安科瑞關于住宅小區(qū)電動車充電樁的電氣設計與平臺管理系統(tǒng)

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提升充電設施的建設速度，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要求

   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"。

1.1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。

1.2交流充電樁

   其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。

   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。設計人員應結合各地電動車的發(fā)展情況和工程實際，合理選取。

2.2 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，并采取好的抑制措施，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0.7。

（4）為提高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。（5）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。

2.3 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、按完整配置全部設計安裝到位；二、按0.2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0.8僅考慮路由、土建等條件；三、按0.2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0.8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

2.4 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）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。

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

5.3.1系統(tǒng)

   系統(tǒng)分為四層：數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)中*層和客戶端層。

1）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。

2）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。

3）數(shù)據(jù)中*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。

4）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基礎數(shù)據(jù)管

     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。

5.4.3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

5.4.4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。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7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。

5.4.8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結語

為了我國汽車能源結構的轉變，應普及電動汽車充電設備的建設。未來幾年電動汽車充電設施的設計仍會是電氣設計師們關注的焦點。地下車庫電動汽車充電設施的電氣設計，應結合當?shù)叵嚓P規(guī)定設置配套的充電樁。電氣設計師應立足規(guī)范，收集相關數(shù)據(jù)，密切跟蹤新產(chǎn)品及技術的發(fā)展，不斷優(yōu)化調(diào)整設計方案，做到經(jīng)濟合理。

參考文獻

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[2]GB 50016-2014 建筑設計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]張安鋒,王文靜.論住宅小區(qū)電動汽車充電樁的電氣設計.《建筑學研究前沿》2017年第26.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.