任運(yùn)業(yè)

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(jù)因家、地方政策及項(xiàng)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(tǒng)設(shè)計(jì)時供電容量選擇的方法、配電的示例及電能質(zhì)量、監(jiān)控等方面采取的措施。

關(guān)鍵詞:交流充電樁 直流充電樁 充電樁配置供配電系統(tǒng)

0引言

民用建筑電動汽車充電設(shè)備配套設(shè)施作為電動汽車重要的載體，其普及率、實(shí)用性和互換性直接關(guān)系到新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。加大建設(shè)電動汽車設(shè)備配套設(shè)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(dǎo)的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》(國辦發(fā)2015]73號)及福建省地方政策《福建省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營管理暫行辦法》明確規(guī)定:新建住宅配建停車位應(yīng)100%建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留建設(shè)安裝條件，且已建設(shè)充電設(shè)施的非固定產(chǎn)權(quán)停車泊位不應(yīng)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(shè)充電設(shè)施或預(yù)留建設(shè)安裝條件的車位比例不低于10%。因此汽車充電樁的配電設(shè)計(jì)是今后民用建筑地下車庫電氣設(shè)計(jì)設(shè)置的內(nèi)容。本文將以商業(yè)綜合體地下車庫為背景介紹商業(yè)綜合體地下室充電樁的電氣設(shè)計(jì)。

1項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目主要功能商業(yè)、展覽、soho公寓,屬于商業(yè)綜合體。地址位于福建省福州市。地下機(jī)動車庫位于地下室一層,共設(shè)車位總數(shù)1243個。

2采用的充電樁類型及功能要求

目前充電設(shè)施主要可分為傳導(dǎo)式充電和快速更換電池，而民用建筑內(nèi)車庫的充電設(shè)施常采用傳導(dǎo)式充電。傳導(dǎo)式充電充電設(shè)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(wǎng)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(jī)的電動汽車提供交流電能的裝置。

直流充電樁的功能應(yīng)符合下要求:(1)具有根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù),動態(tài)調(diào)整充電參數(shù)、自動完成充電過程的功能;(2)具有判斷充電機(jī)與電動汽車是否正確連接的功能,當(dāng)檢測到充電接口連接異常時，立即停止充電;(3)具有待機(jī)、充電、充滿等狀態(tài)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(yīng)有相應(yīng)的告警信息;(4)具有實(shí)現(xiàn)手動輸入的設(shè)備;(5)具備交流輸入過欠壓保護(hù)、交流輸入過流保護(hù)、直流輸出過壓保護(hù)、直流輸出過流保護(hù)、內(nèi)部過溫保護(hù)等功能;(6)具備本地和遠(yuǎn)方緊急停機(jī)功能;緊急停機(jī)后系統(tǒng)應(yīng)手動復(fù)位。

交流充電樁的功能應(yīng)符合下列要求:(1)具有外部手動設(shè)置參數(shù)和實(shí)現(xiàn)手動控制的功能和界面:(2)能顯示各狀態(tài)下的相關(guān)信息，包括運(yùn)行狀態(tài)、充電電量和計(jì)費(fèi)信息;(3)具備急停開關(guān),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(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)功能,具備自檢及故障報(bào)警功能;(5)在充電過程中,充電連接異常時,交流充電樁應(yīng)立即自動切斷電源。

3充電樁配置方案及布置要求

根據(jù)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(yè)的私人電動汽車。結(jié)合目前電動汽車使用情況及公寓、商業(yè)人流習(xí)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(yè)用私人電動汽車主要采用直流充電樁(快充)。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析對比,直流充電樁和交流充電樁配置比例為1:4。根據(jù)目前主流產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格及配置比例要求,項(xiàng)目選用35kW的直流充電樁25臺,7kW的交流充電樁100臺,共設(shè)充電車位125個。

考慮到商業(yè)車位車流特點(diǎn)及商業(yè)運(yùn)營管理維護(hù)的因素，商業(yè)用直流充電樁的停車位集中設(shè)置于地下車庫出入口的防火分區(qū)內(nèi)。交流充電樁的停車位分散設(shè)置于各車庫防火分區(qū)內(nèi)。充電樁的布置宜靠近上級供配電設(shè)備,以縮短供電電纜的路徑。

設(shè)置充電樁的停車位時應(yīng)考慮充電樁安裝空間,充電樁宜墻或柱布置。設(shè)置充電樁的停車位優(yōu)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(shè)備布置示意圖2充電設(shè)備布置示意

圖3充電設(shè)備布置示意

充電樁應(yīng)靠近充電位布置,應(yīng)便于充電車輛停放和充電人員操作。設(shè)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(yīng)妨礙其他車輛的充電和通行，同時應(yīng)采取保護(hù)充電樁及操作人員安全的措施。綜合目前主流充電樁規(guī)格尺寸，圖1～3中充電樁預(yù)留安裝空間宜滿足表1。

充電樁安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離排水溝、并及地漏等地勢低洼易產(chǎn)生積水的場所,并不應(yīng)設(shè)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(chǔ)應(yīng)高出地面0.2m及以上,應(yīng)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(tǒng)

4.1供電容量的選擇

考慮到充電樁配電系統(tǒng)需安裝有源濾波無功補(bǔ)償裝置,coso可以達(dá)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(shù)(K)由充電樁數(shù)量決定,取值范圍0.5~0.8。則本項(xiàng)目充電樁總計(jì)算負(fù)荷S.為1069KVA。

本項(xiàng)目充電樁總負(fù)荷超過所接入的配電變壓器的容量30%，且其設(shè)備負(fù)荷諧波含量較大,故采用10kV供電電壓等級供電,設(shè)充電樁變壓器。由已知充電樁總計(jì)算負(fù)荷S，預(yù)留有一定負(fù)荷發(fā)展的容量裕度,并綜合考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時變壓器負(fù)載率,則選擇變壓器額定容量Sx≥S:/βu。Bn為變壓器*佳負(fù)荷率,取0.7。則本項(xiàng)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(shè)計(jì)

（1）充電樁總電源采用0.4kV低壓系統(tǒng)供電,負(fù)荷等級為三級,接地采用TN-S系統(tǒng)。(2)各防火分區(qū)內(nèi)充電樁用配電箱,安裝在設(shè)置充電樁車位附近的室內(nèi)強(qiáng)電間內(nèi)。為保證末端充電設(shè)備安全,配電箱向充電樁供電的出線回路均設(shè)置短路保護(hù)和剩余電流保護(hù)功能的低壓斷路器,其剩余電流保護(hù)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(tǒng)示意圖如圖4。(3)根據(jù)充電樁配電箱的數(shù)量在變電所低壓柜出線設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的獨(dú)立饋線回路直接供電。饋線電纜采用阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,其截面根據(jù)配電箱容量確定。

4充電樁配電箱的系統(tǒng)示意圖

4．3電能質(zhì)量

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

4.4監(jiān)控與通信

（1）充電監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)和安防監(jiān)控系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成了充電樁監(jiān)控系統(tǒng)。(2)充電樁供電監(jiān)控系統(tǒng)納入到本項(xiàng)目的變配電監(jiān)控系統(tǒng)中，安防監(jiān)控系統(tǒng)由車庫充電樁設(shè)置區(qū)域內(nèi)已經(jīng)設(shè)置的相關(guān)末端監(jiān)控點(diǎn)位來兼顧。(3)充電監(jiān)控系統(tǒng)為充電自帶系統(tǒng),由充電供貨商同步實(shí)施,預(yù)留對外上傳數(shù)據(jù)的通信接口,并納入建筑物業(yè)管理綜合信息平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，不另設(shè)控制室。

5安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時監(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。同時對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，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)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應(yīng)用場所

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)

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)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4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)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)時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

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

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時監(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，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時可查看每個站點(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)時監(jiān)控

實(shí)時監(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(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)備自動上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時運(yùn)維人員可通過運(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)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時間、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)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時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)束語

綜上所述,在民用建筑地下車庫汽車充電樁的電氣設(shè)計(jì)時,應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)政策、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求,密切跟蹤新產(chǎn)品及技術(shù)的發(fā)展,并不斷做出優(yōu)化調(diào)整,做到技術(shù),經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)

［1] 民用建筑電動汽車充設(shè)備配套設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范DBJ50－218－2015．

［2］國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(國辦發(fā)［2015］73號)

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

［4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊

［5] 陳恩.某商業(yè)綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設(shè)計(jì)

作者簡介:

任運(yùn)業(yè),男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。