淺析住宅小區電動車充電樁的電氣設計與平臺管理系統

更新時間：2023-07-03

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：根據目前對于新能源汽車發展規劃及政策，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

新能源汽車的產業發展與推廣應用，已是大勢所趨。新能源汽已經成為未來汽車發展的必然方向。我國目前發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加快充電設施的建設，國辦[2015]73號文及建規[2015]199號文件明確要求：新建住宅配建停車位應100%預留充電設施建設安裝條件。因此，新建住宅小區地下車庫充電樁規劃、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

目前，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"。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。而交流充電樁的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、繁華市區等需要快速充電的區域。

2 供配電系統設計

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/小區規劃停車位數量），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/小區規劃停車位數量），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 --小區規劃停車位數量。

目前，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、性能等各不相同。3）另外，小區交流充電樁（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展情況和工程實際，合理選取。

2.2 配電設計

(1)充電樁總電源宜采用低壓系統供電，接地采用TN-S系統。（2）交流充電樁宜按防火分區配電，每個防火分區均宜設置電動汽車充電樁區域配電柜、末端配電箱。區域配電柜和末端配電箱設計有三種形式：一、按100%配置全部設計安裝到位；二、按20%配置全部設計安裝到位（區域配電柜—末端配電柜—充電樁），其他80%僅考慮路由、土建等條件；三、按20%配置僅區域配電柜設計安裝到位，末端配電箱取消，區域配電柜采用放射式直接供電至充電樁，其它80%僅考慮路由、土建等條件。（3）各防火分區區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。

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圖 1 電動汽車充電設施配電系統圖

2.3 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，并采取有效的抑制措施，將注入公網的諧波控制在規定范圍內。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70%。（4）為改善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。（4）變電所低壓配電柜出線至

各區域充電樁配電柜距離不宜超過200m。

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100%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）

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圖 2 充電1設備布置示意

4 監控及通信

民用建筑電動汽車充電設施監控系統由控制層、間隔層及網絡設備構成。監控系統較小時，可根據實際需要進行簡化。控制層能提供充電設施內各運行系統的人機界面，應實現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、查詢和統計等，并可與相關系統通信。間隔層能采集設備運行狀態及運行數據，上傳至控制層，并接收和執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通過物聯網技術對接入系統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控，實時監控充電樁運行狀態，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、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構