1.需求產生

汽車尾氣的排放占據了城市空氣污染30%的比例，這也是緣何全球都將注意力集中在了“電動汽車”的發展上的原因，然而，更大的問題將擺在這一充滿前景的市場面前，如何實現快速的充電-否則，汽車的運行將失去動力,而電動汽車的未來美好藍圖也無法實施。

充電站的需求應運而生，自動倉儲式電池充電系統能夠實現采用電池更換模式的電動車電池以箱為單位的電池自動出入庫管理；采用RFID（無線射頻電子標簽）實現電池的自動識別與物流管理；電池架與充電機相連，實現貨位上的電池自動檢測與充電管理。提高電動車換電站自動化水平、提高場地利用率、減輕電池更換的工作量。

貝加萊與國內某知名研究院共同完成了國內首個自動倉儲式充換電站，并為當地電動公交車提供充換電服務。

2.充電站構成

充電站由輸入傳送帶、移載機、充電機、專用堆垛機、電池架、充電連接器、RFID檢測器、輸出傳送帶等構成，如下圖：

當車輛進行補充充電時，將需要充電的電池從車輛上卸下，安裝已充滿電的電池，車輛即離開繼續運營，對卸載下的電池采用地面充電系統進行補充充電。當車輛采用電池更換充電方式進行電能補給時，更換下來的電池箱接入地面充電系統，充電系統的結構設計為單箱充電。

2.1充電系統構成

單個的充電系統由充電機、電池組、電源管理單元、煙霧報警、直流電源構成，如下圖：

每個單獨的充電單元有CAN總線接口與監控網絡進行連接，并通過RS485或CAN總線來與電池管理單元進行通信，因此，控制系統網絡需配置為CAN總線接口與RS485接口的連接。

2.2系統控制模式

為了滿足各種充放電工作狀態的需要，系統分為四種工作模式：

2.2.1手動控制

堆垛機的手動控制是由操作人員，通過操作堆垛機電控柜上的觸摸屏，直接操作堆垛機進行水平運行、載貨臺升降、貨叉存取貨物三種動作。

2.2.2單機自動控制

操作人員在出入庫端通過堆垛機電控柜上的觸摸屏，輸入入(出)庫指令,堆垛機將自動完成入(出)庫作業。

2.2.3聯機自動（配合）

管理計算機自動分配出入庫貨位地址，通過監控計算機發出作業命令，由光通信器將作業命令傳輸至堆垛機PLC，自動控制堆垛機完成一次作業。并將運行過程及工作狀態返回監控計算機，顯示在顯示器上。

2.2.4應急消防模式

當電池發生燃燒事故時，由煙感傳感器檢測報警，由人工操作切換到應急消防模式，可以由堆垛機按照指令將燃燒的電池取出，由入庫輸送線將電池輸送至電池庫門口，由叉車取走進行處理。

2.3電池的存取移栽機控制

為了便于對電池進行存取控制，系統由2個鏈條式移栽機分別負責入庫與出庫的管理，當電池被放入入庫后，通過一個ACOPOSinverter變頻電機驅動輸送到相應的位置，而推入裝置由另一臺ACOPOSinverter驅動變頻電機驅動將電池推入到堆垛機中，然后在堆垛機中對電池進行對應的倉儲倉位的移動和插入，當需要取出某個倉位的電池后，由出庫移栽機進行驅動控制，總計4臺ACOPOSinverter負責2個部分的電池在倉庫中的存取操作。

2.4電氣系統結構圖

整個系統的監控由一臺APC620進行控制，它負責對PLC設備的數據進行采集，并運行基于Windows的數據采集與電站管理系統軟件WMS，并且對系統的報警與安全狀態進行實時的監控，記錄充電與存取數據，并對系統進行歷史記錄及報表、日志的存檔與管理。

2.5堆垛機控制平臺

對于系統的堆垛機必須滿足高可靠、快速定位與平穩輸送的功能，以確保整個系統的高效運行，其運行由一臺X20CP1486控制，通過EthernetPOWERLINK連接B&RACOPOS伺服驅動器，負責在水平和垂直兩個方向進行運動，貨叉則根據大小兩種規格提供了2個小型由ACOPOSinverter進行控制的交流異步電機。

其系統控制框架圖如下：

管理系統根據當前電池需求變化以及預先設計的手動指令規劃為系統提供充電和換電任務，在獲得相關數據與信息后，任務規劃會定義電池的存放位置給PLC，PLC控制伺服驅動器對X,Y軸運動將電池送入到合適的位置，也會根據任務取出已經充電完成的電池并根據需要輸送到輸出傳送帶上。

2.6系統通訊網絡結構

2.6.1自動化立體充電倉儲庫的每排電池架單元通過CAN接口與電池的BMS進行通訊。所有監控計算機通過局域網和歷史數據服務器相連，用于記錄和統計所有充電機和電池的數據。

2.6.2.ID掃描設備為Profibus接口的產品，B&RX20系統提供豐富的總線通信模塊，包括Profibus,CAN,RS485等，可根據實際第三方設備的總線接口自由選配，即使在未來更換不同的供應商產品也可以選擇不同的接口對應。

2.6.3.滿足快速的定位需要，堆垛機的伺服軸之間采用了100Mbps的實時以太網EthernetPOWERLINK,其數據響應快，抖動小，并且支持熱插拔和冗余等功能。

2.7安全保護裝置

為了確保系統的穩定運行，并保護電池及設備，系統包含了多種安全保護裝置，相應的信號如水平運行等由編碼器、接近開關、溫度、壓力等信號輸入系統，由分布式I/O系統X20對系統對相應的數據進行采集并控制，其安全保護信號保護以下：

●水平運行保護

●升降運行保護

●斷繩保護裝置

●松繩過載保護裝置

●貨物虛實探測

●聯鎖保護

●失壓保護

●過熱保護

●維護安全保護

3.系統電氣系統配置

3.1硬件配置

●B&RAPC620                                                             1臺

●AutomationPanel用于系統狀態的監控                   1個

●X20CP1486                                                               1塊

●配置有Profibus通信模塊+Modbus通信模塊          2塊

●ACOPOS伺服驅動器                                               2臺

●ACOPOSinverter                                                      6臺

●工業以太網交換機                                                    1臺

3.2系統配置圖

4.系統特點

4.1AutomationStudio全集成開發平臺

貝加萊的AutomationStudio是一個全集成的開發平臺，包括了對人機界面、PLC、運動控制、網絡的編程，并且它支持從項目配置、編程、診斷、維護等整個系統的全生命周期的服務，這使得AutomationStudio能夠在一個軟件平臺上完成整個項目的開發任務，而無需學習多個軟件或在軟件間進行切換和設計接口，其內部完全無縫連接。

4.2完美兼容第三方設備

貝加萊的X20系統PLC可支持各種主流的現場總線接口，并且標配了實時通信網絡POWERLINK，具有很高的開放性，主流的現場總線如Profibus-DP,DeviceNet、CANopen、Modbus，包括對FDT/DTM的支持能力，即使未來更新或升級不同的第三方設備，也會能夠做到完全的支持能力。

4.3IT-Based維護技術

由于未來的充電站必然要進行統一的集中管理，以便能夠對整個城市的數十個甚至數百個進行集中的數據監控和訪問，而B&RX20PLC內嵌的VNCServer,FTPServer,WebServer等，在無需額外增加成本的情況下，借用通用的Internet或3G（GPRS/CDMA）網絡進行訪問和統一的管理。

5.系統運行狀態

第一個由貝加萊與國內某知名研究院共同完成的國內首個自動倉儲式充換電站于2011年10月成功運行，可以裝載2種大小規格的電池總計84個磷酸鐵鋰電池進行充電，換電時間8～15分鐘（根據電池不同而不同），并且可以實現充電，滿足了當地全電動公交車和一些公務電動車的充電任務，并且占地面積小，系統效率高。這個標志性的項目的成功也將成功推向更多的城市。