簡析某商業(yè)綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設計

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國汽車產業(yè)的發(fā)展，新能源汽車的技術水平不斷提高，電動汽車的產能也在不斷增加，電力車輛廣泛使用，電動車充電設備的需求日益增加。與此同時，各地紛紛出了相關的扶持政策，電網實行了電價優(yōu)惠、在全國各地建立了充電樁。結合一家大型商場的地下停車場，詳細介紹充電設備的電氣設計，并提出了一些技術措施。

關鍵字：充電樁；直流；交流；電氣設計

0引言

  世界范圍內的能源、環(huán)境、石油、空氣污染、全球溫度不斷升高。發(fā)展和利用新能源勢在必行。在此背景下，我國應該從可持續(xù)發(fā)展的角度，大力推動新能源汽車的發(fā)展。電動汽車是新能源汽車的重要發(fā)展趨勢。充電樁是發(fā)展電動車的必要基礎設施，是推動電動汽車普及與推廣的一個重要途徑。

1電動汽車充電樁原理

1.1充電樁的簡介和分類

  充電樁就相當于加油站的加油機，插在地上，插在墻上，插在小區(qū)、車庫、充電站。充電樁的輸入端與AC電力網相連，各輸出部分均設有充電插頭，為電動車充電。按照充電樁的充電模式，可以分為直流和交流兩種。AC充電樁是利用三相或單相AC供電的一種電動汽車的蓄電池；DC充電樁是一種利用DC供電的方式，對蓄電池進行直接充電的方式。

1.2交流及直流充電樁的技術特點

  交流電樁：又稱低速充電樁，是由汽車內部的充電器為其供電的，雖然功率不大，充起來也不算快，不過價格也不貴，主要用于小區(qū)里的充電樁。這座城市連接著一座城市的電力系統(tǒng)，只是為城市供電，并沒有任何的充電能力，只能通過充電器（即電動汽車上的充電器）來進行充電。主要是7kW，由于車載充電器的功率較小，需要8個小時左右，所以它的優(yōu)勢是結構簡單、成本低廉、安裝方便。

  直流電樁：即快速充電樁，是一種可以迅速充電的電動裝置。該系統(tǒng)連接交流電網，并輸出直流電壓，為電動汽車的蓄電池供電。直流充電樁采用三相四線供電，功率大，輸出電流大，能滿足快速充電的要求。它具有30kW以上的電力，一般在1—2個小時內完成，它的優(yōu)勢在于迅速的充電，但代價高昂，并且充電速度很快。

充電服務收入的構成主要為充電服務費+電費，其成本為固定成本（人工、折舊）和變動成本（電費、停車場收益分成）。比如，50kW的快速充電站，若服務費保持0.5元，由7%至12%，可將單樁收入由-0.05提升至0.9300元，具有較強的彈性。運營效率對充電樁的效益有很大的影響。

2充電樁電氣設計實例

2.1工程概況

 某商業(yè)綜合體地下車庫共2層，面積為5萬多平方米，共設置充電樁20個，其中慢充充電樁3個，快充充電樁22個。在該項目的建筑平面圖中可以看到：2層為停車樓和超市；3層為商場，同時也是地下車庫的出入口。其中停車樓較大允許停放車輛容量為63輛，車庫內布置有電動汽車充電樁2個。地下一層主入口位于B區(qū)（東側）、商場A區(qū)（北側），通道設置消防電梯1部。2層及3層均設置機械車庫入口，分別位于B區(qū)的西南角和C區(qū)的西北角。車庫地面標高-19.2m。電動汽車充電樁均設于C、B、D三個樓層。根據《民用建筑電氣設計規(guī)范》（GB50058-2014）第4.2.4條規(guī)定：“當有多臺設備共享同一配電回路時應設總配電箱”，同時滿足《電動汽車交流充電設施技術規(guī)范》（GB/T28418-2012）1.0.2條規(guī)定“充電設施應設置于建筑物的首層或地下首層”，因此本項目電動汽車充電樁設置于C、B、D三層且位于地下室一層。根據《民用建筑電氣設計規(guī)范》（GB50058-2014）第3.2.1條規(guī)定：“配電系統(tǒng)應能適應電動汽車和蓄電池充電的需要”，同時滿足《汽車庫、修車庫和停車場設計防火規(guī)范》（GB50964-2001）第4.4.6條規(guī)定：電動汽車、蓄電池充電設施的配電室或其他專用場所應設置在建筑物的首層及地下一層。根據《民用建筑電氣設計規(guī)范》（GB50058-2014）第4.1.6條規(guī)定：“當采用電力電纜供電時，各充電設備應在不同電壓等級上接入電力電纜；當采用低壓電纜供電時，應采用無接觸電跨距且能承受一定負荷電流沖擊的電力電纜”。根據《電動汽車交流充電設施技術規(guī)范》（GB/T28418-2012）第5.1.2條規(guī)定：“充電設備應能滿足不同電壓等級下可靠運行”，因此本項目充電樁均采用220V交流供電方式。同時為了避免發(fā)生火災事故時人員逃生方向與消防疏散方向不一致而造成損失變大的問題，本項目充電樁均采用自動滅火裝置進行保護。

2.2充電樁設置方案

2.2.1電氣設計

 根據國標GB50057-95《建筑物防雷設計規(guī)范》，當建筑物總配電網有1個及以上防雷裝置時，其防雷系統(tǒng)可不按等效電氣設備計算，但建筑防雷電設計應符合該規(guī)范要求。本項目屬于高層建筑，地下室均為純商業(yè)建筑。在主配電箱內安裝有漏電斷路器，在戶配電箱內安裝有漏電保護開關。電氣系統(tǒng)及保護系統(tǒng)分為：配電系統(tǒng)、（漏電保護器及火災報警裝置）和照明設備系統(tǒng)等組成。配電電源、保護電源分別由接地及防雷電源母線引入；電力負荷采用二級配電箱供電，配電箱不做開關。

2.2.2配電系統(tǒng)

電氣設備的選擇與布置應與建筑要求相適應，并且應與城市規(guī)劃要求相吻合。對于商業(yè)建筑來說，配電線路包括總配電箱、戶內配電箱和其他配電箱等。因此，本項目根據《汽車庫、修車庫和停車場設計規(guī)范》的要求在配電系統(tǒng)中設置了總配電箱及戶內配電箱。本項目在地下二層設有兩個充電站，一個充電槍+一臺充電樁，可采用集中控制方式或集中控制+分站控制方式。另外一個充電槍+充電槍為集中控制方式。在單體建筑地下二層及負一層均設有兩個充電樁。因單體建筑內部為商業(yè)區(qū)域，故配電系統(tǒng)上采用一*配電箱加二級配電箱的形式。

2.2.3照明設備

  按照GB50034-2005《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定，在高層建筑內，消防分區(qū)、疏散距離、出口數等均須滿足有關規(guī)定，并按有關規(guī)定的規(guī)定，并按有關規(guī)定，一類高層建筑的消防出口不得少于2個；消防控制室內，自動噴淋系統(tǒng)的報警信號顯示；二、三類高層建筑采用“一個控制室集中控制”，即：按每層以上區(qū)域設置消防控制室，各區(qū)域消防設備的聯(lián)動報警信號顯示于該區(qū)域消防控制室。由于電動汽車充電樁有多個充電工位，且需要實現1-2分鐘的快速充電模式，因此對控制柜中的照明設備進行了特殊設計。采用了分區(qū)集中控制系統(tǒng)。

2.2.4總體供電方案

  直流充電樁的內部元件比較多，為方便后期的維修和管理，本工程在B1樓的停車場入口附近設置了DC快速充電站。在B1和B2的地下停車場內，分布著大量的AC充電站。

充電樁具有較大的容量和集中的配置。該工程另設500KVA變壓器。負責B1樓的所有DC充電站的分配工作。交流充電站的容量較少，安裝位置比較分散。該工程采用了交流充電站和其它變電站的電力用戶共享專用變壓器。鑒于當前我國電動汽車的普及率并不高，在計算變壓器的容量時，須選擇6。與其它負載共享的交流充電站所需的變壓器系數為0.5。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺

3.1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。

3.2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。

3.3系統(tǒng)結構

3.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。

2）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。

3）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。

4）數據中心層：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。

5）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。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

3.4.1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。

3.4.2.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。

3.4.3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。

3.4.4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場問題。

 

3.4.5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。

3.4.6基礎數據管理

  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。

3.4.7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。

3.4.8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。

 

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結語

  在電動汽車充電方面，目前已有多種充電方式，其中以直流快充的方式使用較為廣泛。直流快充方式是指通過交流電壓轉換，由一次電路直接將交流電能轉換成直流電能供電動車充電使用的一種充電方式。因其無需升壓裝置，技術難度小，造價較低等特點被廣泛應用于商業(yè)綜合體地下車庫項目中。對于該項目而言，可充分利用現有商業(yè)綜合體的地下空間資源，根據周邊條件合理布局充電樁；對一些空間較大的車庫來說，也可利用其下部的屋頂空間做露天車庫；對不能滿足條件的項目而言，也可以根據實際情況通過增加相應附件和措施來滿足設計要求。

參考文獻

電動汽車充電樁集中式電能規(guī)劃技術研究[J].賴茂松.汽車實用技術.2018（24）

《電動汽車充電基礎設施設計、施工及驗收規(guī)范》SJG—2015

安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.

賀曉朋,張樂樂,某商業(yè)綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設計

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，178 2117 0311,主要研究方向為微電網能效管理和環(huán)保安全用電。