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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新能源汽車的技術(shù)水平不斷提高，電動(dòng)汽車的產(chǎn)能也在不斷增加，電力車輛廣泛使用，電動(dòng)車充電設(shè)備的需求日益增加。與此同時(shí)，各地紛紛出了相關(guān)的扶持政策，國(guó)家電網(wǎng)實(shí)行了電價(jià)優(yōu)惠、在全國(guó)各地建立了充電樁。結(jié)合一家大型商場(chǎng)的地下停車場(chǎng)，詳細(xì)介紹充電設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)，并提出了一些技術(shù)措施。
關(guān)鍵字：充電樁；直流；交流；電氣設(shè)計(jì)
0引言
世界范圍內(nèi)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(shì)在必行。在此背景下，我國(guó)應(yīng)該從可持續(xù)發(fā)展的角度，大力推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展。電動(dòng)汽車是新能源汽車的重要發(fā)展趨勢(shì)。充電樁是發(fā)展電動(dòng)車的必要基礎(chǔ)設(shè)施，是推動(dòng)電動(dòng)汽車普及與推廣的一個(gè)重要途徑。
1電動(dòng)汽車充電樁原理
1.1充電樁的簡(jiǎn)介和分類
充電樁就相當(dāng)于加油站的加油機(jī)，插在地上，插在墻上，插在小區(qū)、車庫(kù)、充電站。充電樁的輸入端與AC電力網(wǎng)相連，各輸出部分均設(shè)有充電插頭，為電動(dòng)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(dòng)汽車的蓄電池；DC充電樁是一種利用DC供電的方式，對(duì)蓄電池進(jìn)行直接充電的方式。
1.2交流及直流充電樁的技術(shù)特點(diǎn)
交流電樁：又稱低速充電樁，是由汽車內(nèi)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(jià)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(dòng)汽車上的充電器）來進(jìn)行充電。主要是7kW，由于車載充電器的功率較小，需要8個(gè)小時(shí)左右，所以它的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)裝置。該系統(tǒng)連接交流電網(wǎng)，并輸出直流電壓，為電動(dòng)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(gè)小時(shí)內(nèi)完成，它的優(yōu)勢(shì)在于迅速的充電，但代價(jià)高昂，并且充電速度很快。
充電服務(wù)收入的構(gòu)成主要為充電服務(wù)費(fèi)+電費(fèi)，其成本為固定成本（人工、折舊）和變動(dòng)成本（電費(fèi)、停車場(chǎng)收益分成）。比如，50kW的快速充電站，若服務(wù)費(fèi)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(qiáng)的彈性。運(yùn)營(yíng)效率對(duì)充電樁的效益有很大的影響。
2充電樁電氣設(shè)計(jì)實(shí)例
2.1工程概況
某商業(yè)綜合體地下車庫(kù)共2層，面積為5萬多平方米，共設(shè)置充電樁20個(gè)，其中慢充充電樁3個(gè)，快充充電樁22個(gè)。在該項(xiàng)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(chǎng)，同時(shí)也是地下車庫(kù)的出入口。其中停車樓較大允許停放車輛容量為63輛，車庫(kù)內(nèi)布置有電動(dòng)汽車充電樁2個(gè)。地下一層主入口位于B區(qū)（東側(cè)）、商場(chǎng)A區(qū)（北側(cè)），通道設(shè)置消防電梯1部。2層及3層均設(shè)置機(jī)械車庫(kù)入口，分別位于B區(qū)的西南角和C區(qū)的西北角。車庫(kù)地面標(biāo)高-19.2m。電動(dòng)汽車充電樁均設(shè)于C、B、D三個(gè)樓層。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）第4.2.4條規(guī)定：“當(dāng)有多臺(tái)設(shè)備共享同一配電回路時(shí)應(yīng)設(shè)總配電箱"，同時(shí)滿足《電動(dòng)汽車交流充電設(shè)施技術(shù)規(guī)范》（GB/T28418-2012）1.0.2條規(guī)定“充電設(shè)施應(yīng)設(shè)置于建筑物的首層或地下首層"，因此本項(xiàng)目電動(dòng)汽車充電樁設(shè)置于C、B、D三層且位于地下室一層。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）第3.2.1條規(guī)定：“配電系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)電動(dòng)汽車和蓄電池充電的需要"，同時(shí)滿足《汽車庫(kù)、修車庫(kù)和停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50964-2001）第4.4.6條規(guī)定：電動(dòng)汽車、蓄電池充電設(shè)施的配電室或其他專用場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置在建筑物的首層及地下一層。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）第4.1.6條規(guī)定：“當(dāng)采用電力電纜供電時(shí)，各充電設(shè)備應(yīng)在不同電壓等級(jí)上接入電力電纜；當(dāng)采用低壓電纜供電時(shí)，應(yīng)采用無接觸電跨距且能承受一定負(fù)荷電流沖擊的電力電纜"。根據(jù)《電動(dòng)汽車交流充電設(shè)施技術(shù)規(guī)范》（GB/T28418-2012）第5.1.2條規(guī)定：“充電設(shè)備應(yīng)能滿足不同電壓等級(jí)下可靠運(yùn)行"，因此本項(xiàng)目充電樁均采用220V交流供電方式。同時(shí)為了避免發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)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(xiàng)目充電樁均采用自動(dòng)滅火裝置進(jìn)行保護(hù)。
2.2充電樁設(shè)置方案
2.2.1電氣設(shè)計(jì)
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50057-95《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)建筑物總配電網(wǎng)有1個(gè)及以上防雷裝置時(shí)，其防雷系統(tǒng)可不按等效電氣設(shè)備計(jì)算，但建筑防雷電設(shè)計(jì)應(yīng)符合該規(guī)范要求。本項(xiàng)目屬于高層建筑，地下室均為純商業(yè)建筑。在主配電箱內(nèi)安裝有漏電斷路器，在戶配電箱內(nèi)安裝有漏電保護(hù)開關(guān)。電氣系統(tǒng)及保護(hù)系統(tǒng)分為：配電系統(tǒng)、（漏電保護(hù)器及火災(zāi)報(bào)警裝置）和照明設(shè)備系統(tǒng)等組成。配電電源、保護(hù)電源分別由接地及防雷電源母線引入；電力負(fù)荷采用二級(jí)配電箱供電，配電箱不做開關(guān)。
2.2.2配電系統(tǒng)
電氣設(shè)備的選擇與布置應(yīng)與建筑要求相適應(yīng)，并且應(yīng)與城市規(guī)劃要求相吻合。對(duì)于商業(yè)建筑來說，配電線路包括總配電箱、戶內(nèi)配電箱和其他配電箱等。因此，本項(xiàng)目根據(jù)《汽車庫(kù)、修車庫(kù)和停車場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求在配電系統(tǒng)中設(shè)置了總配電箱及戶內(nèi)配電箱。本項(xiàng)目在地下二層設(shè)有兩個(gè)充電站，一個(gè)充電槍+一臺(tái)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(gè)充電槍+充電槍為集中控制方式。在單體建筑地下二層及負(fù)一層均設(shè)有兩個(gè)充電樁。因單體建筑內(nèi)部為商業(yè)區(qū)域，故配電系統(tǒng)上采用一級(jí)配電箱加二級(jí)配電箱的形式。
2.2.3照明設(shè)備
按照GB50034-2005《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定，在高層建筑內(nèi)，消防分區(qū)、疏散距離、出口數(shù)等均須滿足有關(guān)規(guī)定，并按有關(guān)規(guī)定的規(guī)定，并按有關(guān)規(guī)定，一類高層建筑的消防出口不得少于2個(gè)；消防控制室內(nèi)，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)顯示；二、三類高層建筑采用“一個(gè)控制室集中控制"，即：按每層以上區(qū)域設(shè)置消防控制室，各區(qū)域消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)報(bào)警信號(hào)顯示于該區(qū)域消防控制室。由于電動(dòng)汽車充電樁有多個(gè)充電工位，且需要實(shí)現(xiàn)1-2分鐘的快速充電模式，因此對(duì)控制柜中的照明設(shè)備進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。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(nèi)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(chǎng)入口附近設(shè)置了DC快速充電站。在B1和B2的地下停車場(chǎng)內(nèi)，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(shè)500KVA變壓器。負(fù)責(zé)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(dāng)前我國(guó)電動(dòng)汽車的普及率并不高，在計(jì)算變壓器的容量時(shí)，須選擇6。與其它負(fù)載共享的交流充電站所需的變壓器系數(shù)為0.5。
3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)
3.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
3.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.3.1系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5）應(yīng)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(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。
小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。
3.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能
3.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shè)備使用率，合理分配資源。
3.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。
3.4.4故障管理
設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。
3.4.5統(tǒng)計(jì)分析
通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。
3.4.7運(yùn)維APP
面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)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(shè)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(jié)語
在電動(dòng)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(zhuǎn)換，由一次電路直接將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能供電動(dòng)車充電使用的一種充電方式。因其無需升壓裝置，技術(shù)難度小，造價(jià)較低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)綜合體地下車庫(kù)項(xiàng)目中。對(duì)于該項(xiàng)目而言，可充分利用現(xiàn)有商業(yè)綜合體的地下空間資源，根據(jù)周邊條件合理布局充電樁；對(duì)一些空間較大的車庫(kù)來說，也可利用其下部的屋頂空間做露天車庫(kù)；對(duì)不能滿足條件的項(xiàng)目而言，也可以根據(jù)實(shí)際情況通過增加相應(yīng)附件和措施來滿足設(shè)計(jì)要求。
電動(dòng)汽車充電樁集中式電能規(guī)劃技術(shù)研究[J].賴茂松.汽車實(shí)用技術(shù).2018（24）
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安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.
賀曉朋,張樂樂,某商業(yè)綜合體地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電樁的電氣設(shè)計(jì)
