關(guān)于某小區(qū)地下車庫電動(dòng)汽車充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:根據(jù)實(shí)例，結(jié)合目前地區(qū)對于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，分析小區(qū)地下室電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)用性和前瞻性，探索住宅地下車庫充電樁設(shè)計(jì)所需要注意的一些問題。

關(guān)鍵詞:住宅小區(qū)地下車庫；新能源汽車；自用交流充電樁；配電系統(tǒng)；配電規(guī)劃

0引言

新能源汽車包括插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車，我國目前發(fā)展的新能源汽車主要以前兩種為主。新能源汽車的快速大量發(fā)展，要求相應(yīng)配套的基礎(chǔ)設(shè)施———電動(dòng)汽車充電樁大量建設(shè)?！秶鴦?wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車的推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出以住宅居住地、駐車停車位配套充電設(shè)施建設(shè)為主，城市公共停車位配套建設(shè)充電設(shè)施為輔的要求。《福建省人民關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用八條措施》、《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營管理暫行辦法》提出“樁站先行"，要求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%。因此，新建住宅小區(qū)地下車庫充電樁規(guī)劃、設(shè)計(jì)成為民用建筑電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

1住宅小區(qū)配置的充電樁以及設(shè)置技術(shù)要求

交流電動(dòng)汽車充電樁是為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)提供交流電源的裝置，交流充電樁供電電源應(yīng)采用220V交流電壓，額定電流不應(yīng)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(yīng)具有為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)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(jì)費(fèi)等信息，具備急停開關(guān)，可以使用該裝置緊急切斷輸出電源；具備過負(fù)荷、短路和漏電保護(hù)功能，自檢及故障報(bào)警功能；充電異常時(shí)具有自切斷功能；具備組成監(jiān)控管理系統(tǒng)的通訊能力。交流充電樁的電源進(jìn)線宜采用阻燃電纜及電纜護(hù)管,并應(yīng)安裝具有漏電保護(hù)功能的空氣開關(guān)；多臺(tái)交流充電樁的電源接線應(yīng)考慮供電電源的三相平衡；交流充電樁的保護(hù)接地端子應(yīng)可靠接地；應(yīng)該具備配套設(shè)置環(huán)境的自身防護(hù)功能。

交流充電樁的低壓配電接地系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)；低壓進(jìn)出線斷路器宜具有短路瞬時(shí)、短路短延時(shí)、短路長延時(shí)和接地保護(hù)功能，宜設(shè)分勵(lì)脫扣裝置，不宜設(shè)置失壓脫扣裝置或低壓脫扣裝置。充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)該滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》等各民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范。

2某大型小區(qū)地下車庫充電樁的配電設(shè)計(jì)

2.1項(xiàng)目情況及設(shè)計(jì)規(guī)劃

該項(xiàng)目為福建省某市一個(gè)較大型的住宅區(qū)，建筑面積約34萬㎡，地下車庫設(shè)計(jì)車位數(shù)為2265個(gè)，按《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營管理暫行辦法》以及當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門要求，當(dāng)?shù)匦陆ㄗ≌^(qū)先期按20%車位數(shù)建設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施，遠(yuǎn)期逐步建設(shè)，需預(yù)留100%車位數(shù)充電設(shè)施的建設(shè)條件?？紤]到小區(qū)建設(shè)周期較短，結(jié)合目前當(dāng)?shù)匦履茉雌嚢l(fā)展情況以及近期發(fā)展規(guī)劃，如果直接獨(dú)立建設(shè)小區(qū)充電樁供電的變配電所，設(shè)置20%車位數(shù)的充電樁,不可避免地會(huì)帶來建設(shè)設(shè)施的閑置。因此，把先期20%車位數(shù)的充電樁電源連接至住宅變電所，適當(dāng)提高分布在小區(qū)的5個(gè)住宅變電所容量。把先期20%車位數(shù)的電動(dòng)汽車充電樁分步建設(shè)，按需設(shè)置。同時(shí)在小區(qū)相對位置預(yù)留一個(gè)獨(dú)立變配電室,用于將來100%建設(shè)充電樁的電源[1]

2.2充電樁所需輸入總?cè)萘亢怂?/p>

先期建設(shè)的20%停車位數(shù)的充電樁數(shù)量為453個(gè)充電樁。

單個(gè)充電樁輸入容量:

式中:P———單臺(tái)交流充電樁的輸出功率；S———單臺(tái)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%（+車載充電機(jī)效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)）。小區(qū)先期20%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）:

小區(qū)遠(yuǎn)期100%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）:

式中:P1～n為各臺(tái)交流充電樁的輸出功率；SΣ為交流充電樁的輸入總?cè)萘浚籧osφ為交流充電樁功率因素，取0.9；η為交流充電樁效率（車載充電機(jī)），交流充電樁效率98%（+車載充電機(jī)效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)）；K1為交流充電樁同時(shí)工作系數(shù)，取0.6（見注1）；K2為交流充電樁同時(shí)工作系數(shù)，取0.35（見注2）。

注1:按目前市面純電動(dòng)汽車，充一次電行駛里程150～250km，按某市規(guī)模，人均用車?yán)锍碳s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(shè)的453車位均分到5個(gè)住宅變電所，每個(gè)變電所提供約90個(gè)充電樁負(fù)荷容量，因此取同時(shí)系數(shù)為0.6。

注2:按目前市面純電動(dòng)汽車，充一次電行駛里程150～250km，按某市規(guī)模，人均用車?yán)锍碳s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(yuǎn)期規(guī)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)汽車的概率，因此取同時(shí)系數(shù)為0.35。

注3:在計(jì)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(chǔ)。實(shí)際使用中，普通家用電動(dòng)汽車車載充電機(jī)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(yīng)該比理想計(jì)算值要小。

2.3先期配置20%車位數(shù)充電樁的配電

按預(yù)設(shè)計(jì)，平均每個(gè)住宅變電所提供90～100個(gè)充電樁供電負(fù)荷，總負(fù)荷約480kVA。按地下室規(guī)劃，每個(gè)變電所提供地下車庫4～5個(gè)防火分區(qū)的車位，每個(gè)防火分區(qū)20～30個(gè)充電樁（根據(jù)不同防火分區(qū)停車位數(shù)量不同）。

2.4遠(yuǎn)期100%配置充電樁的配電規(guī)劃

根據(jù)前面負(fù)荷計(jì)算，充電樁變電所預(yù)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì)8臺(tái)800kVA變壓器(理想狀況)。同理，在應(yīng)用中應(yīng)考慮實(shí)際使用情況，后期容量配置建議根據(jù)先期20%數(shù)量的充電樁運(yùn)行情況，包括電動(dòng)汽車車載充電機(jī)的技術(shù)、電池技、充電樁監(jiān)測管理技術(shù)，為后期100%車位數(shù)的充電樁如何計(jì)算提供參考數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用參數(shù)來規(guī)劃遠(yuǎn)期充電樁負(fù)荷容量配置。

電動(dòng)汽車的發(fā)展不是臺(tái)階性的，而應(yīng)該是曲線增加，根據(jù)這種情況，預(yù)留的充電樁電源變壓器可以考慮以逐臺(tái)安裝，梯階容量配置。

3地下車庫充電樁設(shè)計(jì)幾個(gè)需要注意的問題

大多自用電動(dòng)汽車在夜間充電，電動(dòng)汽車充電樁接入住宅供電網(wǎng)絡(luò)，增大了住宅供電的負(fù)荷。而且充電設(shè)備是非線性負(fù)載，大量的電動(dòng)汽車充電樁的接入，不可避免地產(chǎn)生諧波，對住宅用電用戶甚至供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)中應(yīng)對設(shè)備接入點(diǎn)，接入數(shù)量以及運(yùn)營管理綜合考慮，避免影響正常住宅用電使用功能。

本工程中，先期20%車位數(shù)充電樁的配電引自各個(gè)住宅變電所，可以根據(jù)運(yùn)營實(shí)測情況考慮在配電總控箱增設(shè)末端有源濾波裝置，防止諧波影響其他低壓用戶。另一方面，電動(dòng)汽車使用和充電時(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(qū)內(nèi)的電力負(fù)荷曲線，提高了供電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益，又能達(dá)到環(huán)保目的[3]。

住宅地下車庫內(nèi)充電樁設(shè)置，應(yīng)優(yōu)先考慮靠墻車位，壁掛式充電機(jī)安裝高度應(yīng)該適當(dāng)提高，或者結(jié)合業(yè)主需求，避免設(shè)置不合理。非靠墻車位，應(yīng)優(yōu)先考慮明裝在柱子上，應(yīng)該避免影響消防栓等其他重要功能設(shè)施。中間無法安裝壁掛式充電樁的車位,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(jù)位置，影響車位的正常使用。

住宅小區(qū)地下車庫人防區(qū)內(nèi)的設(shè)置，應(yīng)該符合人防的相關(guān)規(guī)范。壁掛的充電樁在人防防護(hù)墻上應(yīng)該避免開洞等其他破壞人防防護(hù)結(jié)構(gòu)的措施。人防區(qū)內(nèi)設(shè)置的相應(yīng)的配電、充電樁設(shè)施，應(yīng)該提前規(guī)劃設(shè)計(jì)，施工預(yù)留好孔洞。穿越人防防護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的線纜應(yīng)該提前設(shè)計(jì)規(guī)劃,預(yù)埋好穿套管等，做好防護(hù)密閉等措施，防止后期建設(shè)破壞人防建設(shè)設(shè)施和防護(hù)結(jié)構(gòu)。住宅小區(qū)地下車庫安裝大量電動(dòng)汽車充電樁需要注意消防安全等問題，設(shè)計(jì)中應(yīng)該嚴(yán)格選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的充電樁設(shè)備、電氣設(shè)備。

4.安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)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(shí)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。

4.2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)。

4.3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(shí)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(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)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(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)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(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)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(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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)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。

4.4.3交易管理

平臺(tái)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。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)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。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)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。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)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(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7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(shí)可接收故障推送

4.4.8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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

對某大型小區(qū)地下車庫充電樁配電設(shè)計(jì)方案綜合考慮設(shè)計(jì)，作了現(xiàn)實(shí)發(fā)展和實(shí)用性能的配電規(guī)劃。先期的20%的充電樁電源連接至住宅供電電源。遠(yuǎn)期100%充電樁電源，預(yù)留獨(dú)立的配電室，既減輕了甲方前期在經(jīng)濟(jì)上的超前投入，以免造成的資源的閑置占用和浪費(fèi)，也考慮了短期實(shí)際使用需求。新能源汽車發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，人為超前地制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)劃，一方面體現(xiàn)了決心和執(zhí)行能力，另一方面也帶來了一些弊端，造成國民經(jīng)濟(jì)的超前投入和資源浪費(fèi)。因此，結(jié)合設(shè)計(jì)中一個(gè)簡單的應(yīng)用實(shí)例，期望為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、節(jié)能的綜合發(fā)展應(yīng)用做出努力，探討電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)，供同行參考。

參考文獻(xiàn):

[1]雷黎，劉權(quán)彬.電動(dòng)汽車使用對電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響初探[J].電機(jī)技術(shù)，2000(1):37-39

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

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.5版

[4]池強(qiáng)穩(wěn).某大型小區(qū)地下車庫電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)探討