地下車庫電動汽車充電樁電氣設(shè)計實例分析

藍(lán) 云/ 曾 昊

(1.中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 上海 200070； 2. 民航新時代機(jī)場設(shè)計研究院， 上海 200050)

地下車庫電動汽車充電樁電氣設(shè)計實例分析

藍(lán) 云1/ 曾 昊2

(1.中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 上海 200070； 2. 民航新時代機(jī)場設(shè)計研究院， 上海 200050)

主要介紹了電動汽車充電樁配電系統(tǒng)的設(shè)計思路。以某商業(yè)辦公綜合體地下車庫的電動汽車充電樁配電設(shè)計為例，通過闡述包括挑選充電樁類型、確定配電方案、負(fù)荷計算、設(shè)置防雷接地等在內(nèi)的設(shè)計要點(diǎn)，初步介紹了電動汽車充電樁配電系統(tǒng)的設(shè)計流程及需在設(shè)計過程中關(guān)注的一些問題。

充電樁 地下車庫 電氣設(shè)計 負(fù)荷計算

0 引言

在世界環(huán)境、能源問題日益尖銳的當(dāng)下，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源已然成為當(dāng)今社會最為熱門的話題，伴隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，混合能源汽車、電動汽車已在市場中占據(jù)了一定的份額。應(yīng)其發(fā)展要求，不僅僅是改變驅(qū)動方式，也需要對能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的生產(chǎn)、制造、布設(shè)安裝已成為當(dāng)下熱門的產(chǎn)業(yè)。多地建設(shè)主管部門要求停車場的車位數(shù)要按照一定比例安裝新能源汽車充電設(shè)施，以滿足新能源汽車的充電需求，促進(jìn)電動汽車的推廣應(yīng)用。

1 對充電樁的功能需求及選型

目前，充電裝置一般劃分為傳導(dǎo)式充電和快速更換電池兩類，考慮到更換電池成本較高、更換程序較為復(fù)雜，在常見的民用建筑內(nèi)一般選擇傳導(dǎo)式充電裝置。傳導(dǎo)式充電樁的進(jìn)線輸入經(jīng)由變壓器、配電總箱等與交流電網(wǎng)相連接，充電樁的末端通過自帶充電插頭為電動汽車提供充電服務(wù)，常見的安裝方式為固定在地面或墻面。

充電樁一般提供常規(guī)慢速充電和快速充電兩種充電方式，即快速充電方式由直流充電樁提供，其將電網(wǎng)交流電能變換為直流電能，是為電動汽車動力蓄電池充電的專用充電裝置，適用于公共充電站等需要快速充電的場所；而交流充電樁則俗稱“慢充”，體積較小，可以方便安裝于各種公共停車場，為具備車載充電機(jī)的電動汽車提供交流電能[1]。充電樁安裝在社區(qū)停車場、居民小區(qū)、大型商場、服務(wù)區(qū)、路邊停車場等場所，并帶有自助服務(wù)功能，其人機(jī)交互操作界面可顯示充電時間、充電方式等服務(wù)信息，提供充電費(fèi)用等服務(wù)憑據(jù)，用戶只需使用專用充電卡就可完成充電樁對電動汽車的充電。

2 充電樁預(yù)留比例及配置方案

為響應(yīng)國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》文件要求，新建住宅小區(qū)已經(jīng)全面開展電動汽車充電裝置的建設(shè)與預(yù)留工作，商業(yè)建筑、辦公建筑等社會公共停車場中10%以上的車位已安裝了電動汽車的充電裝置。

本工程為商業(yè)辦公綜合用房，地上10層(1～3層商業(yè)開發(fā)用房，4～10層為辦公樓)、地下2層(車庫，共233個車位)，商業(yè)辦公合用，因此商業(yè)及辦公人群的私人新能源汽車是電動汽車充電樁的主要需求群體，其配置應(yīng)當(dāng)盡可能地符合該人群需求的使用規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)今電動汽車的使用情況以及辦公、商業(yè)為主的人群對充電樁的習(xí)慣，本工程采用交流充電樁(慢充)和直流充電樁(快充)相結(jié)合的配置方案。根據(jù)地下車庫的停車容量以及目前主流產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格及配置比例要求，本工程中分別選用了5臺60kW 的直流充電樁和25臺10kW的交流充電樁，共計充電車位 30個。

本工程預(yù)留充電樁的停車位布置在室內(nèi)車庫中，采用分區(qū)域集中布置的方式。考慮充電樁安裝空間，充電樁皆靠墻或柱布置，并遠(yuǎn)離排水溝、井及地漏等。交/直流充電樁布置示意圖如圖1～2所示。

圖1 交流充電樁布置示意圖

圖2 直流充電樁布置示意圖

3 供配電系統(tǒng)設(shè)計

3.1 負(fù)荷計算

單臺充電樁輸入負(fù)荷大小計算見式(1)。

(1)

式中，P為單臺充電樁的輸出功率；cosφ為充電樁功率因數(shù)，充電樁配電系統(tǒng)需安裝有源濾波無功補(bǔ)償裝置，考慮其影響，cosφ可以取0.92；η為充電樁的工作效率，取0.9。

車庫充電樁總輸入負(fù)荷大小計算見式(2)。

St=K×(∑S直流樁+∑S交流樁)

(2)

式中，K為充電樁同時系數(shù)，由充電樁數(shù)量決定，取值范圍 0. 5～0. 8，本項目取0.8。

3.2 配電系統(tǒng)

本工程是地下車庫電動汽車充電樁的配電設(shè)計，充電樁被集中安放在地下一層同一防火分區(qū)內(nèi)，根據(jù) GB 50966-2014《電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范》中提出的要求，充電設(shè)備用電總負(fù)荷在 100kW 以下時，宜采用低壓供電[3]。故本工程設(shè)計1個交流充電樁配電柜和1個直流充電樁配電柜，由變電所低壓配電柜供電[2]，兩路進(jìn)線在充電樁配電總箱內(nèi)實現(xiàn)切換。若充電樁分布在不同防火分區(qū)內(nèi)，則應(yīng)從變電所低壓配電柜直接出線，引至地下車庫各層各防火分區(qū)充電樁配電總箱。充電樁配電總箱出線末端均需要設(shè)置短路保護(hù)和剩余電流保護(hù)功能的低壓斷路器，保證充電樁末端的用電安全，某些省市充電樁配電規(guī)定中強(qiáng)制要求剩余電流保護(hù)額定動作電流為 30mA，動作時間≤0.1s。交流充電樁配電箱的系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 充電樁配電箱系統(tǒng)示意圖

3.3 配電線路設(shè)計

本工程選用WDZ-YJY無鹵低煙阻燃銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護(hù)套電力電纜作為充電設(shè)施的配電線路，三相配電回路電纜中性線應(yīng)與相線截面面積相等，選用4+1型電纜，線路總距離≤200m，所用電纜截面應(yīng)滿足電壓降的要求。電纜公共敷設(shè)路徑走金屬線槽，末端支路配電線纜穿金屬軟管從金屬線槽引至充電樁，以常見壁掛式充電樁為例，可采用下進(jìn)線和兩側(cè)進(jìn)線的方式進(jìn)行安裝。

3.4 防雷接地

電源接地系統(tǒng)應(yīng)采用 TN-S 系統(tǒng)，充電站電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、防雷接地共用一套接地裝置，接地裝置的接地電阻≤ 1Ω，充電樁的保護(hù)接地端子進(jìn)行可靠接地，為充電樁配電箱的PE線做重復(fù)接地，在充電樁配電箱預(yù)留安裝位置處預(yù)留接地端子。

4 結(jié)束語

車庫充電設(shè)施的建設(shè)，為新能源汽車充電提供了便捷，同時推進(jìn)了我國汽車能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。地下停車庫的充電樁電氣設(shè)計應(yīng)根據(jù)其主體建筑的使用功能確定，參考當(dāng)?shù)匾?guī)范優(yōu)化配電方案，并合理配置直流充電樁與交流充電樁的比例。設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮充電樁的安全性，遠(yuǎn)離排水井地漏，加設(shè)短路保護(hù)和剩余電流保護(hù)，做好配電箱的重復(fù)接地。

[1] 傅明華.地下車庫電動汽車充電設(shè)施電氣設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2017，(2):47-48.

[2] 陳恩.某商業(yè)綜合體地下車庫電動汽車充電樁的電氣設(shè)計[J].江西建材，2017,(4):215-216.

[3] GB 50966-2014電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014.

Instance Analysis of Parking Lot Electric Vehicle Charging Piles Electrical Design

Lan Yun / Zeng Hao

The design of the power supply for electric vehicle charging pile is mainly introduced.Taking the power distribution design for charging pile as an example of an underground garage of a complex building. Through expounding equipment selection,establishing the scheme,calculating of load，the lightning protection and ground connection system, the design flow is introduced.

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