新能源汽車充電樁在某商業(yè)綜合體地下車庫的電氣設計

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)設計時供電容量選擇的方法、配電的示例及電能質量、監(jiān)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(tǒng)

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(chǎn)業(yè)的發(fā)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(fā)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(guī)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(chǎn)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(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。地下機動車庫位于地下室一層,共設車位總數(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(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(jù)電池管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù),動態(tài)調整充電參數(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(tài)的指示,能夠顯示輸出電壓、輸出電流、電能量等信息,故障時應有相應的告警信息;(4)具有實現(xiàn)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(tǒng)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(shù)和實現(xiàn)手動控制的功能和界面:(2)能顯示各狀態(tài)下的相關信息，包括運行狀態(tài)、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(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。結合目前電動汽車使用情況及公寓、商業(yè)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(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(jù)目前主流產(chǎn)品的技術規(guī)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(yè)車位車流特點及商業(yè)運營管理維護的因素，商業(yè)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(qū)內。交流充電樁的停車位分散設置于各車庫防火分區(qū)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(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(guī)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(chǎn)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(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(shù)(K)由充電樁數(shù)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(fā)展的容量裕度,并綜合考慮經(jīng)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(tǒng)供電,負荷等級為三級,接地采用TN-S系統(tǒng)。(2)各防火分區(qū)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(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置相應數(shù)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(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(wǎng)*主要的電能質量影響即為造成諧波和引起電網(wǎng)功率因數(shù)的下降。為保障電能質量的要求,所采取的措施如下:(1)低壓配電系統(tǒng)中設置有源濾波裝置,功率因數(shù)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(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)由車庫充電樁設置區(qū)域內已經(jīng)設置的相關末端監(jiān)控點位來兼顧。(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施,預留對外上傳數(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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(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數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，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(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應用場所

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

5.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：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施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)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(qū)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(fā)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(xiàn)場問題。

5.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)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(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

5.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)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(yōu)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(huán)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(shù)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(tǒng)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(guī)范標準的要求,密切跟蹤新產(chǎn)品及技術的發(fā)展,并不斷做出優(yōu)化調整,做到技術,經(jīng)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(guī)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(fā)［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(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊

［5] 陳恩.某商業(yè)綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設計

安科瑞唐曉娟13774431042