Case Analysis of Electric Vehicle Charging Facilities in Residential District

Zhou Yan

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Case Analysis of Electric Vehicle Charging Facilities in Residential District

Zhou Yan

AbstractThrough the understanding of the national new energy development strategy of electric vehicle, combining with an instance of the engineering design about electricvehicle parking spaces of the residential area, the building scheme of the electricvehicle charging infrastructure in the new village, old village, three-dimensional garage is elaborated in detail. This scheme not only fully meets the requirements of the policy to the ground, and also analyzes the technical difficulties in each stage of project planning and construction. Suggests the problems and countermeasures of worthy reference for the engineering design personnel.

Keywordsnew energy resources, electricvehicle, charging point, unit indicator, required coefficient, load calculation, harmonic

1新能源電動汽車發展政策導向

隨著新能源汽車的快速發展，電動汽車已成為節能環保汽車發展的主攻方向，與此同時，國內電動車銷量持續增長也帶動了電動車充電站的發展步伐。2015年10月9日國務院辦公廳發布的《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》中提出“各地要將充電基礎設施專項規劃有關內容納入城鄉規劃，完善獨立占地的充電基礎設施布局，明確各類建筑物配建停車場及社會公共停車場中充電設施的建設比例或預留建設安裝條件要求。原則上，新建住宅配建停車位應100%建設充電設施或預留建設安裝條件。”按照相關政策惠及程度，全國城市可按電動汽車發展政策條件分為三類，如表1所示。

各地方政府也在相關的文件中就電動車充電設施設置問題提出了相應的具體實施細則及配置指標，例如，北京市人民政府關于《北京市居住公共服務設施配置指標》和《北京市居住公共服務設施配置指標實施意見》的通知中要求居住類建筑應將18%的配建機動車停車位作為電動車停車位。隨著實施細則的陸續出臺及配套產品的不斷完善，規劃設計部門在方案規劃階段就需要考慮電動汽車車位的位置及電容量，在施工圖階段更應落實到位。

表1　電動汽車城市支持政策分類表

2新建住宅區配建電動車位案例解析

2.1某小區項目概況

以北京某新建住宅小區配建停車場項目為例，該住宅小區主要經濟技術指標如表2所示。

表2　某小區主要經濟技術指標

該新建小區總建筑面積41 785m2，擬建住宅總戶數300戶，停車場規劃共計300個停車位，按照《北京市居住公共服務設施配置指標》和《北京市居住公共服務設施配置指標實施意見》中居住類建筑應將18%的配建機動車停車位作為電動車停車位的要求可知，該項目應至少配建54個電動車停車位。

2.2規劃方案階段關鍵問題

在項目規劃方案階段，重點要考慮的問題電動車充電設施設備容量的負荷估算和電動車停車位的規劃位置。

在規劃方案階段，電動車充電設施設備容量的負荷估算按照單位指標法計算有功功率，見式(1)。

(1)

式中，Pe為單位用電指標，kW/位；N為車位數。

本項目方案中電動車充電設施按照10kW/位計算，則小區停車場中電動車充電設施合計設備的有功功率:P=10×54=540kW。

這些容量應納入該新建小區總體電容量規劃中，配套的變配電所應充分考慮電動車充電設備容量，避免因總電量不足造成后期增容弊端。另外，電動車停車位的規劃位置(集中或分散設置充電設施等)也決定了小區變配電設施的分布以及供配電系統的情況。

2.3施工圖階段技術要點

施工圖設計階段，重點要根據用戶使用位置及充電時間需求，確定電動車充電設施具體設置的位置及類型。通過與甲方溝通后最終確定，本項目原規劃的54個電動停車位平均分設在停車場南、北兩個區域，每個區域設置27個電動停車位；考慮到居民住戶固定停車位充電與訪客即充即走的兩種需求，每個區域中有24個車位采用交流充電樁(慢充)，3個車位采用直流充電樁(快充)。本項目采用的兩種充電樁參數見表3～4。

表3　充電樁參數(一)

表4　充電樁參數(二)

交流充電樁(慢充)優點是方便、簡單、有利于延長電池壽命，缺點是充電時間較長(一般在6h以上)，適合家庭用車固定車位；直流充電樁(快充)優點是充電效率高、充電時間短(一般在1h內)，缺點是大電流對電池使用壽命有一定影響，適合快速充電、即充即走的臨時車位。

下面就其中一個區域的27個電動車停車位充電設備的配電系統進行詳細的負荷計算：24個交流充電樁(慢充)分為8個三相回路供電，每個三相回路A、B、C相分別接1個慢充充電樁；3個直流充電樁(快充)分別由3個三相回路專供。該區域的電動車充電樁配電箱系統圖見圖1。

圖1　充電樁配電系統圖

由圖1可知，此區域27個充電樁中24個7.5kW慢充和3個30kW快充，總設備容量為270kW，采用需用系數法確定有功功率及計算電流，如式(2)、(3)所示。

計算負荷：P=Kx×Pe(kW)

(2)

(3)

式中，Pe為設備容量，kW；Kx為需用系數；cosφ為功率因數；U為額定電壓，kV。

充電樁配電箱出線回路三相平衡，進線處設置樓宇控制模塊及漏電報警模塊，以實現遠程控制、遠程計量以及監控電氣火災。根據停車場現場情況選用落地式充電樁，設計中采用的充電樁功能指標包括：充電模式(自動、定時、定費、定量預約模式)、無線射頻IC卡用戶身份驗證、通訊方式(以太網、CAN、RS485、無線通訊)，充電樁保護措施有三級防雷、過欠壓及充電異常保護、剩余電流保護，IP54防護等級。最終能夠實現用戶方便快捷地自行刷卡選擇模式充電，同時物業可以遠程監控各充電樁狀態，在實現充電設施的基本功能的同時，提高充電設施的智能化、自動化水平，實現充電設施無人或少人值守運行，達到充電設施經濟、安全、高效運行。

3立體停車庫及老舊小區配建電動車位的探討

針對占地面積小、空間利用率高的立體停車庫，可以采用升降橫移式機械立體充電站或垂直升降式機械立體充電站。升降橫移式機械立體充電站基于升降橫移式機械立體停車庫，廣泛應用于室內、外停車庫，其車位排列方式簡單、空間利用率高且車位移動范圍小，是立體充電站的較佳選擇。垂直升降式機械立體充電站基于垂直升降式機械立體停車庫，其特點是占地面積最小、空間利用率最高，垂直升降式機械立體停車庫通過簡單改造即可為電動車提供充電電源，可快速經濟地完成立體充電站的建設。

另外，老舊住宅小區電動車充電設施的建設存在很多難點，主要集中在原電網容量不足和電動車充電設施用地方面。政府部門可以利用老舊小區改造的機會，協調電力、房地產、物業等部門，增容改造小區供電設施、增加電網容量、解決用地等問題。以上講述的是整車充電方式，還有一種更換電池快速實現電動汽車能量補給的方式，文中不再細述。

4電動車充電設施建設對電網的影響

隨著電動汽車數量不斷增加，大量建設的集中充電站以及廣泛分布在停車場、停車庫的充電樁將不可避免地給電網帶來電能質量問題。充電機作為非線性設備產生的大量諧波會導致電氣設備過熱、絕緣介質老化加速、使用壽命減少、通信線路及信息線路受干擾、還會導致電網的電壓和電流發生畸變、功率因數下降、線路損耗增加、電網容量浪費問題。

鑒于電動車充電設施不斷增加給電網帶來的種種影響，在規劃設計過程中應注意電動車充電設備電壓和電流的諧波含量是否超過國家標準，相對應地考慮設置就地無功補償及有源濾波設備，或在變電所低壓側增設無功補償器及有源濾波器，對電動汽車充放電設備的諧波等指標進行嚴格控制。

5結束語

在國家對節能環保產業政策扶持力度不斷加大、對新能源汽車發展策略導向不斷加強的背景下，本文以新建居民住宅小區配建電動車充電設施為例，詳細論述了該案例的規劃設計方案，直觀、準確地闡述了充電樁配電系統及負荷計算方法，對立體停車庫及老舊區配建充電設施建設提出了解決方案，針對電動車充電設施對電網的影響提出了解決措施，具有很高的通用性和實用性。不同類型的停車場配建的電動車充電設施設計有其各自特殊的要求，通過希望以上的案例總結能對今后電動車充電設施設計有所借鑒和幫助。

參考文獻

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[5]劉振亞.智能電網技術[M]. 北京：中國電力出版社.2010:304-310.

住宅小區配建電動車充電設施的措施解析

周巖

(中國新興建設開發總公司，北京 100039)

摘要通過對國家新能源電動汽車發展策略的解讀，結合住宅小區配套電動車停車位工程設計實例，對電動車充電設施在新建小區、老舊小區、立體車庫的配建方案進行了周密闡述。該方案不僅充分滿足了政策落地的要求，同時還剖析了工程規劃和施工各階段的技術難點，提出的問題及應對措施值得工程設計人員參考和借鑒。

關鍵詞新能源電動汽車充電樁單位指標法需用系數法負荷計算諧波