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更新時(shí)間：2023-07-03
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吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：根據(jù)目前對(duì)于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，以及國(guó)內(nèi)外充電設(shè)施的主要類型和技術(shù)參數(shù)。論述地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電樁的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的一些問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：充電樁；地下車庫(kù)；供配電設(shè)計(jì)；負(fù)荷計(jì)算
0 引言
新能源汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展與推廣應(yīng)用，已是大勢(shì)所趨。新能源汽已經(jīng)成為未來(lái)汽車發(fā)展的必然方向。我國(guó)目前發(fā)展的新能源汽車主要以插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車為主。為推廣和使用新能源汽車并加快充電設(shè)施的建設(shè)，國(guó)辦[2015]73號(hào)文及建規(guī)[2015]199號(hào)文件明確要求：新建住宅配建停車位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施建設(shè)安裝條件。因此，新建住宅小區(qū)地下車庫(kù)充電樁規(guī)劃、設(shè)計(jì)成為民用建筑電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的一部分。
1 配置充電樁的類型及技術(shù)要求
目前，新能源汽車的充電樁主要分為直流充電樁和交流充電樁兩種，俗稱“快充"和“慢充"。直流充電樁有占地面積大，充電電壓高，充電時(shí)間較短，投資大等特點(diǎn)。而交流充電樁的特點(diǎn)基本與直流充電樁相反，占地小，可掛墻安裝，充電功率低，充電時(shí)間長(zhǎng)，投資小等特點(diǎn)。通過(guò)比較可知，住宅小區(qū)固定車位充電樁適宜采用交流充電樁，而直流充電樁通常設(shè)置在大型商場(chǎng)、辦公樓、繁華市區(qū)等需要快速充電的區(qū)域。
2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 充電設(shè)施專用變壓器容量計(jì)算
SΣ=Kt*Kx*Cn*（Kn*Pn+Km*Pm）/（η* cosφ）
式中：SΣ--變壓器總安裝容量（kVA）；η--變壓器負(fù)載率，取0.70-0.75；cosφ--補(bǔ)償后功率因數(shù)，取0.95；Pn --交流充電樁（慢充）安裝功率，取7.0KW；Pm-直流充電樁（快充）安裝功率，取60kW作為基數(shù)（一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW）； Kn--慢充停車位配置比例系數(shù)（即，實(shí)際慢充停車位數(shù)量/小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量），近期系數(shù)取0.20，遠(yuǎn)期系數(shù)取0.45；Km-快充停車位配置數(shù)量比例系數(shù)（即，實(shí)際快充停車位數(shù)量/小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量），近期系數(shù)取0.02，遠(yuǎn)期系數(shù)取0.045；Kx--充電樁需要系數(shù)，充電樁數(shù)量（慢充+快充），5-10個(gè)，取0.75-0.85；10-50個(gè)，取0.55-0.65；50個(gè)以上，取0.4-0.45；Kt--充電樁同時(shí)使用系數(shù)，充電樁數(shù)量（慢充+快充），5-50個(gè)，取0.85-0.90；50個(gè)以上，取0.6-0.7；Cn --小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量。
目前，充電設(shè)備在國(guó)內(nèi)大范圍應(yīng)用還比較少，沒(méi)有先例可查，同時(shí)系數(shù)Kt和需要系數(shù)Kx很難選取。Kt和Kx的選取主要與下面因數(shù)關(guān)：1）電動(dòng)車的使用情況：目前電動(dòng)汽車總體數(shù)量不多，充電設(shè)備本身的利用率不高；各建筑具體情況不相同。2）即使同時(shí)充電，各電動(dòng)車之間的電池狀態(tài)、性能等各不相同。3）另外，小區(qū)交流充電樁（慢充）和直流充電樁（快充）一般使用時(shí)間在不同時(shí)段。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合各地電動(dòng)車的發(fā)展情況和工程實(shí)際，合理選取。
2.2 配電設(shè)計(jì)
(1)充電樁總電源宜采用低壓系統(tǒng)供電，接地采用TN-S系統(tǒng)。（2）交流充電樁宜按防火分區(qū)配電，每個(gè)防火分區(qū)均宜設(shè)置電動(dòng)汽車充電樁區(qū)域配電柜、末端配電箱。區(qū)域配電柜和末端配電箱設(shè)計(jì)有三種形式：一、按100%配置全部設(shè)計(jì)安裝到位；二、按20%配置全部設(shè)計(jì)安裝到位（區(qū)域配電柜—末端配電柜—充電樁），其他80%僅考慮路由、土建等條件；三、按20%配置僅區(qū)域配電柜設(shè)計(jì)安裝到位，末端配電箱取消，區(qū)域配電柜采用放射式直接供電至充電樁，其它80%僅考慮路由、土建等條件。（3）各防火分區(qū)區(qū)域配電柜宜安裝在設(shè)置充電樁車位附近的強(qiáng)電間內(nèi)，其系統(tǒng)圖如圖1所示。為保證末端充電設(shè)備安全，末端配電箱低壓斷路器應(yīng)設(shè)置短路保護(hù)和剩余電流保護(hù)功能，其剩余電流保護(hù)額定動(dòng)作電流為30mA，動(dòng)作時(shí)間≤0.1s。
圖 1 電動(dòng)汽車充電設(shè)施配電系統(tǒng)圖
2.3 電能質(zhì)量
電動(dòng)汽車充電樁的充電過(guò)程為非線性的負(fù)荷變化過(guò)程，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮充電設(shè)施對(duì)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，并采取有效的抑制措施，將注入公網(wǎng)的諧波控制在規(guī)定范圍內(nèi)。為保障電能質(zhì)量的要求，所采取的措施如下：（1）增加充電機(jī)整流裝置的脈動(dòng)數(shù)。（2）低壓配電系統(tǒng)中設(shè)置有源濾波器裝置，功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組配置電抗器。（3）專用變壓器接線組別為D，yn11，且負(fù)荷率不高于70%。（4）為改善三相用電設(shè)備的平衡度，單相交流充電樁負(fù)荷應(yīng)均衡的分配到三相上，盡量使三相負(fù)荷平衡。（4）變電所低壓配電柜出線至
各區(qū)域充電樁配電柜距離不宜超過(guò)200m。
2.4 配電線路設(shè)計(jì)
根據(jù)充電樁配電柜的數(shù)量在專用變電所低壓柜出線設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的單獨(dú)饋線回路直接供電。饋線電纜宜銅芯電纜或銅芯電線，三相配電回路應(yīng)選用五芯電纜，單相配電回路應(yīng)選用三芯電纜。電動(dòng)汽車充電設(shè)施配電線路宜采用金屬槽盒敷設(shè)，當(dāng)電動(dòng)汽車充電樁位置帶定時(shí)，金屬槽盒應(yīng)能到達(dá)所有停車位，以滿足100%預(yù)留充電設(shè)施條件。
3 充電樁設(shè)施的布置原則
電動(dòng)汽車與充電設(shè)備之間應(yīng)保證安裝距離：充電設(shè)備安裝在車側(cè)且不妨礙車門開啟時(shí)，充電設(shè)備外輪（含防撞設(shè)施）距電動(dòng)汽車凈距不應(yīng)小于0.4m（；妨礙車門開啟時(shí)，充電設(shè)備外輪（含防撞設(shè)施）距電動(dòng)汽車凈距不應(yīng)小于0.6m；充電設(shè)備安裝在車尾時(shí)，充電設(shè)備外輪（含防撞設(shè)施）距電動(dòng)汽車凈距不應(yīng)小于0.5m。充電設(shè)備安裝應(yīng)預(yù)留檢修與操作空間，其檢修操作面與建（構(gòu)）筑物之間距離不應(yīng)小于0.8m。其充電設(shè)備布置如（圖2）
圖 2 充電1設(shè)備布置示意
4 監(jiān)控及通信
民用建筑電動(dòng)汽車充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)由控制層、間隔層及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)較小時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。控制層能提供充電設(shè)施內(nèi)各運(yùn)行系統(tǒng)的人機(jī)界面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)信息的收集和實(shí)時(shí)顯示、設(shè)備的遠(yuǎn)方控制、以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢和統(tǒng)計(jì)等，并可與相關(guān)系統(tǒng)通信。間隔層能采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，上傳至控制層，并接收和執(zhí)行控制層的控制命令。
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.3.1系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
5.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
5.4.3交易管理
平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。
5.4.4故障管理
設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。
5.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
5.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送
5.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
5.5系統(tǒng)硬件配置
6結(jié)語(yǔ)
為了我國(guó)汽車能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，應(yīng)普及電動(dòng)汽車充電設(shè)備的建設(shè)。未來(lái)幾年電動(dòng)汽車充電設(shè)施的設(shè)計(jì)仍會(huì)是電氣設(shè)計(jì)師們關(guān)注的重點(diǎn)。地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)定設(shè)置配套的充電樁。電氣設(shè)計(jì)師應(yīng)立足規(guī)范，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，密切跟蹤新產(chǎn)品及技術(shù)的發(fā)展，不斷優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案，做到經(jīng)濟(jì)合理。
參考文獻(xiàn)
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張安鋒,王文靜.論住宅小區(qū)電動(dòng)汽車充電樁的電氣設(shè)計(jì).《建筑學(xué)研究前沿》2017年第26.
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.
作者簡(jiǎn)介
吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)工作
當(dāng)前位置：
