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：根據目前對于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，以及國內外充電設施的主要類型和技術參數。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

    新能源汽車的產業(yè)發(fā)展與推廣應用，已是大勢所趨。新能源汽已經成為未來汽車發(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，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（一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW）； Kn--慢充停車位配置比例系數（即，實際慢充停車位數量/小區(qū)規(guī)劃停車位數量），近期系數取0.20，遠期系數取0.45；Km-快充停車位配置數量比例系數（即，實際快充停車位數量/小區(qū)規(guī)劃停車位數量），近期系數取0.02，遠期系數取0.045；Kx--充電樁需要系數，充電樁數量（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，充電樁數量（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)劃停車位數量。

   充電設備在國內大范圍應用還比較少，沒有先例可查，同時系數Kt和需要系數Kx很難選取。

   Kt和Kx的選取主要與下面因數關：

1）電動車的使用情況：目前電動汽車總體數量不多，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電能質量產生的影響，并采取好的抑制措施，將注入公網的諧波控制在規(guī)定范圍內。

   為保障電能質量的要求，所采取的措施如下：

（1）增加充電機整流裝置的脈動數。

（2）低壓配電系統(tǒng)中設置有源濾波器裝置，功率因數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，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

   根據充電樁配電柜的數量在專用變電所低壓柜出線設置相應數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、間隔層及網絡設備構成。監(jiān)控系統(tǒng)較小時，可根據實際需要進行簡化?？刂茖幽芴峁┏潆娫O施內各運行系統(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、以及數據的存儲、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)及運行數據，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據采集和監(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、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網，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：數據采集層、網絡傳輸層、數據中*層和客戶端層。

1）數據采集層：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，并進行電能計量和保護。

2）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

3）數據中*層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

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、基礎數據管理等功能，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、充電時長、充電金額、充電度數、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基礎數據管

     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，應結合當地相關規(guī)定設置配套的充電樁。電氣設計師應立足規(guī)范，收集相關數據，密切跟蹤新產品及技術的發(fā)展，不斷優(yōu)化調整設計方案，做到經濟合理。

參考文獻

[1]GB 50966-2014 電動汽車充電樁設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[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)微電網設計與應用手冊.2022.05版.