包得到了梯次利用，增加了旧电池包的利用率，同时也可以大大降低电动汽车换电及储能站的建站成本。
附图说明
图1为本发明实施例的电动汽车换电及储能站的整体布置图；
图2为本发明实施例的电动汽车换电及储能站的电气系统的示意图；
附图标号说明：
1、车辆停放区；2、电池包装卸装置；3、运输装置；4、dc/dc充放电机柜；5、电池架；6、高压配电房；7、ac/dc机房；8、管理机房；9、操控机房；10、消防设备区；11、直流母线；20、储能模块；21、充放电单元；22、储能电池单元；30、充电模块；31、充电单元；32、充电仓；40、电网；50、双向ac/dc转换单元；60、控制模块。
具体实施方式
下面结合附图1和图2对本发明实施例的电动汽车换电及储能站进行详细描述。
如图1所示，本实施例涉及一种电动汽车换电及储能站，包括车辆停放区1、电池包装卸装置2、运输装置3、电池架5、电源模块、充电模块30、储能模块20、控制模块60，其中，电池架5上存放电池包，电池包装卸装置2设置在车辆停放区1和运输装置3之间；运输装置3设置于电池包装卸装置2和电池架5之间，用于在电池包装卸装置2和电池架5之间双向地运输电池包；充电模块30用于对电池架5上的电池包进行充电，充电模块30分别与储能模块20和电源模块相连接；储能模块20还与电源模块相连接；控制模块60与电源模块和储能模块20相连接，用于控制由电源模块或储能模块20向充电模块30供电。具体地，车辆停放区1靠近公路，并与公路平行地设置，这样可便于车辆从公路上驶入电动汽车换电及储能站或者从电动汽车换电及储能站行驶到公路上。
本实施例中的电动汽车换电及储能站设有一个车辆停放区1，电源模块，电池包装卸装置2、电池架5、充电模块30、储能模块20、运输装置3和控制模块60等均布置在车辆停放区1的远离公路的一侧，电动汽车换电及储能站整体沿大致与公路垂直的方向布置。这样布置电动汽车换电及储能站整体呈窄长型，可以有效减少电动汽车换电及储能站的宽度。此处所说的宽度方向为与公路平行的方向，所说的长度方向指的是与公路垂直的方向。这样，当需要在城市内大量的布设电动汽车换电及储能站时，无需很宽的店面宽度即可满足建立电动汽车换电及储能站的需求，有利于沿道路大量的布设电动汽车换电及储能站，降低电动汽车换电及储能站的建站用地要求。
可选地，电池包装卸装置2为换电机器人。换电机器人可实现电动汽车的定位，电池包的识别，电池包的拆卸与安装等。换电机器人可识别电动汽车上电池包的位置，将电池包从电动车上拆卸并移动到运输装置3上；还可将运输装置3上的电池包安装到电动汽车上。可代替人工的电池包装卸。换电机器人可采用机器手或者任何适于移动电池包的设备。
可选地，运输装置3包括至少一条传送带，优选为两条。这样运输装置3可至少实现在电池包装卸装置2和电池架5之间双向地运输电池包，即将充好电的电池包从电池架5处运送到电池包装卸装置2处以便将电池包安装到电动汽车上；同时运输装置3将电池包装卸装置2从电动汽车上拆卸下来的电量不足的电池包运输到电池架5上，并由充电模块30为其充电。
可选地，电池架5至少设有两个，可以采用多层多列的框架结构，相邻电池架5之间设有堆垛机构。堆垛机构的作用可以是对电池架5上的电池包进行自动地装卸和更换，有助于进一步降低人工成本，缩短作业时间，提高作业效率。充电模块30的充电仓32及储能模块20的储能电池单元22分列堆垛机构两侧的电池架5，堆垛机构可以完成充电仓32的电池包以及储能电池单元22的装卸和更换，不需要为充电仓32和储能电池单元22分别设置堆垛机，减低成本，提高效率这样，进一步降低电动汽车换电及储能站的建设成本。具体地，电池架5设有两个以上，两个以上的电池架5平行地设置，相邻的电池架5之间设有运输装置3。如图1所示，两个电池架5之间设有间隔，运输装置3的传送带布置在两个电池架5之间，可以同时服务两个电池架5。这样可以减少运输装置3的数量，降低建设成本。优选地，电池架5与车辆停放区1平行地设置，这样可以充分地利用电动汽车换电及储能站的宽度方向的空间，减少电动汽车换电及储能站的长度方向的空间占用，减小电动汽车换电及储能站的占地面积
此外，本发明实施例的电动汽车换电及储能站，设有储能模块20，储能模块20能够在电网40的用电低谷期储存电能，在电网40的用电高峰期使用储能模块20为电池包充电，可以有效地降低对电网40的冲击。本实施例的电动汽车换电及储能站还可有效地利用波峰和波谷电价的差异，在低电价的时间存储电能，在高电价的时间用储能模块20为电池包充电，也可有效地降低电动汽车换电及储能站的运营成本。
充电模块30分别与电源模块与储能模块20相连接，充电模块30具有两种充电模式，一种方式是由电源模块为充电模块30进行供电，另一种模式是由储能模块20为充电模块30供电，充电模块30的充电模式可以通过控制模块60进行选择。其中，电源模块与电网40相连接，利用电网40的电能为充电模块30进行供电。储能模块20也与电源模块相连接，可利用电网40的电能为储能模块20充电，并在需要时由储能模块20为充电模块30供电。
设置储能模块20可大幅增加电动汽车换电及储能站的用电的灵活性。例如，可选择在电网40的用电低谷时间（例如半夜至凌晨时间段），由电源模块为储能模块20充电；而在白天的用电高峰期，使用储能模块20存储的电能为充电模块30提供电能，而不使用电网40的电能。这样可有效降低对电网40的冲击。
此外，对于使用波峰波谷电价的地区，采用储能模块20的优势是，在波谷电价的时间利用储能模块20存储电能，而在波峰电价的时间使用储能模块20存储的电能为充电模块30提供电能，而不使用电网40的电能。这样可使电动汽车换电及储能站一直使用较低的电价工作，可大大降低电动汽车换电及储能站的运营成本。
可选地，控制模块60还用于控制储能模块20向电源模块供电。具体地，当电网40供电不足，或者当电网40发生故障，供电中断时，还可以由储能模块20通过电源模块向电网40提供电能。此外，在电价波峰时间段，如果电动汽车换电及储能站的充电负荷不是很重，此时也可由储能模块20通过电源模块向电网40提供电能。这样可进一步提高储能模块20的利用率，并有利于保证电网40的供电稳定。
可选地，如图2所示，电源模块包括双向ac/dc转换单元和直流母线11，双向ac/dc转换单元连接在直流母线11和电网40之间；充电模块30和储能模块20分别与直流母线11相连接。双向ac/dc转换单元一方面可将电网40的交流电转换为直流电，并通过直流母线11为充电模块30和储能模块20供电。除充电模块30和储能模块20以外，直流母线11还可为电动汽车换电及储能站的其他负载，如电池包装卸装置2、运输装置3和控制模块60，以及照明设备等供电。另一方面，双向ac/dc转换单元还可将储能模块20传导到直流母线11上的直流电转换为交流电，向电网40供电。控制模块60与双向ac/dc转换单元相连接，用以控制双向ac/dc转换单元的转换方向。
可选地，电动汽车换电及储能站中设有ac/dc机房7，双向ac/dc转换单元50设置在ac/dc机房7内。
可选地，电源模块还包括三相变压器，三相变压器与双向ac/dc转换单元相连接，将高压电转换为低压电。电动汽车换电及储能站还设有高压配电房6，三相变压器布置在高压配电房6中，此外，电网40还可以包括风力发电设备、光伏发电设备等新能源发电设备。
可选地，如图2所示，储能模块20包括储能电池单元22和充放电单元21；充放电单元21连接在储能电池单元22和直流母线11之间。储能电池单元22可采用蓄电池，但并不限于此，在一中实施方式中，充电仓32内的电池包与储能电池单元22规格一致，储能电池单元22可选用旧的充电仓32内的电池包。旧电池包相比较电动车上使用的电池包存在性能衰减的问题，在电动车上使用会严重影响汽车的行驶里程，给用户带来不好的使用影响。但是将旧电池包用在电动汽车换电及储能站中作为储能部件则不存在使用限制的问题，旧电池包性能的衰减可通过增加旧电池包数量的方式解决。这样使得旧电池包得到了梯次利用，增加了旧电池包的利用率，同时也可以大大降低电动汽车换电及储能站的建站成本。
充放电单元21用于向储能模块20的储能电池单元22供电，以及使储能模块20的储能电池单元22放电。充放电单元21与控制模块60相连接，可由控制模块60控制进行充电或放电。
可选地，如图2所示，充电模块30包括充电单元31和充电仓32；充电单元31连接在充电仓32与直流母线11之间。每个充电仓32可包括充电接口和电池包存储部。充电接口与充电单元31电性连接，用于为电池包充电，电池包存储部用以存放电池包。可选地，充电仓32内还设有轨道，轨道用以支撑电池包，并方便将电池包放入到电池包存储部内，以及将电池包从电池包存储部内取出。
可选地，充电单元31包括dc/dc转换单元。dc/dc转换单元33用于将直流母线11上的高压直流电转换为低压直流电。充电单元31通过dc/dc转换单元33从直流母线11上获取电能，对充电仓32内的电池包进行充电。其中，dc/dc转换单元可以为单向dc/dc转换单元，当然，在实际应用中，也可以利用双向dc/dc转换单元进行单向转换来实现相同功能。
可选地，本实施例中的电池包可包括电池主体、充放电接头以及定位机构和锁定/解锁机构，其中定位机构用于保证电池包的充放电接头与充电仓32或者电动汽车的接口实现准确地对接。锁定/解锁机构用于保证电池包牢固地固定在充电仓32或者电动汽车内，不会随意移动。定位机构和锁定/解锁机构可以采用任何能够实现上述功能的机构。但本实施例的电池包的结构并不限于此，也可以不设置定位机构和锁定/解锁机构，任何具有电池主体、充放电接头的电池结构均可以作为本实施例的电池包。
可选地，储能模块20的储能电池单元22包括充放电接口、电池包存储部和电池包。充放电接口与充放电单元21电性连接，用以为电池包充电或者经由电池包放电。电池包存储部用以存放电池包。可选地，储能电池单元22内还设有轨道，轨道用以支撑电池包，并方便将电池包放入到电池包存储部内，以及将电池包从电池包存储部内取出。
可选地，充放电单元21包括双向dc/dc转换单元利用双向dc/dc转换单元的双向转换功能，可以实现充放电单元21对储能电池单元22进行的充电操作和放电操作的切换。双向dc/dc转换单元可用于将直流母线11上的高压直流电转换为低压直流电（通常，直流母线11的直流电的电压高于储能电池单元22的电压），使得充放电单元21可以进行充电操作，储能电池单元22可以存储电能。双向dc/dc转换单元也可用于在充放电单元21进行放电操作时，通过将低压直流电转换为高压直流电，将储能电池单元22释放的电能反向输送至直流母线11上。
下面对控制模块60的具体控制方式进行详细说明：
当需要储能电池单元22存储电能时，一种可选的实施方式为，控制模块60通过控制储能电路（电网40/双向ac/dc转换单元50/直流母线11/充放电单元21）中的开关装置（图2中未示出）闭合来导通该储能电路，控制模块60向双向ac/dc转换单元50、充放电单元21发送控制信号，分别控制双向ac/dc转换单元50执行交流到直流的转换，以及控制充放电单元21执行充电操作，使储能电池单元22存储电能。
当需要将储能电池单元22存储的电能反馈到电网40上时，一种可选的实施方式为，控制模块60通过控制放电电路（充放电单元21/直流母线11/双向ac/dc转换单元50/电网40）中的开关装置（图2中未示出）闭合来导通该放电电路，控制模块60向双向ac/dc转换单元50和充放电单元21发送控制信号，分别控制双向ac/dc转换单元50执行直流到交流的转换，以及控制充放电单元21执行放电操作，将储能电池单元22存储的电能反馈到电网40上。
此外，在上述两种实施方式中，当需要采用电网40电力直接为充电模块30充电时，控制模块60还可以控制直流母线11与充电模块30之间的开关装置（图2中未示出）闭合，导通充电电路为充电仓32内的电池包进行充电。
根据本发明实施例的电动汽车换电及储能站，通过在电网40和直流母线11之间设置双向ac-dc转换单元，可以利用电网40电能使得储能电池单元22进行充电储能，也可以将储能电池单元22存储的电能反馈至电网40，实现了双向输电转换，而且可以利用双向传输的电能进行对电动汽车的充电电池进行充电，在电网40故障的情况下也可以进行稳定充电，以及将存储的电能反馈给电网40以应对电网40出现故障。
可选地，为了增强通用性以及可维护性，储能模块20的电池包和电动汽车的电池包采用具有相同标准的电池包。可选地，电动汽车换电及储能站还可包括dc/dc充放电机柜4，充电单元31与充放电单元21均设置在dc/dc充放电机柜4中。dc/dc充放电机柜4优选与电池架5并排放置。可选地，电动汽车换电及储能站还包括温度调节装置，温度调节装置设置在电池架5中，用以调节储能电池单元22和充电仓32的温度。温度调节装置可实现散热和保温的功能，当储能电池单元22和/或充电仓32的温度较高时，能够为储能电池单元22和/或充电仓32提供散热，有效降低储能电池单元22和/或充电仓32的温度，以保证电动汽车换电及储能站的安全工作。此外，当外部环境温度较低时，例如在冬天时，温度调节装置可以为储能电池单元22和/或充电仓32提供加热，保证储能电池单元22和/或充电仓32处于最优的工作温度，以保证储能电池单元22和/或充电仓32处于良好的工作状态。
可选地，电动汽车换电及储能站还包括操控机房9、管理机房8，其中，操控机房9用于对电池包装卸装置2、运输装置3和堆垛机构进行控制，以保证电动汽车换电及储能站的正常工作。管理机房8对整个电动汽车换电及储能站的电气系统的运行状态、充电模块30和储能模块20的工作状态，还有车辆数据等进行总体的监控。
可选地，电动汽车换电及储能站还设有消防设备区10，消防设备区10内设有各种满足消防安全需求的消防设备，以减少火灾隐患的发生。消防设备可包括烟雾监控装置、自动灭火装置以及紧急呼叫报警装置等。消防设备均与管理机房通信连接。
可选地，电动汽车换电及储能站还设有安防监控系统，安防监控系统可包括多个视频监控装置，还可包括紧急呼叫报警装置。安防监控系统也可与管理机房通信连接。
本发明电动汽车换电及储能站，通过设置电池包装卸装置、运输装置，能够实现电池包的自动装卸，以及电池包的自动运输，可大幅降低电动汽车换电及储能站的人工需求，减少电动汽车换电及储能站的工作人员数量，有效地降低电动汽车换电及储能站的人工成本。并且，可直接将预先已充好电的电池包直接替换进车辆，而后再对从车辆上取下的电池包进行充电，大大节省了充电时间；并且，本发明兼具ac/dc双向转换功能和储能功能，能够对在电网的用电低谷期储存电能，在电网的用电高峰期使用储能模块为电池包充电，缓解城市能源紧张，可以有效地降低对电网的冲击，此外，充电区及储能区分列堆垛机构两侧，堆垛机构可以完成充电仓32以及储能电池单元22的电池包的装卸和更换，不需要为充电仓32和储能电池单元22分别设置堆垛机，提高效率，进一步降低电动汽车换电及储能站的建设成本；本发明中充电仓32内的电池包与储能电池单元22规格一致，储能电池单元22可选用旧的充电仓32内的电池包，使得旧电池包得到了梯次利用，增加了旧电池包的利用率，同时也可以大大降低电动汽车换电及储能站的建站成本。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。