電動汽車充電站設計初探

王毓林

摘 要:根據國家電網電動汽車充電設施典型設計,以國網公司“換電為主,插充為輔,集中充電,統一配送”的電動汽車充換設施的建設方針為指導,列出了站址選擇原則,供配電系統,充換電系統,綜合監控系統設計內容。

關鍵詞:電動汽車充電站設計構思技術方案

中圖分類號:TM910 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0047-01

1 電動汽車充電站設計依據

以《國家電網公司電動汽車充電設施建設指導意見》和《國家電網公司電動汽車充電設施典型設計》為指導,以電動車國家標準,國家電網公司電動汽車充換電站相關的6項行業標準等技術規范文件為建設依據,以電動汽車市場需求發展為導向,采用模塊化設計方法,充分體現系統擴展性和開放性,以標準化、通用化為工程實施原則,為今后充電機推廣使用奠定基礎。

2 設計構思

電動汽車充電站系統主要組成部分:

(1)供配電系統:供配電系統主要為充電設備提供電源,主要由一次設備(包括開關、變壓器及線路等)和二次設備(包括監測、保護和控制裝置等)組成。

(2)充換電系統:充換電系統是整個充換站的核心部分,主要為電動汽車動力電池系統安全自動的充滿電。主要包括充電樁、充電機、計費裝置、電池更換設備等。

(3)綜合監控系統:監控系統是充換站安全高效運行的保證,它實現對整個充換站的監控、調度和管理,主要包括充換電監控系統、計量計費系統、配電監控系統、安保監視系統。

(4)配套設施:充換電站配套設施包括照明設備、溫控系統、消防設施、自助交易終端、電池維護設備等。

3主要技術方案

3.1 站址選擇依據

站址應位于經濟發展重區,綜合考慮行車線路進出走廊,負荷位置,站用電源,交通運輸,土地用途等多種元素,并符合市區土地利用總體規劃。站址規劃區內公用服務設施齊全,建設后將利用就近的生活,給排水,防洪的設施和其最終規模的統籌規劃。

3.2 供配電系統設計

根據《國家電網公司電動汽車充電設施建設指導意見》的要求,大型充換電站進線電源采用10kV雙路供電。

電動汽車充電設備屬于諧波源負荷,為確保電能質量和電力系統的安全、經濟運行,需采取諧波電流的措施10kV每段母線配置一套有源濾波器(APF),APF是一種用于動態抑制諧波、補償無功的電力電子裝置,它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償,。電動汽車充換電站有源濾波器(APF)容量的大小,是由電動汽車充換電站總體充電機容量大小所決定的。

3.3 充換電系統設計

3.3.1 整車充電系統設計

整車充電系統主要針對未來市區電動公交和其它中型車輛等的整車充電。一般情況下整車充電采用慢速充電方式進行充電,即按0.4C(C是電池容量)的充電電流充電,充電時間為3～4h(按深度放電后的再充滿電的最長時間計算),根據以上原則,選擇充電機充電電流為150A。

配置200kW(輸出電壓范圍:DC350-700V;額定輸出電流:300A)分體式直流充電機,對大型車輛進行整車充電;配置105kW(輸出電壓范圍:DC350-700V;額定輸出電流:150A)分體式直流充電機,對中型車輛進行整車充電;配置40kW(輸出電壓范圍:DC250-500V;額定輸出電流:80A)分體式直流充電機,對小型車輛進行整車充電,配置7kW(220V/32A)交流充電樁對車輛進行充電。

充電機采用分體式,分體式充電機指交直流功率變換和直流輸出控制兩部分分立為兩個單體的形式,它們之間通過電纜連接組成一套完整的充電機。

3.3.2 電池更換系統設計

電池更換系統是電池充換站的核心組成部分,由電池箱、電池充電架、換電設備等組成。電池箱是指由若干單體電池、箱體、電池管理系統及相關安裝結構件(設備)等組成的成組電池,具備符合標準的電池箱結構、電池箱監控設備(電池電壓、內阻、溫度、充放電電量、電池箱身份識別、充放電過程管理等)、電池箱接插件、電池箱環控設備等。電池充電架由若干充電單元組成,每個充電單元由若干充電機、電池組及電池管理系統、煙霧傳感器、電池存儲架(和快速更換系統匹配)等組成。換電設備指針對不同類型電動汽車,適應不同標準等級電池箱能力的電池更換設備及其配套附件。具有方便、快捷、準確更換電池箱的功能。

3.4 綜合監控系統設計

3.4.1 充換站監控系統

充換站監控系統的網絡結構分為三層:第一層為充換站中央監控管理系統,包括數據服務器、WEB服務器、監控主機等設備;第二層為配電監控、充電監控、煙霧監視和視頻監視四個子監控系統;第三層為現場智能設備。各子監控系統通過局域網和TCP/IP協議與中央監控管理系統連接,實現對整個充換站的數據匯總、統計、故障顯示及監控。

3.4.2 計量計費系統設計

充換電站內由用電采集終端負責采集各個關口電表、直流電表、交流電表的實時電量信息,通過本地工業以太網與計費工作站通訊,將整個充換電站的總電量、各充電機的每次充電電量傳送到后臺進行處理,并把電量和計費信息存儲到數據庫服務器中;通過充換電站計量管理機完成與用電信息采集系統或上級監控中心的通信,確保上級系統能夠實時獲取充換電站內的電量信息。

3.4.3 配電監控系統設計

(1)保護部分

10kV進線保護:光纖電流差動保護,三相一次重合閘,具備三段式過流保護功能;分段開關需配分段保護裝置,具備三段式過流保護功能;10kV電壓并列裝置,具備兩段母線的電壓并列功能;變壓器配變壓器保護裝置,具備三段式過流保護、過負荷保護、低壓側零序電流保護、超溫告警或跳閘、低壓保護等保護功能;0.4kV開關采用開關自帶的過流保護功能。0.4kV側設分段備投裝置。

(2)測控部分

具備配電系統各間隔的電流電壓等電氣參數的遙測功能、開關位置的遙信功能以及重要開關(10kV開關、0.4kV進線開關和聯絡線開關)的遙控功能。

3.4.4 安防監控系統設計

視頻監控系統主要考慮對全站主要電氣設備、關鍵設備安裝地點以及周圍環境進行全天候的圖像監視,以滿足電力系統安全生產所需的監視設備關鍵部位的要求,同時,該系統可實現充換電站安全警衛的要求。

主要監視范圍及監視對象: 監視充換電站區域內場景情況,監視充換電站內常規敞開式刀閘的分、合狀態,監視充換電站內變壓器等重要運行設備的外觀狀態,監視充換電站內主要室內場景情況,并實現雙向通話;監測充換電站內主要室內(主控室、設備室等)溫度、濕度和場地電纜溝的水浸情況;實現充換電站防盜自動監控,可進行周界、室內、門禁的報警及安全布/撤防;實現站內消防系統報警聯動,并對消防系統運行狀態進行監視;實現對空調等設備的遠方狀態監視和控制。

4 結語

作為國家的一項節能、環保政策,國家將加大力度推廣新能源汽車進入市場化的應用,電動汽車充電站設計和建設也日將增多,本文通過簡介,使大家了解電動汽車充電站的基本組成。隨著更多的電動汽車站項目的開始,國家電網政策及技術的新生事物,充電站工程建設將日趨完善。