基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电系统及方法与流程

本发明涉及电动汽车充换电技术领域，特别是涉及一种基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电系统及方法。

背景技术：

电动汽车的普及和推广一方面极大地降低了我国对石油燃料的依赖，促进了我国能源结构的改革，另一方面也有助于我国摆脱长期以来对内燃机核心技术的依赖。然而，电动车在带来绿色环保、舒适安静的驾乘体验的同时，也带来了充换电的需求。相较于燃油车在使用时间和空间上的灵活性，电动车的充换电在时间和空间上都显现出了极大的不便利性，也因此抑制了大量普通用户使用电动车的积极性。

当前的电动车充换电方式主要有四种：

1、换电站换电

2、直流快充

3、交流慢充

4、移动充电车充电

换电站通过为亏电的汽车直接更换预先充电的电池从而实现电动汽车在几分钟的时间内完成能量补给的高效体验。在实施上，为了满足大量备用电池在换电站同时进行大功率预充电的需求，换电站的建设需要为之部署大容量电网线路，搭建用于换电的自动化/半自动化机械设备，由于换电时间同燃油车加油类似，为了让电动车用户能够在寻找换电站时间和排队等待时间上获得与燃油车加油相类似的体验，这就要求企业部署同加油站密度相当的换电站，考虑到电池的续航里程在相当长的时间内不及燃油车，实际换电站的需求数量应大于当前加油站的密度——这在寸土寸金的人口聚集区显得相当困难。此外，汽车设计、制造方面，换电方案的广泛落地的一个潜在要求是需要各家汽车企业在设计电动汽车的时候统一电池规格，从而使换电站能够为各种车型换电——而这样的电池规格统一会极大地限制汽车企业所能研制的产品的丰富性和多样性，长期来看，换电站的局限性也易阻碍日后汽车、电池技术进步后的产品更新换代。因此，在当前技术水平下，换电站虽然理论上能够让电动汽车用户获得类似燃油车的能量补给效率，但其耗费的土地、技术和资金代价却很高，更适合作为拥有大量统一车型，拥有固定始发站和终点站的营运车辆的电力补充手段。

直流充电桩使用技术含量较高的大功率直流充电技术实现较高速率的充电，未来的3c大电流充电技术预期可以提供在20分钟内完成充电的方案。在实施上，直流充电速度虽然较快，考虑到仍然有20分钟至1小时的充电等候时间，因此依然需要用户在用车过程中对行驶线路和充电时间有着提前规划，加之电动汽车的续航里程和续航时间较燃油车更小，频繁的充电需求和充电规划使得用户在使用电动车的时候需要额外费心为电动车提供服务，在用车过程中为顾及车的充电需求而将就自身的需求，这一点与普通非营运用户购买和使用电动汽车从而为自己的出行方便提供服务的初衷是相互矛盾的，用户体验因此下降。加之直流充电桩的早期建设投资和后期运维成本高昂，使得这一技术更多地集中部署于商场，高速公路休息站、公共停车场等车流密集区以实现较高的利用率和周转率，而在车辆流动率较低的居住区，或面积更广，人烟更稀少的区域铺设则表现为极大地不经济。此外，直流充电桩的短时大功率电力需求和即充即走的特点使得其在对电网负荷提出高要求的同时却难以在夜间用电低谷时间发挥削峰填谷的作用。

交流慢充的技术门槛低，对电网基础设施要求低，因而可以廉价、快速部署到家庭和单位用户，这一方式非常适合日常通勤有固定交流慢充车位的用户所采纳，但却要求电动车用户拥有安装充电装置的车位，考虑到消防安全，车位产权，电力布线等实际问题，这对很多业已规划成熟的居住小区来说落实起来难度较大。同时，交流慢充的方式不适合用户作为行驶途中的电力补充方式，难以满足电动车用户对车辆灵活多样的全方位需求。

移动充电车通过将载有充电设备的车辆直接行驶至待充电车辆旁边为其现场充电的方式以帮助电动车用户在其他充换电方式都不能满足需求的情况下完成对车辆的电力补充。该方案要求提供该服务的企业投入大量的人力、物力以使得这一充电方案能够随时随地可用，并且往往需要付出动辄半小时以上的充电时长加之充电车往来的等候时间，这一充电方案在为用户充电地点提供了自由性的同时依然不能帮助客户解决充电等待的问题，用户依然需要耗费时间精力以完成充电过程。技术上来看，充电车的电力来源要么是内燃机发电机的现场发电，要么是由事先预充的电池包放电，前者的发电效率和多次电力转换效率都表现得不经济，长期来看，该方案也不具有经济上的可持续性，而更多地是作为一种临时的应急措施存在而难以做大规模推广。

综上，我们看到，作为下一代清洁能源出行工具的电动车在当前的充换电体验上依然有着诸多不足，因此亟需一系列能极大地方便电动车充换电的技术方案以加速电动汽车的普及。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电系统，其特点在于，其包括车载终端、用户终端、运营业务管理平台和电池终端；

所述用户终端用于供电动汽车用户输入指定的待用电池的信息，并将电池使用请求连同拟使用的电动汽车的车辆信息发送给运营业务管理平台，其中，所述电池使用请求包括输入的指定的待用电池的信息和拟使用的电动汽车的车辆信息；

所述运营业务管理平台用于确认指定的待用电池的电池状态是否可用、车辆信息是否合法、以及指定的待用电池与车辆是否匹配，在均为是时解锁指定的待用电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他可用电池信息、可用充电设施信息或暂停服务；

所述用户终端用于供电动汽车用户将指定的待用电池引导至待更换电池的电动汽车位置；

所述运营业务管理平台用于监测指定的待用电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定指定的待用电池并上报非法操作信息；

所述运营业务管理平台用于通知电动汽车上待卸载的动力电池的电池终端在指定区域内完成动力电池的卸载，通知指定的待用电池的电池终端在指定区域内完成电池到电动汽车的装载。

较佳地，所述输入指定的待用电池的信息的输入方式是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信输入、或其它能实现电池信息输入的方式。

较佳地，所述用户终端用于供充电设施用户输入待充电的指定电池的信息，并将为该待充电的指定电池提供充电服务的请求连同拟使用的充电设施信息发送至运营业务管理平台；

所述运营业务管理平台用于确认待充电的指定电池的电池状态是否可充电、充电设施是否合法、以及待充电的指定电池与充电设施是否匹配，在均为是时控制待充电的指定电池的电池终端解锁待充电的指定电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他待充电电池信息、可用充电设施信息或暂停服务；

所述用户终端用于供充电设施用户将待充电的指定电池引导至充电设施位置；

所述运营业务管理平台用于监测待充电的指定电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定待充电的指定电池并上报非法操作信息；

所述运营业务管理平台用于在待充电的指定电池接入充电设施充好电后控制待充电的指定电池的电池终端将待充电的指定电池行进至运营业务管理平台指定的区域等待指令。

较佳地，所述运营业务管理平台用于在待充电的指定电池接入充电设施时，监测并更新待充电的指定电池状态，并依据系统策略、用户偏好和电网负荷调节充电功率。

较佳地，所述输入待充电的指定电池的信息的输入方式是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信输入、或其它能实现电池信息输入的方式。

本发明还提供一种基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电方法，其特点在于，其包括电池更换流程，电池更换流程包括以下步骤：

s11、电动汽车用户使用用户终端输入指定的待用电池的信息，并将电池使用请求连同拟使用的电动汽车的车辆信息发送给运营业务管理平台，其中，所述电池使用请求包括输入的指定的待用电池的信息和拟使用的电动汽车的车辆信息；

s12、运营业务管理平台确认指定的待用电池的电池状态是否可用、车辆信息是否合法、以及指定的待用电池与车辆是否匹配，若均为是则解锁指定的待用电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他可用电池信息、可用充电设施信息或暂停服务；

s13、电动汽车用户使用用户终端将指定的待用电池引导至待更换电池的电动汽车位置，运营业务管理平台监测指定的待用电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定指定的待用电池并上报非法操作信息，引导的方式可以是电池跟随用户行进，用户通过终端设备遥控，设置路径或其它能够实现电池引导的方式；

s14、电动汽车在指定区域和指定的待用电池汇合，电动汽车上待卸载的动力电池在指定区域内完成电池卸载，此后待卸载的动力电池移动至指定区域内等待；待卸载的动力电池卸载完成后，指定的待用电池在指定区域内完成电池到电动汽车的装载。在电动汽车能同时装配多个动力电池且电池仓位有空余的情况下，电池装卸可以不服从先卸载后安装的顺序。

较佳地，在步骤s11中，所述输入指定的待用电池的信息的输入方式是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信输入、或其它能实现电池信息输入的方式。

较佳地，所述方法还包括电池充电流程，电池充电流程包括以下步骤：

s21、充电设施用户使用用户终端输入待充电的指定电池的信息，并将为待充电的指定电池提供充电服务的请求连同拟使用的充电设施信息发送至运营业务管理平台；

s22、运营业务管理平台确认待充电的指定电池的电池状态是否可充电、充电设施是否合法、以及待充电的指定电池与充电设施是否匹配，在均为是时控制待充电的指定电池的电池终端解锁待充电的指定电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他待充电电池信息、可用充电设施信息或暂停服务；

s23、充电设施用户使用用户终端将待充电的指定电池引导至充电设施位置，运营业务管理平台实时监测待充电的指定电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定待充电的指定电池并上报非法操作信息；

s25、运营业务管理平台在待充电的指定电池接入充电设施充好电后控制待充电的指定电池的电池终端将待充电的指定电池行进至运营业务管理平台指定的区域等待指令。

较佳地，在步骤s23和s25之间包括步骤s24：运营业务管理平台在待充电的指定电池接入充电设施时，监测并更新待充电的指定电池状态，并依据系统策略、用户偏好和电网负荷调节充电功率。

较佳地，在步骤s21中，所述输入待充电的指定电池的信息的输入方式是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信输入、或其它能实现电池信息输入的方式。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

对于电动汽车用户：

本发明使电动车用户充换电地点不再受限于充电桩或换电站的地理位置，任何合法的地点都可实现充换电操作。免去电动车用户的里程焦虑，减少用户寻找充换电设施的时间和等待充换电的时间，减少用户为充换电所做的路径规划，最小化车辆充换电对车辆使用所带来的影响。

由于这一换电模式下电动车用户并不需要拥有动力电池的所有权，而只要求电池的使用权，因而有助于降低电动汽车的购车成本。

对于充电设施提供者：

本发明利用已有充电设施，无需站点硬件建设或对已有设备硬件升级，是对当前已有充电设施利用率的优化升级。对于充电设施拥有人或其他愿意提供充电服务的合法的人或设备来说，提供闲置的充电资源或充电服务能够实现自身的经济收益。对于全社会来说，被分享的充电设施有助于减少充电设施的重复投资。由于仅有充电设施的拥有者、合法的人或设备可以使用充电设施，该发明也有利于充电设施的养护，避免因不恰当使用而造成设备的损坏。

对于电动汽车厂家：

由于该发明所述的换电过程仅依靠车辆和自装卸电池之间的配合，不通过固定的换电站基础设施，本发明也因此不要求各电动汽车厂统一可更换电池规格以适配换电站设计。电动车用户在发起换电需求时仅有电池规格相匹配的电池会收到请求并发出响应。各电动汽车厂家可按照自身需求设计车辆动力电池，有助于各厂家提供丰富、多样化的汽车、电池产品。

对于电网：

本发明不要求对已有电网设施施行改造。由于大部分非营运车辆和大部分汽车电池在大部分时间内都处于待用状态，合理规划大量动力电池的充电策略可以调节电网在时间和空间上的用电负荷不均衡，削峰填谷，提高电力资源的利用率的同时降低社会能源成本。

对于电池：

由于电池的化学性质的内在要求，汽车电池在长期不使用的情景下，或在极端高温、低温环境下充电，都容易发生不可逆转损坏。对于长时间不使用的车辆，合理利用价格机制可以鼓励车主让出闲置电池，保护电池的同时提高全社会的电池使用效率。而对充电设施的合法性认证可以确保电池在恰当的环境中充电，减少因不恰当的充电条件而导致电池的损伤或次生灾害的发生。

通过合理地充电逻辑，减缓电池长期大电流充电所引起的性能下降。

通过对不同寿命阶段的电池定制阶梯电价，可以灵活地促进电池的梯度使用，提高电池利用率。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电池更换流程图。

图2为本发明较佳实施例的电池充电流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种电动汽车充换电系统及方法，使得电动车用户在用车过程中不用规划电动车的充电方案，并使充电设施的拥有者提高充电设备的利用率。在降低电动车的使用门槛的同时提高社会充电资源的利用率。

专利201910837419.5和专利201910836969.5分别提出了一种无须借助外部基础设施即可实现自主安装的汽车动力电池的实现方法和具体实现机构。这两个专利使得动力电池能够独立于电动汽车运作，在进行充电操作的同时不影响电动汽车本身的使用。

为进一步有效利用充电设施，提升电动汽车用户的使用体验，本发明在可自主移动、自主装卸动力电池的基础之上，提出本方案。具体实现方案如下：

用户有两类：电动汽车用户、充电设施用户

含：用户终端、多台装有车载终端和电池安装架的电动汽车、多台装有电池终端的车载动力电池、运营业务管理平台

其中：

用户终端，是用户自有的具有通讯功能的终端设备，用于向运营业务管理平台、车载终端或电池终端发送信息或服务请求，并接受反馈结果。

车载终端，是车辆上的具有通讯功能的终端设备，用于向用户终端、运营业务管理平台或电池终端发送信息或服务请求，并接受反馈结果。

电池安装架，用于安装车载动力电池并配备有锁定机构。

电池终端，是电池上的具有通讯功能的终端设备，用于向用户终端、运营业务管理平台或车载终端发送信息或服务请求，并接受反馈结果。

运营业务管理平台，用于接受并响应用户的充电服务信息或用电需求信息，发布或分配电池供需信息，指挥充电完成后的电池行进至方便电池与汽车安装的指定区域，指挥需要充电的电池行进至方便充电的指定区域；

各模块是分立对接的或一体化集成，用户终端可以是以独立的设备形式存在，也可以是和电池终端或车辆终端集成在一起的形式存在。

基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电系统，包括车载终端、用户终端、运营业务管理平台和电池终端，具备电池更换功能和电池充电功能。

所述电池更换功能(现场调度模式)具体如下：

所述用户终端用于供电动汽车用户输入指定的待用电池的信息(输入方式可以是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信等可以实现信息输入目的手段)，并将电池使用请求连同拟使用的电动汽车的车辆信息发送给运营业务管理平台，其中，所述电池使用请求包括输入的指定的待用电池的信息和拟使用的电动汽车的车辆信息。

所述运营业务管理平台用于确认指定的待用电池的电池状态是否可用、车辆信息是否合法、以及指定的待用电池与车辆是否匹配，在均为是时解锁指定的待用电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他可用电池信息、可用充电设施信息或暂停服务。

所述用户终端用于供电动汽车用户通过遥控、设定目的地、指定路线、用户跟随等模式将指定的待用电池引导至待更换电池的电动汽车位置。

所述运营业务管理平台用于监测指定的待用电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定指定的待用电池并上报非法操作信息。

所述运营业务管理平台用于通知电动汽车上待卸载的动力电池的电池终端在指定区域内完成动力电池的卸载，通知指定的待用电池的电池终端在指定区域内完成电池到电动汽车的装载。

所述电池充电功能(现场调度模式)具体如下：

所述用户终端用于供充电设施用户输入待充电的指定电池的信息(输入方式可以是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信等可以实现信息输入目的手段)，并将为该待充电的指定电池提供充电服务的请求连同拟使用的充电设施信息发送至运营业务管理平台。

所述运营业务管理平台用于确认待充电的指定电池的电池状态是否可充电、充电设施是否合法、以及待充电的指定电池与充电设施是否匹配，在均为是时控制待充电的指定电池的电池终端解锁待充电的指定电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他待充电电池信息、可用充电设施信息或暂停服务。

所述用户终端用于供充电设施用户通过遥控、设定目的地、指定路线、用户跟随等模式将待充电的指定电池引导至充电设施位置。

所述运营业务管理平台用于监测待充电的指定电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定待充电的指定电池并上报非法操作信息。

所述运营业务管理平台用于在待充电的指定电池接入充电设施时，监测并更新待充电的指定电池状态，并依据系统策略、用户偏好和电网负荷调节充电功率。

所述运营业务管理平台用于在待充电的指定电池充好电后控制待充电的指定电池的电池终端将待充电的指定电池行进至运营业务管理平台指定的区域等待指令。

本发明还提供一种基于电池自主装卸技术的电动汽车充换电方法，其包括电池更换流程和电池充电流程。

如图1所示，电池更换流程(现场调度模式)包括以下步骤：

步骤101、电动汽车用户使用用户终端输入指定的待用电池的信息(输入方式可以是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信等可以实现信息输入目的手段)，并将电池使用请求连同拟使用的电动汽车的车辆信息发送给运营业务管理平台，其中，所述电池使用请求包括输入的指定的待用电池的信息和拟使用的电动汽车的车辆信息。

步骤102、运营业务管理平台确认指定的待用电池的电池状态是否可用、车辆信息是否合法、以及指定的待用电池与车辆是否匹配，若均为是则解锁指定的待用电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他可用电池信息、可用充电设施信息或暂停服务。

步骤103、电动汽车用户使用用户终端通过遥控、设定目的地、指定路线、用户跟随等模式将指定的待用电池引导至待更换电池的电动汽车位置，运营业务管理平台监测指定的待用电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定指定的待用电池并上报非法操作信息。

步骤104、电动汽车在指定区域和指定的待用电池汇合，电动汽车上待卸载的动力电池在指定区域内完成电池卸载，此后待卸载的动力电池移动至指定区域内等待；亏电的动力电池卸载完成后，指定的待用电池在指定区域内完成电池到电动汽车的装载。在电动汽车能同时装配多个动力电池且电池仓位有空余的情况下，电池装卸可以不服从先卸载后安装的顺序。

如图2所示，电池充电流程(现场调度模式)包括以下步骤：

步骤201、充电设施用户使用用户终端输入待充电的指定电池的信息(输入方式可以是手动打字输入、语音输入、扫描特征码识别输入、无线电通信等可以实现信息输入目的手段)，并将为待充电的指定电池提供充电服务的请求连同拟使用的充电设施信息发送至运营业务管理平台。

步骤202、运营业务管理平台确认待充电的指定电池的电池状态是否可充电、充电设施是否合法、以及待充电的指定电池与充电设施是否匹配，在均为是时控制待充电的指定电池的电池终端解锁待充电的指定电池，否则下发拒绝信息并根据具体情况推荐其他待充电电池信息、可用充电设施信息或暂停服务。

步骤203、充电设施用户使用用户终端通过遥控、设定目的地、指定路线、用户跟随等模式将待充电的指定电池引导至充电设施位置，运营业务管理平台监测待充电的指定电池的移动操作以确保操作合法，在非法操作发生时锁定待充电的指定电池并上报非法操作信息。

步骤204、运营业务管理平台在待充电的指定电池接入充电设施时，监测并更新待充电的指定电池状态，并依据系统策略、用户偏好和电网负荷调节充电功率。

步骤205、运营业务管理平台在待充电的指定电池充好电后控制待充电的指定电池的电池终端将待充电的指定电池行进至运营业务管理平台指定的区域等待指令。

本发明中：电动汽车用户可以是电动汽车的拥有者，也可以是电动汽车的租用人或其他使用电动汽车并愿意承担充换电工作的合法的人或设备；同样的，充电设施用户可以是充电设施的拥有者，也可以是充电设施的租用人或其他能够获得充电设施资源并愿意承担充电工作的合法的人或设备；电动汽车用户和充电设施用户可以是个人、团体或机构，也可以是具备无人驾驶或无人充电功能的设备。

未在使用中的动力电池可以同时既是待用电池也是待充电电池，其待用或待充电属性取决于运营服务中心的调度决策或用户的使用需求、充电偏好(例如：当剩余电量能够满足用户的电量需求时该电池可以是待用电池，当剩余电量低于充电阈值时该电池可以是待充电电池)。

由于电池自身具有行动能力，动力电池的空间部署是根据市场化的需求而动态调节的过程，因规划不当而造成的电池投放不均匀会随着使用次数的增多而实现动态均衡。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。