韓歡慶

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(lèi)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(chē)庫電動(dòng)汽車(chē)充電樁的供配電系統設計時(shí)供電容量選擇的方法、配電的示例及電能質(zhì)量、監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

0引言

民用建筑電動(dòng)汽車(chē)充電設備配套設施作為電動(dòng)汽車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。加大建設電動(dòng)汽車(chē)設備配套設施的力度,是加快電動(dòng)汽車(chē)推廣的必要條件也是地方政策所積極侶導的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設的指導意見(jiàn)》(國辦發(fā)2015]73號)及福建省地方政策《福建省電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設運營(yíng)管理暫行辦法》明確規定:新建住宅配建停車(chē)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(chǎn)權停車(chē)泊位不應低于總車(chē)位的20%。大型公共建筑物配建停車(chē)場(chǎng)、社會(huì )公共停車(chē)場(chǎng)建設充電設施或預留建設安裝條件的車(chē)位比例不低于10%。因此汽車(chē)充電樁的配電設計是今后民用建筑地下車(chē)庫電氣設計設置的內容。本文將以商業(yè)綜合體地下車(chē)庫為背景介紹商業(yè)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(yè)、展覽、soho公寓,屬于商業(yè)綜合體。地址位于福建省福州市。地下機動(dòng)車(chē)庫位于地下室一層,共設車(chē)位總數1243個(gè)。

2采用的充電樁類(lèi)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(chē)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(chēng)“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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池充電的裝置;交流充電樁俗稱(chēng)“慢充",固定安裝在地面,為具備車(chē)載充電機的電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)態(tài)調整充電參數、自動(dòng)完成充電過(guò)程的功能;(2)具有判斷充電機與電動(dòng)汽車(chē)是否正確連接的功能,當檢測到充電接口連接異常時(shí)，立即停止充電;(3)具有待機、充電、充滿(mǎn)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(shí)應有相應的告警信息;(4)具有實(shí)現手動(dòng)輸入的設備;(5)具備交流輸入過(guò)欠壓保護、交流輸入過(guò)流保護、直流輸出過(guò)壓保護、直流輸出過(guò)流保護、內部過(guò)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(dòng)復位。

交流充電樁的功能應符合下列要求:(1)具有外部手動(dòng)設置參數和實(shí)現手動(dòng)控制的功能和界面:(2)能顯示各狀態(tài)下的相關(guān)信息，包括運行狀態(tài)、充電電量和計費信息;(3)具備急停開(kāi)關(guān),在充電過(guò)程中可使用使用該裝置緊急切斷輸出電源;(4)具備過(guò)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(guò)程中,充電連接異常時(shí),交流充電樁應立即自動(dòng)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(dòng)汽車(chē)充電樁配置需求主要為soho公寓及商業(yè)的私人電動(dòng)汽車(chē)。結合目前電動(dòng)汽車(chē)使用情況及公寓、商業(yè)人流習慣,本工程公寓用私人電動(dòng)汽車(chē)主要采用交流充電樁(慢充),商業(yè)用私人電動(dòng)汽車(chē)主要采用直流充電樁(快充)。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟技術(shù)分析對比,直流充電樁和交流充電樁配置比例為1:4。根據目前主流產(chǎn)品的技術(shù)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(chē)位125個(gè)。

考慮到商業(yè)車(chē)位車(chē)流特點(diǎn)及商業(yè)運營(yíng)管理維護的因素，商業(yè)用直流充電樁的停車(chē)位集中設置于地下車(chē)庫出入口的防火分區內。交流充電樁的停車(chē)位分散設置于各車(chē)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(chē)位時(shí)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(chē)位優(yōu)先選擇“后有擋墻"可垂直后退停車(chē)的車(chē)位(如圖1)，其次為兩排背靠背垂直后退停車(chē)的車(chē)位(如圖3)，或選擇臨近車(chē)位間有安裝空間的車(chē)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(chē)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(chē)輛的充電和通行，同時(shí)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(mǎn)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(chǎn)生積水的場(chǎng)所,并不應設在廁所、浴室等場(chǎng)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(wú)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(shí)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(guò)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(fā)展的容量裕度,并綜合考慮經(jīng)濟運行時(shí)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(chē)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(xiàn)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(dòng)作電流為30mA,動(dòng)作時(shí)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(xiàn)設置相應數量的獨立饋線(xiàn)回路直接供電。饋線(xiàn)電纜采用阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)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(zhì)量

電動(dòng)汽車(chē)充電樁的充電過(guò)程為非線(xiàn)性的負荷變化過(guò)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(xiàn)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(gè)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(chē)庫充電樁設置區域內已經(jīng)設置的相關(guān)末端監控點(diǎn)位來(lái)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(shí)施,預留對外上傳數據的通信接口,并納入建筑物業(yè)管理綜合信息平臺進(jìn)行設計，不另設控制室。

5安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)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(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據層和客戶(hù)端層。

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

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)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(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)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(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，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(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)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(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)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(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)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(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

5.5系統硬件配置

6結束語(yǔ)

綜上所述,在民用建筑地下車(chē)庫汽車(chē)充電樁的電氣設計時(shí),應嚴格遵循相關(guān)政策、規范標準的要求,密切跟蹤新產(chǎn)品及技術(shù)的發(fā)展,并不斷做出優(yōu)化調整,做到技術(shù),經(jīng)濟合理。

參考文獻

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

［2］國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設的指導意見(jiàn)(國辦發(fā)［2015］73號)

［3] 劉錫正．電動(dòng)汽車(chē)充電設備綜合評價(jià)指標體系研究[D].北京交通大學(xué),2012

［4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊

［5] 陳恩.某商業(yè)綜合體地下車(chē)庫電動(dòng)汽車(chē)充電樁的電氣設計

作者簡(jiǎn)介:

韓歡慶，女,現任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事于電瓶車(chē)充電樁系統研發(fā)與應用.

注：禁止非法改裝