淺析民用建筑中電動(dòng)汽車(chē)充電樁配電設計

 摘要：根據國家及地方規范的要求，在充電樁安裝比例、充電樁功率、配電系統負荷計算等方面分析了民用建筑中電動(dòng)汽車(chē)充電樁的配電設計，可為類(lèi)似民用建筑中電動(dòng)汽車(chē)充電樁的供配電系統設計提供參考。

關(guān)鍵詞：民用建筑;充電樁;供配電系統;負荷計算

引言

化石能源的大量使用是環(huán)境污染的主要原因，其中汽車(chē)尾氣排放占很大比重。同時(shí)隨著(zhù)化石能源儲量的降低，在能源的使用上一定要尋找一條節能、綠色、可持續的發(fā)展之路。相比于傳統燃油汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)運行過(guò)程中可以實(shí)現*;能耗折算成標準煤低于傳統汽車(chē)30%以上，特別是城市擁堵環(huán)境中節能勢明顯。因此，近年來(lái)國家相繼出臺一系列的惠政策，推廣電動(dòng)汽車(chē)等新能源汽車(chē)的使用和發(fā)展。

一、適用的國家規范及地方規范

近年，國家和地方發(fā)布很多關(guān)于新能源汽車(chē)規劃方面的規范及文件。新能源汽車(chē)技術(shù)新比較快，因此推動(dòng)相關(guān)規范的新也比較快，在設計中須要遵守新的標準。

民用建筑中電動(dòng)汽車(chē)充電設施的供配電設計需要滿(mǎn)足的國家規范和相關(guān)規定主要有住房和城鄉建設部頒發(fā)的國家標準GB50966—2014《電動(dòng)汽車(chē)充電站設計規范》，國家發(fā)改委能源局印發(fā)的《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施發(fā)展指南(2015—2020年)》(發(fā)改能源［2015］1454號)，辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設的指導意見(jiàn)》(國辦發(fā)〔2015〕73號)，住房和城鄉建設部印發(fā)的《關(guān)于加強城市電動(dòng)汽車(chē)充電設施規劃建設工作的通知》(建規［2015］199號)。

全國大部分省市均對電動(dòng)汽車(chē)充電設施有結合當地實(shí)情的規劃，因此在設計中還要考慮各地的地方標準。以下僅列舉部分省市的地方標準和規范作為參考:北京市DB11/T1455—2017《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施規劃設計標準》，上海市《上海市電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施專(zhuān)項規劃(2016—2020年)》，深圳市SZDB/Z29—2010《電動(dòng)汽車(chē)充電系統技術(shù)規范》，重慶市DBJ50-218—2015《民用建筑電動(dòng)汽車(chē)充電設備配套設施設計規范》，浙江省DB33-1121—2016《民用建筑電動(dòng)汽車(chē)充電設施配置與設計規范》。

二、快速充電樁安裝比例的確定

為滿(mǎn)足特殊情況下的快速充電需求，建筑內還需配置部分快速充電設施。住宅小區、辦公場(chǎng)所以自用、充電設施為主體;公共停車(chē)場(chǎng)、獨立充電站等以公用充電設施為主體。設計時(shí)應考慮自用充電設施以慢充為主，充電設施采用快慢結合方式，公用充電設施以快充為主。各類(lèi)建筑的快充停車(chē)位配置數量可參考浙江省的標準設計。

浙江省對快充停車(chē)位配建指標的要求如表所示。

三、充電樁功率的確定

充電樁根據輸出電流不同分為交流充電樁和直流充電樁兩類(lèi)。

交流充電樁通過(guò)車(chē)載充電機對電能進(jìn)行處理后向電動(dòng)汽車(chē)的電池充電，由于車(chē)載充電機一般充電功率相對較小，又被稱(chēng)作“慢充”。交流充電樁主要規格有輸入電壓為220V，功率為7kW、14kW;輸入電壓為380V，功率為28kW、42kW等。

直流充電樁(非車(chē)載充電機)是指經(jīng)過(guò)充電樁處理后，直接向電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池輸出直流電進(jìn)行充電的供電裝置，其功率相對于車(chē)載充電機大很多，可以實(shí)現快速充電，又被稱(chēng)作“快充”。直流充電樁輸入電壓一般為380V，輸出功率為30kW、45kW、60kW、120kW等。

設計時(shí)應根據建筑物的性質(zhì)和電動(dòng)汽車(chē)可利用的充電時(shí)間，合理選擇充電樁的功率。如住宅和辦公場(chǎng)所車(chē)位比較固定，停車(chē)時(shí)間較長(cháng)，充電設施選用7kW的交流充電樁;商業(yè)建筑內人員逗留時(shí)間不固定，可采用7kW的交流充電樁和30kW的直流充電樁搭配布置，以滿(mǎn)足不同人群的電動(dòng)汽車(chē)在市區內通勤的需求；高速公路服務(wù)區及加油站則需要盡快使電動(dòng)汽車(chē)滿(mǎn)電，充電設施因此選用輸出功率高達120kW的直流充電樁。

四、充電設施的負荷計算

(1)方案設計階段。充電設施的負荷宜根據電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)位的數量按單位指標法進(jìn)行計算。交流充電樁單位指標每臺功率為7kW，直流充電樁單位指標每臺功率為30kW。

單位指標法需要系數如下表5所示，Kx為需要系數，n為充電設備臺數，是指單相配電時(shí)接于同一相上的臺數，按三相配電時(shí)充電設備臺數應乘以3。

(2)初步設計及施工圖設計階段。充電停車(chē)位的平面位置已經(jīng)排定，宜采用需要系數法進(jìn)行負荷計算。充電設備組的需要系數Kx為0．5;一般情況下，有功功率同時(shí)系數K∑p為0．8～1;無(wú)功功率同時(shí)系數K∑q為0．92～1。當充電設備數量特別大時(shí)，同時(shí)系數下限值還可取小些。具體計算方法參考文獻［6］的相關(guān)內容。

五、安科瑞充電樁運營(yíng)管理平臺

1、系統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，具體功能如下：

資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表

用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理

充電服務(wù)：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等

小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務(wù)：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負荷時(shí)系統自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調度管理，即當負荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

在瀏覽器打開(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁(yè)

平臺首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實(shí)時(shí)監控

l 充電站監控

充電站監控頁(yè)面監視用戶(hù)充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶(hù)擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時(shí)長(cháng)，進(jìn)行負荷限制、故障查詢(xún)。

l 充電槍監控

充電樁監控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時(shí)長(cháng)和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時(shí)長(cháng)等、充電電壓電流等參數。

2.4小程序

l 搜索與使用

小程序可以通過(guò)掃描二維碼和文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

l 授權登錄界面

用戶(hù)通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí)，會(huì )進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶(hù)授權登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面，如圖所示：

l 主功能頁(yè)

初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)需要授權定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導航等。

l 充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預計可充電量等數據，還可以查看當賬戶(hù)的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

l 個(gè)人信息

個(gè)人信息可以顯示當登錄賬號的昵稱(chēng)和余額，同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢(xún)、賬單查詢(xún)、充電記錄查詢(xún)、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。

硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

若客戶(hù)自己租用阿里云服務(wù)器，服務(wù)器配置根據充電槍點(diǎn)數的不同，分別如下：

3.2現場(chǎng)硬件配置清單：

六、結語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)對促進(jìn)節能減排、能源綠色可持續發(fā)展起著(zhù)重要作用，同時(shí)對電網(wǎng)起到削峰填谷，化電網(wǎng)配置等重要作用。電動(dòng)汽車(chē)充電設施所需用電量比較大，因此設計人員應結合項目實(shí)際情況，合理設計供配電系統，充分考慮到后期擴容需求。

參考文獻

[1] 電動(dòng)汽車(chē)充電站設計規范:GB50966—2014［S］

[2] 姜 寧，民用建筑中電動(dòng)汽車(chē)充電樁配電設計簡(jiǎn)析

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版