简析民用建筑中 电动汽车充电桩配电设计

　　刘丹
 

　　安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
 

　　摘要：根据及地方规范的要求，在充电桩安装比例、充电桩功率、配电系统负荷计算等方面分析了民用建筑中电动汽车充电桩的配电设计，可为类似民用建筑中电动汽车充电桩的供配电系统设计提供参考。
 

　　关键词：民用建筑;充电桩;供配电系统;负荷计算
 

　　引言
 

　　化石能源的大量使用是环境污染的主要原因，其中汽车尾气排放占很大比重。同时随着化石能源储量的降低，在能源的使用上一定要寻找一条节能、绿色、可持续的发展之路。相比于传统燃油汽车，电动汽车运行过程中可以实现*;能耗折算成标准煤低于传统汽车30%以上，特别是城市拥堵环境中节能优势更明显。因此，近年来相继出台一系列的优惠政策，推广电动汽车等新能源汽车的使用和发展。
 

　　一、适用的规范及地方规范
 

　　近年，和地方发布很多关于新能源汽车规划方面的规范及文件。新能源汽车技术更新比较快，因此推动相关规范的更新也比较快，在设计中须要遵守新的标准。
 

　　民用建筑中电动汽车充电设施的供配电设计需要满足的规范和相关规定主要有住房和城乡建设部颁发的标准GB50966—2014《电动汽车充电站设计规范》，发改委能源局印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015—2020年)》(发改能源[2015]1454号)，国务院办公厅印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》(国办发〔2015〕73号)，住房和城乡建设部印发的《关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作的通知》(建规[2015]199号)。
 

　　全国大部分省市均对电动汽车充电设施有结合当地实情的规划，因此在设计中还要考虑各地的地方标准。以下仅列举部分省市的地方标准和规范作为参考:北京市DB11/T1455—2017《电动汽车充电基础设施规划设计标准》，上海市《上海市电动汽车充电基础设施专项规划(2016—2020年)》，深圳市SZDB/Z29—2010《电动汽车充电系统技术规范》，重庆市DBJ50-218—2015《民用建筑电动汽车充电设备配套设施设计规范》，浙江省DB33-1121—2016《民用建筑电动汽车充电设施配置与设计规范》。
 

　　二、快速充电桩安装比例的确定
 

　　为满足特殊情况下的快速充电需求，建筑内还需配置部分快速充电设施。住宅小区、办公场所以自用、专用充电设施为主体;公共停车场、独立充电站等以公用充电设施为主体。设计时应考虑自用充电设施以慢充为主，专用充电设施采用快慢结合方式，公用充电设施以快充为主。各类建筑的快充停车位配置数量可参考浙江省的标准设计。
 

　　浙江省对快充停车位配建指标的要求如表所示。
 

 

　　充电桩根据输出电流不同分为交流充电桩和直流充电桩两类。
 

　　交流充电桩通过车载充电机对电能进行处理后向电动汽车的电池充电，由于车载充电机一般充电功率相对较小，又被称作“慢充”。交流充电桩主要规格有输入电压为220V，功率为7kW、14kW;输入电压为380V，功率为28kW、42kW等。
 

　　直流充电桩(非车载充电机)是指经过充电桩处理后，直接向电动汽车的动力电池输出直流电进行充电的供电装置，其功率相对于车载充电机大很多，可以实现快速充电，又被称作“快充”。直流充电桩输入电压一般为380V，输出功率为30kW、45kW、60kW、120kW等。
 

　　设计时应根据建筑物的性质和电动汽车可利用的充电时间，合理选择充电桩的功率。如住宅和办公场所车位比较固定，停车时间较长，充电设施选用7kW的交流充电桩;商业建筑内人员逗留时间不固定，可采用7kW的交流充电桩和30kW的直流充电桩搭配布置，以满足不同人群的电动汽车在市区内通勤的需求；高速公路服务区及加油站则需要尽快使电动汽车满电，充电设施因此选用输出功率高达120kW的直流充电桩。
 

　　四、充电设施的负荷计算
 

　　(1)方案设计阶段。充电设施的负荷宜根据电动汽车停车位的数量按单位指标法进行计算。交流充电桩单位指标每台功率为7kW，直流充电桩单位指标每台功率为30kW。
 

　　单位指标法需要系数如下表5所示，Kx为需要系数，n为充电设备台数，是指单相配电时接于同一相上的台数，按三相配电时充电设备台数应乘以3。
 

　　(2)初步设计及施工图设计阶段。充电停车位的平面位置已经排定，宜采用需要系数法进行负荷计算。充电设备组的需要系数Kx为0.5;一般情况下，有功功率同时系数K∑p为0.8～1;无功功率同时系数K∑q为0.92～1。当充电设备数量特别大时，同时系数下限值还可取小些。具体计算方法参考文献[6]的相关内容。
 

 

　　1、系统架构
 

　　安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
 

　　充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：
 

　　资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
 

　　交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表
 

　　用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理
 

　　充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等
 

　　微信小程序：扫码充电，账单支付等功能
 

　　数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析
 

　　变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。
 

　　2、平台功能
 

　　2.1平台登录
 

　　在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。
 

 

　　平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。
 

 

　　l 充电站监控
 

　　充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。
 

 

　　充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。
 

 

　　l 搜索与使用
 

　　微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示
 

l 授权登录界面
 

　　用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：
 

l 主功能页
 

　　初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。
 

l 充电
 

　　扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。
 

l 个人信息
 

　　个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能
 

 

　　3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
 

　　推荐硬件配置清单：(如申请阿里云可忽略)
 

若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：
 

　　3.2现场推荐硬件配置清单：
 

 

　　电动汽车对促进节能减排、能源绿色可持续发展起着重要作用，同时对电网起到削峰填谷，优化电网配置等重要作用。电动汽车充电设施所需用电量比较大，因此设计人员应结合项目实际情况，合理设计供配电系统，充分考虑到后期扩容需求。
 

　　参考文献
 

　　[1] 电动汽车充电站设计规范:GB50966—2014[S]
 

　　[2] 姜 宁，民用建筑中电动汽车充电桩配电设计简析
 

　　[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版