Electrical Design of Electric Vehicle Charging Facilities for Civil Building

Deng Xiumei

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Electrical Design of Electric Vehicle Charging Facilities for Civil Building

Deng Xiumei

AbstractAccording to the planning ratio of electric vehicle charging facilities, selecting the different charging modes and rational use coefficients, charging facilities electricity load which meet the requirements and the development plan could be completed. Designers need to clear the key points of electric vehicle charging facilities designed.

Keywordselectric vehicle charging facilities， electricity capacity， DC charge， AC charge， charging pile

0引言

《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強(qiáng)城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作的通知》(【2015】199號)中提出：“自2016年起，城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門提出的新建居住(小)區(qū)和大型公共建筑的規(guī)劃條件，核發(fā)相關(guān)建設(shè)工程規(guī)劃許可證時，必須嚴(yán)格執(zhí)行新建停車場配建充電設(shè)施的比例要求，新建住宅配建停車位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施建設(shè)安裝條件，新建的大于2萬平方米的商場、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑配建停車場和社會公共停車場，具有充電設(shè)施的停車位應(yīng)不少于總停車位的10%。要將相關(guān)要求納入工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，施工圖審查機(jī)構(gòu)在審查住宅項目和大型公共建筑施工圖時，應(yīng)對充電設(shè)施設(shè)置是否符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核”。

但目前的狀況大多為若業(yè)主未提出要求，在民用建筑方案、規(guī)劃、施工圖階段的電氣設(shè)計基本不考慮電動汽車充電設(shè)施的設(shè)計，因此存在充電設(shè)施設(shè)置困難及用電容量不夠的問題；另一方面，即使業(yè)主要求設(shè)計充電設(shè)施，設(shè)計時也要根據(jù)預(yù)測的充電樁數(shù)量將用電量預(yù)留在配電房內(nèi)或樓層管井內(nèi)，而未在前期土建施工階段進(jìn)行容量預(yù)留及管線預(yù)埋，建成后再增加充電設(shè)施將造成重復(fù)施工和浪費。如何將可行、有效的規(guī)劃指標(biāo)及設(shè)計更好地融入到現(xiàn)有民用建筑電氣設(shè)計體系中是目前急需解決的問題，本文擬從以下幾個方面展開闡述。

1民用建筑電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃指標(biāo)及用電容量估算

充電設(shè)施用電負(fù)荷估算應(yīng)在規(guī)劃階段考慮項目所在地政府要求的充電設(shè)施占總停車位的比例，進(jìn)而估算用電容量。表1為部分品牌電動汽車的續(xù)航里程(數(shù)據(jù)來源：互聯(lián)網(wǎng))。

從表1可知，電動汽車具體的行駛里程還要根據(jù)不同廠家生產(chǎn)的車型而定，電池的性能和容量大小都直接影響電動汽車的行駛里程，同時電機(jī)性能、自重及載重強(qiáng)度、速度、氣溫、電池的老化程度、充電器的質(zhì)量、充電時間等諸多因素也會影響其行駛里程。

根據(jù)住建部【2015】199號文可知，新建住宅停車位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施條件。簡單估算一下，假設(shè)一輛電動車充滿一次電可續(xù)航150km，若每天來回30km，需5天充一次電，因此每天大約只有20%的電動車需要充電。建議住宅電動汽車充電設(shè)施用電負(fù)荷同時使用系數(shù)取0.1～0.15，又因目前電動汽車擁有量偏低，同時使用系數(shù)應(yīng)更低，且住宅停車位按照交流充電樁預(yù)留，所以每個充電樁配電容量按照7kW考慮；商業(yè)、辦公等公共建筑按照總停車位的10%設(shè)置具有充電設(shè)施的停車位，建議該電動汽車充電設(shè)施用電負(fù)荷同時使用系數(shù)取0.8～0.9,且公共建筑采用直流充電方式保證充電時間，所以每個非車載充電機(jī)配電容量暫按50kW考慮。GB 50067-2014《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》將停車庫根據(jù)停車數(shù)量按照防火分類分為四類，下面擬按照這四種防火分類分別統(tǒng)計電動汽車充電設(shè)施配電容量(表2)。

表1　電動汽車的續(xù)航里程

表2　四類分別統(tǒng)計電動汽車充電設(shè)施配電容量

通過表2可以看出，住宅電動汽車停車位采用慢充模式設(shè)置交流充電樁，利用外部交流電源給車載充電機(jī)提供電能，即使按照100%預(yù)留充電條件，按照I類車庫300個停車位計，計算負(fù)荷僅210kW,對變壓器容量影響并不大，且住宅電動汽車往往在夜間充電，因交流充電電流低，充電時間相對較長(一般充電時間為5～8h，有的甚至長達(dá)10～20h)，可充分利用電力低谷時段進(jìn)行充電，降低充電成本，提高充電效率并延長電池使用壽命。對于已建項目，也可根據(jù)交流充電樁的充電功率和接入數(shù)量對變壓器的負(fù)載率做分析(盡量利用原有的、甚至不需改造的變壓器)；商場、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑配建的停車場采用直流充電快充模式，充電容量大的設(shè)備建議設(shè)置專用變壓器，采用10kV供電，經(jīng)變壓器降壓后再向非車載充電機(jī)提供工作電源；充電容量不大的設(shè)備可由變壓器多回路向非車載充電機(jī)提供工作電源。

2根據(jù)不同需求合理選擇交流和直流充電設(shè)施

電動汽車充電模式有兩種：(1)交流電→非車載充電機(jī)(充電站、直流充電樁)→直流充電→電池。(2)交流電→交流充電樁→交流供電→車載充電機(jī)→直流充電→電池。

第(1)種電動汽車直流充電設(shè)施俗稱“快充”，固定安裝在電動汽車外，與交流電網(wǎng)連接，是可以為電動汽車動力電池提供直流電源的供電裝置。其輸入電壓采用三相四線AC380V±15%，頻率50Hz，輸出為可調(diào)直流電，可直接為電動汽車的動力電池充電。由于直流充電設(shè)施采用三相四線制供電，可以提供足夠大的功率，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，可以實現(xiàn)快充的要求；第(2)種電動汽車交流充電樁俗稱“慢充”，固定安裝在電動汽車外，與交流電網(wǎng)連接，是為電動汽車車載充電機(jī)(即固定安裝在電動車上的充電機(jī))提供交流電源的供電裝置，它只提供電力輸出，沒有充電功能，需連接車載充電機(jī)為電動汽車充電。

由于充電方式不同，在用戶居住地停車位、單位停車場配建的充電設(shè)備宜采用交流充電方式，商場、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑停車場和社會公共停車場等配建的充電設(shè)備以直流充電方式為主。不論是采用交流充電還是直流充電方式，住宅小區(qū)地下室均可采用分散式充電設(shè)施，一個電動汽車停車位宜設(shè)置一個充電接口；對于公共建筑地下室停車場，設(shè)置的電動汽車分散式充電設(shè)施可相對集中布置，或根據(jù)充電設(shè)施數(shù)量設(shè)置充換電站(宜設(shè)置在地下一層，并采取相應(yīng)防火措施，不應(yīng)設(shè)置在地下室最底層)。不同建筑類型也可根據(jù)對應(yīng)的需求將一部分停車位選用交流充電模式，一部分停車位選用直流充電模式。

3其他設(shè)計要求

3.1用電負(fù)荷等級

民用建筑充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)的用電負(fù)荷等級按照二級負(fù)荷考慮，其他負(fù)荷為三級負(fù)荷。監(jiān)控系統(tǒng)另設(shè)置UPS電源保證在市電停電后的電源投入。

根據(jù)容量確定充換電站供電電源的電壓等級，直流充電樁應(yīng)采用380V電壓等級供電，交流充電樁應(yīng)采用380V或220V電壓等級供電。

3.2末端充電設(shè)施

在民用建筑地下室車庫設(shè)置末端充電設(shè)施時，充電設(shè)備的布置應(yīng)靠近充電車位以便于充電，并應(yīng)縮短充電機(jī)輸出電纜的長度，宜靠墻或靠柱布置，當(dāng)無墻或無柱時應(yīng)布置在相鄰車位中間。

宜采用壁掛式充電設(shè)施，充電設(shè)備與充電車位、建(構(gòu))筑物的最小間距應(yīng)滿足安全操作及檢修要求，即充電設(shè)備外廓距充電車位邊緣的凈距≥0.4m，充電設(shè)備與建(構(gòu))筑物之間檢修距離≥0.8m。

落地安裝時，充電設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)高出停車位地坪20cm及以上，同時要保證充電設(shè)備及操作人員的安全。

3.3保護(hù)

非承載充電機(jī)應(yīng)具備交流輸入過壓過流保護(hù)、直流輸出過壓過流保護(hù)、內(nèi)部過溫保護(hù)等功能。交流充電樁應(yīng)具備過負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)功能。

3.4諧波治理

充電站在設(shè)計時應(yīng)重視非線性用電設(shè)備對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，并采取積極有效的防范措施來減小或消除諧波分量。依據(jù)GB/T 14549-1993《電網(wǎng)質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求可知，諧波治理需符合0.38kV電壓總諧波畸變率<5%的規(guī)定，避免污染電網(wǎng)，對用戶計量造成偏差以及影響樓內(nèi)的設(shè)備正常運(yùn)行或造成干擾等。如不能達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波控制要求,則應(yīng)采取有效的諧波治理措施。

3.5監(jiān)控系統(tǒng)

充電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)對充電設(shè)備運(yùn)行和充電過程的監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)的存儲和管理功能。供電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)對供電狀況、電能質(zhì)量、供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等的監(jiān)視和控制功能。

3.6計量系統(tǒng)

采用非車載充電機(jī)充電時宜在非車載充電機(jī)與電動汽車之間設(shè)置計量點,選用符合國家計量標(biāo)準(zhǔn)的直流電能表計量。采用交流充電樁充電時應(yīng)在交流充電樁與電動汽車之間設(shè)置計量點,選用符合國家計量標(biāo)準(zhǔn)的交流電能表計量。

4結(jié)束語

據(jù)了解，各地政府對新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃均推出了相關(guān)要求，《廣州市推進(jìn)電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)與管理暫行辦法》中要求：新建小區(qū)(公建)應(yīng)按不低于規(guī)劃停車位數(shù)18%的比例建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留充電設(shè)施接口，相關(guān)的發(fā)展指標(biāo)有大幅提高的趨勢。因此，各地項目在設(shè)計時，設(shè)計人員還應(yīng)根據(jù)地方要求做好充分的準(zhǔn)備工作。

參考文獻(xiàn)

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[3]NB/T 33002-2010 電動汽車交流充電樁技術(shù)條件[S]. 北京：中國電力出版社，2010.

民用建筑電動汽車充電設(shè)施電氣設(shè)計

鄧秀梅

(廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510500)

摘要考慮電動汽車充電設(shè)施的規(guī)劃比例，通過選擇不同的充電模式、合理的同時使用系數(shù)，設(shè)計符合使用要求和滿足發(fā)展規(guī)劃的充電設(shè)施用電負(fù)荷，設(shè)計師需明確電動汽車充電設(shè)施設(shè)計的幾個要點。

關(guān)鍵詞電動汽車充電設(shè)施用電容量直流充電交流充電充電樁