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韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:根據實(shí)例，結合目前地區對于新能源汽車(chē)發(fā)展規劃及政策，分析小區地下室電動(dòng)汽車(chē)充電樁設計的合理性、實(shí)用性和前瞻性，探索住宅地下車(chē)庫充電樁設計所需要注意的一些問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:住宅小區地下車(chē)庫；新能源汽車(chē)；自用交流充電樁；配電系統；配電規劃

0引言

新能源汽車(chē)包括插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)，我國目前發(fā)展的新能源汽車(chē)主要以前兩種為主。新能源汽車(chē)的快速大量發(fā)展，要求相應配套的基礎設施———電動(dòng)汽車(chē)充電樁大量建設?！秶鴦?wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車(chē)的推廣應用的指導意見(jiàn)》提出以住宅居住地、駐車(chē)停車(chē)位配套充電設施建設為主，城市公共停車(chē)位配套建設充電設施為輔的要求?！陡＝ㄊ∪嗣耜P(guān)于加快新能源汽車(chē)推廣應用八條措施》、《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》提出“樁站先行"，要求新建住宅配建停車(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%。因此，新建住宅小區地下車(chē)庫充電樁規劃、設計成為民用建筑電氣設計內容的一個(gè)重要的環(huán)節。

1住宅小區配置的充電樁以及設置技術(shù)要求

交流電動(dòng)汽車(chē)充電樁是為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機提供交流電源的裝置，交流充電樁供電電源應采用220V交流電壓，額定電流不應大于32A，宜采用放射式供電。家用充電樁產(chǎn)品主要有額定輸出電流為16A、32A兩種，即輸出功率為3.5kW、7kW。交流充電樁應具有為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機提供安全可靠的交流電源的能力，能顯示充電狀態(tài)、電量和計費等信息，具備急停開(kāi)關(guān)，可以使用該裝置緊急切斷輸出電源；具備過(guò)負荷、短路和漏電保護功能，自檢及故障報警功能；充電異常時(shí)具有自切斷功能；具備組成監控管理系統的通訊能力。交流充電樁的電源進(jìn)線(xiàn)宜采用阻燃電纜及電纜護管,并應安裝具有漏電保護功能的空氣開(kāi)關(guān)；多臺交流充電樁的電源接線(xiàn)應考慮供電電源的三相平衡；交流充電樁的保護接地端子應可靠接地；應該具備配套設置環(huán)境的自身防護功能。

交流充電樁的低壓配電接地系統宜采用TN-S系統；低壓進(jìn)出線(xiàn)斷路器宜具有短路瞬時(shí)、短路短延時(shí)、短路長(cháng)延時(shí)和接地保護功能，宜設分勵脫扣裝置，不宜設置失壓脫扣裝置或低壓脫扣裝置。充電樁配電系統設計還應該滿(mǎn)足《建筑設計防火規范》、《低壓配電設計規范》等各民用建筑電氣設計規范。

2某大型小區地下車(chē)庫充電樁的配電設計

2.1項目情況及設計規劃

該項目為福建省某市一個(gè)較大型的住宅區，建筑面積約34萬(wàn)㎡，地下車(chē)庫設計車(chē)位數為2265個(gè)，按《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》以及當地規劃部門(mén)要求，當地新建住宅小區先期按20%車(chē)位數建設電動(dòng)汽車(chē)充電設施，遠期逐步建設，需預留100%車(chē)位數充電設施的建設條件?？紤]到小區建設周期較短，結合目前當地新能源汽車(chē)發(fā)展情況以及近期發(fā)展規劃，如果直接獨立建設小區充電樁供電的變配電所，設置20%車(chē)位數的充電樁,不可避免地會(huì )帶來(lái)建設設施的閑置。因此，把先期20%車(chē)位數的充電樁電源連接至住宅變電所，適當提高分布在小區的5個(gè)住宅變電所容量。把先期20%車(chē)位數的電動(dòng)汽車(chē)充電樁分步建設，按需設置。同時(shí)在小區相對位置預留一個(gè)獨立變配電室,用于將來(lái)100%建設充電樁的電源[1]

2.2充電樁所需輸入總容量核算

先期建設的20%停車(chē)位數的充電樁數量為453個(gè)充電樁。

單個(gè)充電樁輸入容量:

式中:P———單臺交流充電樁的輸出功率；S———單臺交流充電樁的輸入容量；cosφ———交流充電樁功率因素，取0.9；η———交流充電樁效率98%（+車(chē)載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標準）。小區先期20%停車(chē)位數的充電樁所需總容量（理想狀況，注3）:

小區遠期100%停車(chē)位數的充電樁所需總容量（理想狀況，注3）:

式中:P1～n為各臺交流充電樁的輸出功率；SΣ為交流充電樁的輸入總容量；cosφ為交流充電樁功率因素，取0.9；η為交流充電樁效率（車(chē)載充電機），交流充電樁效率98%（+車(chē)載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標準）；K1為交流充電樁同時(shí)工作系數，取0.6（見(jiàn)注1）；K2為交流充電樁同時(shí)工作系數，取0.35（見(jiàn)注2）。

注1:按目前市面純電動(dòng)汽車(chē)，充一次電行駛里程150～250km，按某市規模，人均用車(chē)里程約為50km/d，3～5d充一次電，453個(gè)充電樁同時(shí)充電概率為33%～20%?？紤]到先期建設的453車(chē)位均分到5個(gè)住宅變電所，每個(gè)變電所提供約90個(gè)充電樁負荷容量，因此取同時(shí)系數為0.6。

注2:按目前市面純電動(dòng)汽車(chē)，充一次電行駛里程150～250km，按某市規模，人均用車(chē)里程約為50km/天，3～5d充一次電，2265個(gè)充電樁同時(shí)充電概率為33%～20%。遠期規劃一個(gè)充電樁變電配電室供電，考慮到電池技術(shù)的進(jìn)步以及使用電動(dòng)汽車(chē)的概率，因此取同時(shí)系數為0.35。

注3:在計算充電樁配電所需輸入容量是以理想的交流充電樁所能提供的輸出功率為基礎。實(shí)際使用中，普通家用電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機的輸入功率要比交流充電樁所提供的輸出功率要小，因此實(shí)際所需的輸入容量應該比理想計算值要小。

2.3先期配置20%車(chē)位數充電樁的配電

按預設計，平均每個(gè)住宅變電所提供90～100個(gè)充電樁供電負荷，總負荷約480kVA。按地下室規劃，每個(gè)變電所提供地下車(chē)庫4～5個(gè)防火分區的車(chē)位，每個(gè)防火分區20～30個(gè)充電樁（根據不同防火分區停車(chē)位數量不同）。

2.4遠期100%配置充電樁的配電規劃

根據前面負荷計算，充電樁變電所預計規劃設計8臺800kVA變壓器(理想狀況)。同理，在應用中應考慮實(shí)際使用情況，后期容量配置建議根據先期20%數量的充電樁運行情況，包括電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機的技術(shù)、電池技、充電樁監測管理技術(shù)，為后期100%車(chē)位數的充電樁如何計算提供參考數據，結合實(shí)際應用參數來(lái)規劃遠期充電樁負荷容量配置。

電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展不是臺階性的，而應該是曲線(xiàn)增加，根據這種情況，預留的充電樁電源變壓器可以考慮以逐臺安裝，梯階容量配置。

3地下車(chē)庫充電樁設計幾個(gè)需要注意的問(wèn)題

大多自用電動(dòng)汽車(chē)在夜間充電，電動(dòng)汽車(chē)充電樁接入住宅供電網(wǎng)絡(luò )，增大了住宅供電的負荷。而且充電設備是非線(xiàn)性負載，大量的電動(dòng)汽車(chē)充電樁的接入，不可避免地產(chǎn)生諧波，對住宅用電用戶(hù)甚至供電網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生影響。在設計中應對設備接入點(diǎn)，接入數量以及運營(yíng)管理綜合考慮，避免影響正常住宅用電使用功能。

本工程中，先期20%車(chē)位數充電樁的配電引自各個(gè)住宅變電所，可以根據運營(yíng)實(shí)測情況考慮在配電總控箱增設末端有源濾波裝置，防止諧波影響其他低壓用戶(hù)。另一方面，電動(dòng)汽車(chē)使用和充電時(shí)間特性對住宅供電網(wǎng)絡(luò )有填谷功能，一定程度上改善了住宅小區內的電力負荷曲線(xiàn)，提高了供電網(wǎng)絡(luò )的經(jīng)濟效益，又能達到環(huán)保目的[3]。

住宅地下車(chē)庫內充電樁設置，應優(yōu)先考慮靠墻車(chē)位，壁掛式充電機安裝高度應該適當提高，或者結合業(yè)主需求，避免設置不合理。非靠墻車(chē)位，應優(yōu)先考慮明裝在柱子上，應該避免影響消防栓等其他重要功能設施。中間無(wú)法安裝壁掛式充電樁的車(chē)位,可以考慮一樁兩充，或者一樁三充、四充的充電樁，這樣避免大量充電樁占據位置，影響車(chē)位的正常使用。

住宅小區地下車(chē)庫人防區內的設置，應該符合人防的相關(guān)規范。壁掛的充電樁在人防防護墻上應該避免開(kāi)洞等其他破壞人防防護結構的措施。人防區內設置的相應的配電、充電樁設施，應該提前規劃設計，施工預留好孔洞。穿越人防防護結構墻體的線(xiàn)纜應該提前設計規劃,預埋好穿套管等，做好防護密閉等措施，防止后期建設破壞人防建設設施和防護結構。住宅小區地下車(chē)庫安裝大量電動(dòng)汽車(chē)充電樁需要注意消防安全等問(wèn)題，設計中應該嚴格選擇符合標準的充電樁設備、電氣設備。

4.安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

4.1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。

4.2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。

4.3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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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。

4.5系統硬件配置

5結語(yǔ)

對某大型小區地下車(chē)庫充電樁配電設計方案綜合考慮設計，作了現實(shí)發(fā)展和實(shí)用性能的配電規劃。先期的20%的充電樁電源連接至住宅供電電源。遠期100%充電樁電源，預留獨立的配電室，既減輕了甲方前期在經(jīng)濟上的超前投入，以免造成的資源的閑置占用和浪費，也考慮了短期實(shí)際使用需求。新能源汽車(chē)發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，人為超前地制定經(jīng)濟發(fā)展的規劃，一方面體現了決心和執行能力，另一方面也帶來(lái)了一些弊端，造成國民經(jīng)濟的超前投入和資源浪費。因此，結合設計中一個(gè)簡(jiǎn)單的應用實(shí)例，期望為經(jīng)濟、環(huán)境、節能的綜合發(fā)展應用做出努力，探討電動(dòng)汽車(chē)充電樁配電設計，供同行參考。

參考文獻:

[1]雷黎，劉權彬.電動(dòng)汽車(chē)使用對電網(wǎng)負荷曲線(xiàn)的影響初探[J].電機技術(shù)，2000(1):37-39

[2]徐挺挺.電動(dòng)汽車(chē)充電站的諧波治理[J].上海電力，2011(3):49-50

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.5版

[4]池強穩.某大型小區地下車(chē)庫電動(dòng)汽車(chē)充電樁配電設計探討

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.