新能源汽车充电桩在某商业综合体地下车库的电气设计
摘要:本文介绍了目前常用充电桩类型及功能,根据因家、地方政策及项目的具体情况介绍充电桩配置方案及布置要求，论述了地下车库电动汽车充电桩的供配电系统设计时供电容量选择的方法、配电的示例及电能质量、监控等方面采取的措施。
关键词:交流充电桩直流充电桩充电桩配置供配电系统
0引言
民用建筑电动汽车充电设备配套设施作为电动汽车重要的载体，其普及率、实用性和互换性直接关系到新能源汽车产业的发展。加大建设电动汽车设备配套设施的力度,是加快电动汽车推广的必要条件也是地方政策所积极侣导的《国务院办公厅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)及福建省地方政策《福建省电动汽车充电基础设施建设运营管理暂行办法》明确规定:新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件，且已建设充电设施的非固定产权停车泊位不应低于总车位的20%。大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%。因此汽车充电桩的配电设计是今后民用建筑地下车库电气设计设置的内容。本文将以商业综合体地下车库为背景介绍商业综合体地下室充电桩的电气设计。
1项目概况
该项目主要功能商业、展览、soho公寓,属于商业综合体。地址位于福建省福州市。地下机动车库位于地下室一层,共设车位总数1243个。
2采用的充电桩类型及功能要求
目前充电设施主要可分为传导式充电和快速更换电池，而民用建筑内车库的充电设施常采用传导式充电。传导式充电充电设施又可分为直流充电桩和交流充电桩:直流充电桩俗称“快充”，固定安装在地面,将电网交流电能交变换为直流电能,并为电动汽车动力蓄电池充电的装置;交流充电桩俗称“慢充”,固定安装在地面,为具备车载充电机的电动汽车提供交流电能的装置。
直流充电桩的功能应符合下要求:(1)具有根据电池管理系统提供的数据,动态调整充电参数、自动完成充电过程的功能;(2)具有判断充电机与电动汽车是否正确连接的功能,当检测到充电接口连接异常时，立即停止充电;(3)具有待机、充电、充满等状态的指示,能够显示输出电压、输出电流、电能量等信息,故障时应有相应的告警信息;(4)具有实现手动输入的设备;(5)具备交流输入过欠压保护、交流输入过流保护、直流输出过压保护、直流输出过流保护、内部过温保护等功能;(6)具备本地和远方紧急停机功能;紧急停机后系统应手动复位。
交流充电桩的功能应符合下列要求:(1)具有外部手动设置参数和实现手动控制的功能和界面:(2)能显示各状态下的相关信息，包括运行状态、充电电量和计费信息;(3)具备急停开关,在充电过程中可使用使用该装置紧急切断输出电源;(4)具备过负荷保护、短路保护和漏电保护功能,具备自检及故障功能;(5)在充电过程中,充电连接异常时,交流充电桩应立即自动切断电源。
3充电桩配置方案及布置要求
根据本工程的功能情况，电动汽车充电桩配置需求主要为soho公寓及商业的私人电动汽车。结合目前电动汽车使用情况及公寓、商业人流习惯,本工程公寓用私人电动汽车主要采用交流充电桩(慢充),商业用私人电动汽车主要采用直流充电桩(快充)。经过经济技术分析对比,直流充电桩和交流充电桩配置比例为1:4。根据目前主流产品的技术规格及配置比例要求,项目选用35kW的直流充电桩25台,7kW的交流充电桩100台,共设充电车位125个。
考虑到商业车位车流特点及商业运营管理维护的因素，商业用直流充电桩的停车位集中设置于地下车库出入口的防火分区内。交流充电桩的停车位分散设置于各车库防火分区内。充电桩的布置宜靠近上级供配电设备,以缩短供电电缆的路径。
设置充电桩的停车位时应考虑充电桩安装空间,充电桩宜墙或柱布置。设置充电桩的停车位优先选择“后有挡墙"可垂直后退停车的车位(如图1)，其次为两排背靠背垂直后退停车的车位(如图3)，或选择临近车位间有安装空间的车位(如图2)。
图1充电设备布置示意图2充电设备布置示意
图3充电设备布置示意
充电桩应靠近充电位布置,应便于充电车辆停放和充电人员操作。设备外廓距充电位边缘的净距不宜小于0.4m。充电桩的布置不应妨碍其他车辆的充电和通行，同时应采取保护充电桩及操作人员安全的措施。综合目前主流充电桩规格尺寸，图1～3中充电桩预留安装空间宜满足表1。
充电桩安装位置应远离排水沟、并及地漏等地势低洼易产生积水的场所,并不应设在厕所、浴室等场所的正下方及贴邻。落地式充电桩安装基础应高出地面0.2m及以上,应垂直安装于与地平面垂直的立面,偏差垂直位置的误差≤5°,并安装防撞装置。
4充电桩的供配电系统
4.1供电容量的选择
考虑到充电桩配电系统需安装有源滤波无功补偿装置,coso可以达到0.95,充电桩容量折算采用公式:S=P/(cosq*m),式中"为充电桩的工作效率,取0.85。
充电桩总配电容量采用公式:Sc=K*(ΣS*+ΣSm),充电桩同时系数(K)由充电桩数量决定,取值范围0.5~0.8。则本项目充电桩总计算负荷S.为1069KVA。
本项目充电桩总负荷超过所接入的配电变压器的容量30%，且其设备负荷谐波含量较大,故采用10kV供电电压等级供电,设充电桩变压器。由已知充电桩总计算负荷S，预留有一定负荷发展的容量裕度,并综合考虑经济运行时变压器负载率,则选择变压器额定容量Sx≥S:/βu。Bn为变压器*佳负荷率,取0.7。则本项目充电桩变压器容量S~为1527KVA,选用两台800KVA千式变压器。
4.2配电设计
（1）充电桩总电源采用0.4kV低压系统供电,负荷等级为三级,接地采用TN-S系统。(2)各防火分区内充电桩用配电箱,安装在设置充电桩车位附近的室内强电间内。为保证末端充电设备安全,配电箱向充电桩供电的出线回路均设置短路保护和剩余电流保护功能的低压断路器,其剩余电流保护额定动作电流为30mA,动作时间不大于0.1S。充电桩配电箱的系统示意图如图4。(3)根据充电桩配电箱的数量在变电所低压柜出线设置相应数量的独立馈线回路直接供电。馈线电缆采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆,其截面根据配电箱容量确定。
4充电桩配电箱的系统示意图
4．3电能质量
电动汽车充电桩的充电过程为非线性的负荷变化过程，其对电网*主要的电能质量影响即为造成谐波和引起电网功率因数的下降。为保障电能质量的要求,所采取的措施如下:(1)低压配电系统中设置有源滤波装置,功率因数补充电容器组配置电抗器。(2)变压器接线组别为D,yn11,且负荷率不高于70%。(3)单相交流充电桩负荷均衡分配到三相上，使三相负荷保持平衡。
4.4监控与通信
（1）充电监控系统、供电监控系统和安防监控系统三个子系统组成了充电桩监控系统。(2)充电桩供电监控系统纳入到本项目的变配电监控系统中，安防监控系统由车库充电桩设置区域内已经设置的相关末端监控点位来兼顾。(3)充电监控系统为充电自带系统,由充电供货商同步实施,预留对外上传数据的通信接口,并纳入建筑物业管理综合信息平台进行设计，不另设控制室。
5安科瑞充电桩收费运营云平台
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。
5.2应用场所
适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。
5.3系统结构
系统分为四层：
1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。
3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。
4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。
5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。
小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。
5.4.2实时监控
实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。
5.4.3交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。
5.4.4故障管理
设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。
5.4.5统计分析
通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
5.4.6基础数据管理
在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。
5.4.7运维APP
面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送
5.4.8充电小程序
面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
5.5系统硬件配置
| 类型 | 型号 | 图片 | 功能 |
| 安科瑞充电桩收费运营云平台 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷高效安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、高效、安全的充电服务。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。 |
| 互联网版智能交流桩 | AEV-AC007D |
| 额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC030D |
| 额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC060S |
| 额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC120S |
| 额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 10路电瓶车智能充电桩 | ACX10A系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电 |
| 2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电 |
| 20路电瓶车智能充电桩 | ACX20A系列 |
| 20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电 |
| 落地式电瓶车智能充电桩 | ACX10B系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告 |
| 智能边缘计算网关 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。 |
| 扩展模块ANet-485 | M485模块：4路光耦隔离RS485 | ||
| 扩展模块ANet-M4G | M4G模块：支持4G全网通 | ||
| 导轨式单相电表 | ADL200 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证 |
| 导轨式电能计量表 | ADL400 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证 |
| 无线计量仪表 | ADW300 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证 |
| 导轨式直流电表 | DJSF1352-RN |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证 |
| 面板直流电表 | PZ72L-DE |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证 |
| 电气防火限流式保护器 | ASCP200-63D |
| 导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。 |
6结束语
综上所述,在民用建筑地下车库汽车充电桩的电气设计时,应严格遵循相关政策、规范标准的要求,密切跟踪新产品及技术的发展,并不断做出优化调整,做到技术,经济合理。
参考文献
［1] 民用建筑电动汽车充设备配套设施设计规范DBJ50－218－2015．
［2］国务院办公厅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)
［3] 刘锡正．电动汽车充电设备综合评价指标体系研究[D].北京交通大学,2012
［4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册
［5] 陈恩.某商业综合体地下车库电动汽车充电桩的电气设计