新能源汽車充電樁在某商業綜合體地下車庫的電氣設計

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:本文介紹了目前常用充電樁類型及功能,根據因家、地方政策及項目的具體情況介紹充電樁配置方案及布置要求，論述了地下車庫電動汽車充電樁的供配電系統設計時供電容量選擇的方法、配電的示例及電能質量、監控等方面采取的措施。

關鍵詞:交流充電樁 直流充電樁 充電樁配置供配電系統

0引言

民用建筑電動汽車充電設備配套設施作為電動汽車重要的載體，其普及率、實用性和互換性直接關系到新能源汽車產業的發展。加大建設電動汽車設備配套設施的力度,是加快電動汽車推廣的必要條件也是地方政策所積極侶導的《國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》(國辦發2015]73號)及福建省地方政策《福建省電動汽車充電基礎設施建設運營管理暫行辦法》明確規定:新建住宅配建停車位應100%建設充電設施或預留建設安裝條件，且已建設充電設施的非固定產權停車泊位不應低于總車位的20%。大型公共建筑物配建停車場、社會公共停車場建設充電設施或預留建設安裝條件的車位比例不低于10%。因此汽車充電樁的配電設計是今后民用建筑地下車庫電氣設計設置的內容。本文將以商業綜合體地下車庫為背景介紹商業綜合體地下室充電樁的電氣設計。

1項目概況

該項目主要功能商業、展覽、soho公寓,屬于商業綜合體。地址位于福建省福州市。地下機動車庫位于地下室一層,共設車位總數1243個。

2采用的充電樁類型及功能要求

目前充電設施主要可分為傳導式充電和快速更換電池，而民用建筑內車庫的充電設施常采用傳導式充電。傳導式充電充電設施又可分為直流充電樁和交流充電樁:直流充電樁俗稱“快充"，固定安裝在地面,將電網交流電能交變換為直流電能,并為電動汽車動力蓄電池充電的裝置;交流充電樁俗稱“慢充",固定安裝在地面,為具備車載充電機的電動汽車提供交流電能的裝置。

直流充電樁的功能應符合下要求:(1)具有根據電池管理系統提供的數據,動態調整充電參數、自動完成充電過程的功能;(2)具有判斷充電機與電動汽車是否正確連接的功能,當檢測到充電接口連接異常時，立即停止充電;(3)具有待機、充電、充滿等狀態的指示,能夠顯示輸出電壓、輸出電流、電能量等信息,故障時應有相應的告警信息;(4)具有實現手動輸入的設備;(5)具備交流輸入過欠壓保護、交流輸入過流保護、直流輸出過壓保護、直流輸出過流保護、內部過溫保護等功能;(6)具備本地和遠方緊急停機功能;緊急停機后系統應手動復位。

交流充電樁的功能應符合下列要求:(1)具有外部手動設置參數和實現手動控制的功能和界面:(2)能顯示各狀態下的相關信息，包括運行狀態、充電電量和計費信息;(3)具備急停開關,在充電過程中可使用使用該裝置緊急切斷輸出電源;(4)具備過負荷保護、短路保護和漏電保護功能,具備自檢及故障報警功能;(5)在充電過程中,充電連接異常時,交流充電樁應立即自動切斷電源。

3充電樁配置方案及布置要求

根據本工程的功能情況，電動汽車充電樁配置需求主要為soho公寓及商業的私人電動汽車。結合目前電動汽車使用情況及公寓、商業人流習慣,本工程公寓用私人電動汽車主要采用交流充電樁(慢充),商業用私人電動汽車主要采用直流充電樁(快充)。經過經濟技術分析對比,直流充電樁和交流充電樁配置比例為1:4。根據目前主流產品的技術規格及配置比例要求,項目選用35kW的直流充電樁25臺,7kW的交流充電樁100臺,共設充電車位125個。

考慮到商業車位車流特點及商業運營管理維護的因素，商業用直流充電樁的停車位集中設置于地下車庫出入口的防火分區內。交流充電樁的停車位分散設置于各車庫防火分區內。充電樁的布置宜靠近上級供配電設備,以縮短供電電纜的路徑。

設置充電樁的停車位時應考慮充電樁安裝空間,充電樁宜墻或柱布置。設置充電樁的停車位優先選擇“后有擋墻"可垂直后退停車的車位(如圖1)，其次為兩排背靠背垂直后退停車的車位(如圖3)，或選擇臨近車位間有安裝空間的車位(如圖2)。

圖1充電設備布置示意圖2充電設備布置示意

圖3充電設備布置示意

充電樁應靠近充電位布置,應便于充電車輛停放和充電人員操作。設備外廓距充電位邊緣的凈距不宜小于0.4m。充電樁的布置不應妨礙其他車輛的充電和通行，同時應采取保護充電樁及操作人員安全的措施。綜合目前主流充電樁規格尺寸，圖1～3中充電樁預留安裝空間宜滿足表1。

充電樁安裝位置應遠離排水溝、并及地漏等地勢低洼易產生積水的場所,并不應設在廁所、浴室等場所的正下方及貼鄰。落地式充電樁安裝基礎應高出地面0.2m及以上,應垂直安裝于與地平面垂直的立面,偏差垂直位置的誤差≤5°,并安裝防撞裝置。

4充電樁的供配電系統

4.1供電容量的選擇

考慮到充電樁配電系統需安裝有源濾波無功補償裝置,coso可以達到0.95,充電樁容量折算采用公式:S=P/(cosq*m),式中"為充電樁的工作效率,取0.85。

充電樁總配電容量采用公式:Sc=K*(ΣS*+ΣSm),充電樁同時系數(K)由充電樁數量決定,取值范圍0.5~0.8。則本項目充電樁總計算負荷S.為1069KVA。

本項目充電樁總負荷超過所接入的配電變壓器的容量30%，且其設備負荷諧波含量較大,故采用10kV供電電壓等級供電,設充電樁變壓器。由已知充電樁總計算負荷S，預留有一定負荷發展的容量裕度,并綜合考慮經濟運行時變壓器負載率,則選擇變壓器額定容量Sx≥S:/βu。Bn為變壓器*佳負荷率,取0.7。則本項目充電樁變壓器容量S~為1527KVA,選用兩臺800KVA千式變壓器。

4.2配電設計

（1）充電樁總電源采用0.4kV低壓系統供電,負荷等級為三級,接地采用TN-S系統。(2)各防火分區內充電樁用配電箱,安裝在設置充電樁車位附近的室內強電間內。為保證末端充電設備安全,配電箱向充電樁供電的出線回路均設置短路保護和剩余電流保護功能的低壓斷路器,其剩余電流保護額定動作電流為30mA,動作時間不大于0.1S。充電樁配電箱的系統示意圖如圖4。(3)根據充電樁配電箱的數量在變電所低壓柜出線設置相應數量的獨立饋線回路直接供電。饋線電纜采用阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電力電纜,其截面根據配電箱容量確定。

4充電樁配電箱的系統示意圖

4．3電能質量

電動汽車充電樁的充電過程為非線性的負荷變化過程，其對電網*主要的電能質量影響即為造成諧波和引起電網功率因數的下降。為保障電能質量的要求,所采取的措施如下:(1)低壓配電系統中設置有源濾波裝置,功率因數補充電容器組配置電抗器。(2)變壓器接線組別為D,yn11,且負荷率不高于70%。(3)單相交流充電樁負荷均衡分配到三相上，使三相負荷保持平衡。

4.4監控與通信

（1）充電監控系統、供電監控系統和安防監控系統三個子系統組成了充電樁監控系統。(2)充電樁供電監控系統納入到本項目的變配電監控系統中，安防監控系統由車庫充電樁設置區域內已經設置的相關末端監控點位來兼顧。(3)充電監控系統為充電自帶系統,由充電供貨商同步實施,預留對外上傳數據的通信接口,并納入建筑物業管理綜合信息平臺進行設計，不另設控制室。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

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系統硬件配置

6結束語

綜上所述,在民用建筑地下車庫汽車充電樁的電氣設計時,應嚴格遵循相關政策、規范標準的要求,密切跟蹤新產品及技術的發展,并不斷做出優化調整,做到技術,經濟合理。

參考文獻

［1] 民用建筑電動汽車充設備配套設施設計規范DBJ50－218－2015．

［2］國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見(國辦發［2015］73號)

［3] 劉錫正．電動汽車充電設備綜合評價指標體系研究[D].北京交通大學,2012

［4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊

［5] 陳恩.某商業綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設計

作者簡介:

任運業,男,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。