新能源汽车充电桩在某商业综合体地下车库的电气设计

摘要:本文介绍了目前常用充电桩类型及功能,根据因家、地方政策及项目的具体情况介绍充电桩配置方案及布置要求，论述了地下车库电动汽车充电桩的供配电系统设计时供电容量选择的方法、配电的示例及电能质量、监控等方面采取的措施。

关键词:交流充电桩直流充电桩充电桩配置供配电系统

0引言

民用建筑电动汽车充电设备配套设施作为电动汽车重要的载体，其普及率、实用性和互换性直接关系到新能源汽车产业的发展。加大建设电动汽车设备配套设施的力度,是加快电动汽车推广的必要条件也是地方政策所积极侣导的《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》(国办发2015]73号)及福建省地方政策《福建省电动汽车充电基础设施建设运营管理暂行办法》明确规定:新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件，且已建设充电设施的非固定产权停车泊位不应低于总车位的20%。大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%。因此汽车充电桩的配电设计是今后民用建筑地下车库电气设计设置的内容。本文将以商业综合体地下车库为背景介绍商业综合体地下室充电桩的电气设计。

1项目概况

该项目主要功能商业、展览、soho公寓,属于商业综合体。地址位于福建省福州市。地下机动车库位于地下室一层,共设车位总数1243个。

2采用的充电桩类型及功能要求

目前充电设施主要可分为传导式充电和快速更换电池，而民用建筑内车库的充电设施常采用传导式充电。传导式充电充电设施又可分为直流充电桩和交流充电桩:直流充电桩俗称“快充”，固定安装在地面,将电网交流电能交变换为直流电能,并为电动汽车动力蓄电池充电的装置;交流充电桩俗称“慢充”,固定安装在地面,为具备车载充电机的电动汽车提供交流电能的装置。

直流充电桩的功能应符合下要求:(1)具有根据电池管理系统提供的数据,动态调整充电参数、自动完成充电过程的功能;(2)具有判断充电机与电动汽车是否正确连接的功能,当检测到充电接口连接异常时，立即停止充电;(3)具有待机、充电、充满等状态的指示,能够显示输出电压、输出电流、电能量等信息,故障时应有相应的告警信息;(4)具有实现手动输入的设备;(5)具备交流输入过欠压保护、交流输入过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护、内部过温保护等功能;(6)具备本地和远方紧急停机功能;紧急停机后系统应手动复位。

交流充电桩的功能应符合下列要求:(1)具有外部手动设置参数和实现手动控制的功能和界面:(2)能显示各状态下的相关信息，包括运行状态、充电电量和计费信息;(3)具备急停开关,在充电过程中可使用使用该装置紧急切断输出电源;(4)具备过负荷保护、短路保护和漏电保护功能,具备自检及故障报警功能;(5)在充电过程中,充电连接异常时,交流充电桩应立即自动切断电源。

3充电桩配置方案及布置要求

根据本工程的功能情况，电动汽车充电桩配置需求主要为soho公寓及商业的私人电动汽车。结合目前电动汽车使用情况及公寓、商业人流习惯,本工程公寓用私人电动汽车主要采用交流充电桩(慢充),商业用私人电动汽车主要采用直流充电桩(快充)。经过经济技术分析对比,直流充电桩和交流充电桩配置比例为1:4。根据目前主流产品的技术规格及配置比例要求,项目选用35kW的直流充电桩25台,7kW的交流充电桩100台,共设充电车位125个。

考虑到商业车位车流特点及商业运营管理维护的因素，商业用直流充电桩的停车位集中设置于地下车库出入口的防火分区内。交流充电桩的停车位分散设置于各车库防火分区内。充电桩的布置宜靠近上级供配电设备,以缩短供电电缆的路径。

设置充电桩的停车位时应考虑充电桩安装空间,充电桩宜墙或柱布置。设置充电桩的停车位优先选择“后有挡墙"可垂直后退停车的车位(如图1)，其次为两排背靠背垂直后退停车的车位(如图3)，或选择临近车位间有安装空间的车位(如图2)。

图1充电设备布置示意图2充电设备布置示意

图3充电设备布置示意

充电桩应靠近充电位布置,应便于充电车辆停放和充电人员操作。设备外廓距充电位边缘的净距不宜小于0.4m。充电桩的布置不应妨碍其他车辆的充电和通行，同时应采取保护充电桩及操作人员安全的措施。综合目前主流充电桩规格尺寸，图1～3中充电桩预留安装空间宜满足表1。

充电桩安装位置应远离排水沟、并及地漏等地势低洼易产生积水的场所,并不应设在厕所、浴室等场所的正下方及贴邻。落地式充电桩安装基础应高出地面0.2m及以上,应垂直安装于与地平面垂直的立面,偏差垂直位置的误差≤5°,并安装防撞装置。

4充电桩的供配电系统

4.1供电容量的选择

考虑到充电桩配电系统需安装有源滤波无功补偿装置,coso可以达到0.95,充电桩容量折算采用公式:S=P/(cosq*m),式中"为充电桩的工作效率,取0.85。

充电桩总配电容量采用公式:Sc=K*(ΣS*+ΣSm),充电桩同时系数(K)由充电桩数量决定,取值范围0.5~0.8。则本项目充电桩总计算负荷S.为1069KVA。

本项目充电桩总负荷超过所接入的配电变压器的容量30%，且其设备负荷谐波含量较大,故采用10kV供电电压等级供电,设充电桩变压器。由已知充电桩总计算负荷S，预留有一定负荷发展的容量裕度,并综合考虑经济运行时变压器负载率,则选择变压器额定容量Sx≥S:/βu。Bn为变压器*佳负荷率,取0.7。则本项目充电桩变压器容量S~为1527KVA,选用两台800KVA千式变压器。

4.2配电设计

（1）充电桩总电源采用0.4kV低压系统供电,负荷等级为三级,接地采用TN-S系统。(2)各防火分区内充电桩用配电箱,安装在设置充电桩车位附近的室内强电间内。为保证末端充电设备安全,配电箱向充电桩供电的出线回路均设置短路保护和剩余电流保护功能的低压断路器,其剩余电流保护额定动作电流为30mA,动作时间不大于0.1S。充电桩配电箱的系统示意图如图4。(3)根据充电桩配电箱的数量在变电所低压柜出线设置相应数量的独立馈线回路直接供电。馈线电缆采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆,其截面根据配电箱容量确定。

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

5.4安科瑞充电桩云平台系统功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

5.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

5.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

5.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

5.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。