淺析住宅小區(qū)電動車與平臺管理系統(tǒng)充電樁的電氣設計

張心志

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：根據(jù)目前對于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，以及國內(nèi)外充電設施的主要類型和技術(shù)參數(shù)。論述地下車庫電動汽車充電樁的供配電系統(tǒng)的設計及設計過程中需要注意的一些問題。

關鍵詞：充電樁；地下車庫；供配電設計；負荷計算　　

0引言

新能源汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展與推廣應用，已是大勢所趨。新能源汽已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的必然方向。我國目前發(fā)展的新能源汽車主要以插電式混合動力汽車和純電動汽車為主。為推廣和使用新能源汽車并加快充電設施的建設，國辦[2015]73號文及建規(guī)[2015]199號文件明確要求：新建住宅配建停車位應100%預留充電設施建設安裝條件。因此，新建住宅小區(qū)地下車庫充電樁規(guī)劃、設計成為民用建筑電氣設計內(nèi)容的一部分。

1配置充電樁的類型及技術(shù)要求

目前，新能源汽車的充電樁主要分為直流充電樁和交流充電樁兩種，俗稱“快充"和“慢充"。直流充電樁有占地面積大，充電電壓高，充電時間較短，投資大等特點。而交流充電樁的特點基本與直流充電樁相反，占地小，可掛墻安裝，充電功率低，充電時間長，投資小等特點。通過比較可知，住宅小區(qū)固定車位充電樁適宜采用交流充電樁，而直流充電樁通常設置在大型商場、辦公樓、繁華市區(qū)等需要快速充電的區(qū)域。

2 供配電系統(tǒng)設計

2.1 充電設施專用變壓器容量計算

SΣ=Kt*Kx*Cn*（Kn*Pn+Km*Pm）/（η* cosφ）

式中：SΣ--變壓器總安裝容量（kVA）；η--變壓器負載率，取0.70-0.75；cosφ--補償后功率因數(shù)，取0.95；Pn --交流充電樁（慢充）安裝功率，取7.0KW；Pm-直流充電樁（快充）安裝功率，取60kW作為基數(shù)（一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW）； Kn--慢充停車位配置比例系數(shù)（即，實際慢充停車位數(shù)量/小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量），近期系數(shù)取0.20，遠期系數(shù)取0.45；Km-快充停車位配置數(shù)量比例系數(shù)（即，實際快充停車位數(shù)量/小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量），近期系數(shù)取0.02，遠期系數(shù)取0.045；Kx--充電樁需要系數(shù)，充電樁數(shù)量（慢充+快充），5-10個，取0.75-0.85；10-50個，取0.55-0.65；50個以上，取0.4-0.45；Kt--充電樁同時使用系數(shù)，充電樁數(shù)量（慢充+快充），5-50個，取0.85-0.90；50個以上，取0.6-0.7；Cn --小區(qū)規(guī)劃停車位數(shù)量。

目前，充電設備在國內(nèi)大范圍應用還比較少，沒有先例可查，同時系數(shù)Kt和需要系數(shù)Kx很難選取。Kt和Kx的選取主要與下面因數(shù)關：1）電動車的使用情況：目前電動汽車總體數(shù)量不多，充電設備本身的利用率不高；各建筑具體情況不相同。2）即使同時充電，各電動車之間的電池狀態(tài)、性能等各不相同。3）另外，小區(qū)交流充電樁（慢充）和直流充電樁（快充）一般使用時間在不同時段。設計人員應結(jié)合各地電動車的發(fā)展情況和工程實際，合理選取。

2.2 配電設計

(1)充電樁總電源宜采用低壓系統(tǒng)供電，接地采用TN-S系統(tǒng)。（2）交流充電樁宜按防火分區(qū)配電，每個防火分區(qū)均宜設置電動汽車充電樁區(qū)域配電柜、末端配電箱。區(qū)域配電柜和末端配電箱設計有三種形式：一、按100%配置全部設計安裝到位；二、按20%配置全部設計安裝到位（區(qū)域配電柜—末端配電柜—充電樁），其他80%僅考慮路由、土建等條件；三、按20%配置僅區(qū)域配電柜設計安裝到位，末端配電箱取消，區(qū)域配電柜采用放射式直接供電至充電樁，其它80%僅考慮路由、土建等條件。（3）各防火分區(qū)區(qū)域配電柜宜安裝在設置充電樁車位附近的強電間內(nèi)，其系統(tǒng)圖如圖1所示。為保證末端充電設備安全，末端配電箱低壓斷路器應設置短路保護和剩余電流保護功能，其剩余電流保護額定動作電流為30mA，動作時間≤0.1s。

圖 1 電動汽車充電設施配電系統(tǒng)圖

2.3 電能質(zhì)量

電動汽車充電樁的充電過程為非線性的負荷變化過程，設計時應考慮充電設施對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，并采取有效的抑制措施，將注入公網(wǎng)的諧波控制在規(guī)定范圍內(nèi)。為保障電能質(zhì)量的要求，所采取的措施如下：（1）增加充電機整流裝置的脈動數(shù)。（2）低壓配電系統(tǒng)中設置有源濾波器裝置，功率因數(shù)補償電容器組配置電抗器。（3）專用變壓器接線組別為D，yn11，且負荷率不高于70%。（4）為改善三相用電設備的平衡度，單相交流充電樁負荷應均衡的分配到三相上，盡量使三相負荷平衡。（4）變電所低壓配電柜出線至

各區(qū)域充電樁配電柜距離不宜超過200m。

2.4 配電線路設計

根據(jù)充電樁配電柜的數(shù)量在專用變電所低壓柜出線設置相應數(shù)量的單獨饋線回路直接供電。饋線電纜宜銅芯電纜或銅芯電線，三相配電回路應選用五芯電纜，單相配電回路應選用三芯電纜。電動汽車充電設施配電線路宜采用金屬槽盒敷設，當電動汽車充電樁位置帶定時，金屬槽盒應能到達所有停車位，以滿足100%預留充電設施條件。

3 充電樁設施的布置原則

電動汽車與充電設備之間應保證安裝距離：充電設備安裝在車側(cè)且不妨礙車門開啟時，充電設備外輪（含防撞設施）距電動汽車凈距不應小于0.4m（；妨礙車門開啟時，充電設備外輪（含防撞設施）距電動汽車凈距不應小于0.6m；充電設備安裝在車尾時，充電設備外輪（含防撞設施）距電動汽車凈距不應小于0.5m。充電設備安裝應預留檢修與操作空間，其檢修操作面與建（構(gòu)）筑物之間距離不應小于0.8m。其充電設備布置如（圖2）

圖 2 充電1設備布置示意

4 監(jiān)控及通信

民用建筑電動汽車充電設施監(jiān)控系統(tǒng)由控制層、間隔層及網(wǎng)絡設備構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)較小時，可根據(jù)實際需要進行簡化。控制層能提供充電設施內(nèi)各運行系統(tǒng)的人機界面，應實現(xiàn)相應信息的收集和實時顯示、設備的遠方控制、以及數(shù)據(jù)的存儲、查詢和統(tǒng)計等，并可與相關系統(tǒng)通信。間隔層能采集設備運行狀態(tài)及運行數(shù)據(jù)，上傳至控制層，并接收和執(zhí)行控制層的控制命令。