我國充電樁設(shè)計要求及相關(guān)概述

陳 游

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京100044)

我國充電樁設(shè)計要求及相關(guān)概述

陳 游

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京100044)

分散式充電樁是充電服務(wù)設(shè)施的主體，由居民區(qū)和單位停車場的專用充電樁以及公共建筑物配建停車場、社會公共停車場等的公共充電樁組成。現(xiàn)剖析不同類型充電樁在政府政策、電費計量、系統(tǒng)設(shè)計等方面存在的不同。

專用充電樁 公共充電樁 交流充電樁 直流充電樁

0 引言

2014年7月，國務(wù)院辦公廳《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出，要“以純電驅(qū)動為新能源汽車的主要戰(zhàn)略方向，貫徹落實發(fā)展新能源汽車的國家戰(zhàn)略”，電動汽車充電服務(wù)設(shè)施要滿足“以使用者居住地、駐地停車位(基本車位)配建充電設(shè)施為主體，以城市公共停車位、路內(nèi)臨時停車位配建充電設(shè)施為輔助，以城市充電站、換電站為補充”的發(fā)展方向。

2015年10月，國家發(fā)改委發(fā)布《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》，提出要“結(jié)合居民區(qū)與單位停車場配建充電樁，新增超過430萬個用戶專用充電樁”和“新增50萬個分散式公共充電樁”。

相對于城市充電站、換電站，居民區(qū)和單位停車場的專用充電樁以及公共建筑物配建停車場、社會公共停車場等的公共充電樁都屬于分散式充電樁，一般屬于民用建筑設(shè)計范圍內(nèi)的配套電氣系統(tǒng)，故在國家政策的號召和人民生活的需求下，充電樁設(shè)計已成為建筑電氣中一項全新而重要的設(shè)計內(nèi)容。本文將從電氣設(shè)計角度對比分析居民區(qū)和單位停車場的專用充電樁以及公共建筑物配建停車場、社會公共停車場等的公共充電樁的區(qū)別，包括政府政策、電費計量、系統(tǒng)設(shè)計等，為充電樁的建設(shè)大潮提供指導(dǎo)意見。

1 政府政策

在中央的積極支持下，國家部委層面、各地政府均出臺了相應(yīng)的鼓勵發(fā)展政策。國家發(fā)改委《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》將充電樁發(fā)展劃分為“加快發(fā)展地區(qū)”、“示范推廣地區(qū)”和“積極促進(jìn)地區(qū)”三個區(qū)域，大體對應(yīng)于東部地區(qū)、中部地區(qū)和西部地區(qū)。表1列出了不同地區(qū)的政府政策要求，因為“加快發(fā)展地區(qū)”的政策支持力度較大，所以在“加快發(fā)展地區(qū)”選擇了5個地區(qū)，”示范推廣地區(qū)”和“積極促進(jìn)地區(qū)”各選擇了1個地區(qū)。

表1 各地政府充電樁建設(shè)政策要求

注：1、2015年10月國家發(fā)改委《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》；2015年12月《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作的通知》；2017年1月，國家能源局等《關(guān)于加快單位內(nèi)部電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的通知》。

2、2016年3月《北京市電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施專項規(guī)劃(2016-2020年)》。

3、2016年3月《上海市電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施專項規(guī)劃(2016-2020年)》。既有停車場改造配建規(guī)劃目標(biāo)為5%。

4、2015年11月《深圳市城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》。

5、2016年5月《杭州市推進(jìn)新能源電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施辦法》；2016年7月《浙江省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。

6、2016年5月，《福建省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運營管理暫行辦法》。

7、2015年12月《重慶市加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施方案》。

8、2016年4月《青海省人民政府辦公廳關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的實施意見》。

分析表1可知，國家確定的充電樁建設(shè)的“加快發(fā)展地區(qū)”包括北京市、上海市、深圳市、杭州市、福建省，地方政策的要求基本都高于國家的規(guī)定，但互相之間政策力度也有較大差距。

因此，不同類型的地區(qū)、不同類型的建筑對于充電樁建設(shè)有不同的要求，這在電氣設(shè)計中是首要重點。尤其對于加快發(fā)展地區(qū)和示范推廣地區(qū)，不同的城市、城市內(nèi)不同的區(qū)域(如上海市的一類地區(qū)、重慶市的主城區(qū)等)、不同類型的建筑都要進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的調(diào)研，才能準(zhǔn)確確定符合政策要求的充電樁建設(shè)數(shù)量。

2 電價體系

根據(jù)《銷售電價管理暫行辦法》，我國銷售電價主要分為居民生活用電、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電、一般工商業(yè)用電和大工業(yè)生產(chǎn)用電四大類。一般來講，上述4類的電價關(guān)系為：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電<居民生活用電<大工業(yè)生產(chǎn)用電<一般工商業(yè)用電。

根據(jù)2014年7月國家發(fā)展改革委《關(guān)于電動汽車用電價格政策有關(guān)問題的通知》(下文簡稱“《用電價格》”)，居民家庭住宅的充電設(shè)施用電，執(zhí)行居民用電價格中的合表用戶電價；企事業(yè)單位、社會公共停車場中設(shè)置的充電設(shè)施用電，例如辦公、商業(yè)停車場，執(zhí)行“一般工商業(yè)及其他”類用電價格；向電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)直接報裝接電的經(jīng)營性集中式充換電設(shè)施用電，例如國家電網(wǎng)公共充電樁，執(zhí)行大工業(yè)用電價格。得出如下充電價格關(guān)系：居民區(qū)專用充電樁<國家電網(wǎng)公共充電樁<辦公商業(yè)充電樁。

《用電價格》還指出，充換電設(shè)施經(jīng)營企業(yè)可向電動汽車用戶收取電費及充換電服務(wù)費，后者用于彌補充換電設(shè)施運營成本。目前，各地充換電服務(wù)費相差迥異，同樣是乘用車，青島、北京、上海、南昌分別為0.65元/kW·h、0.8元/kW·h、1.6元/kW·h和1.8元/kW·h。相對充換電服務(wù)費，全國不同地區(qū)間的基本電價差距較小，因此，必須特別重視充換電服務(wù)費對不同地區(qū)用戶充電方式的影響。一般地，公共充電樁多為企業(yè)經(jīng)營，會收取充換電服務(wù)費，而專用充電樁一般不收取該費用，因此，考慮充換電服務(wù)費后，可以得出如下的充電價格關(guān)系：居民區(qū)專用充電樁<辦公專用充電樁<國家電網(wǎng)公共充電樁<商業(yè)公共充電樁。

另一個不能忽略的因素是停車費的影響。目前大力發(fā)展充電樁的城市和省份往往是在發(fā)達(dá)地區(qū)，停車費通常較高。假設(shè)充電電價為a元/kW·h，充電樁充電功率為bkW，停車費為c元/h，則單位時間的充電電費為ab元/h，充電電費與停車費的比值為ab/c。以北京為例，不滿1kV的一般工商業(yè)平時電價為0.874 5元/kW·h，停車費簡化為10元/h，假設(shè)交流樁和直流樁充電功率分別為4kW和16kW，則交流樁和直流樁的充電電費與停車費的比值分別為0.35和1.40。這個比值清楚地說明了停車費占充電總費用的比例之大，并從側(cè)面證實了：在停車費需要單獨計量的區(qū)域，高昂的停車費往往使用戶更傾向于直流樁。由于住宅和辦公目前主體建設(shè)的為專用充電樁，專用樁一般為固定車位已預(yù)交全年停車費，而公共充電樁每次需單獨交停車費，可以得出如下的充電價格關(guān)系：居民區(qū)專用充電樁<辦公專用充電樁<國家電網(wǎng)公共充電樁<商業(yè)公共充電樁。

綜合上面的分析，以北京為例，充電總費用包括充電電費、充換電服務(wù)費、停車費，詳見表2。

表2 北京市充電樁電價體系(單位：元/kW·h)

注：1、假定交流樁和直流樁充電功率分別為4kW和16kW，則按千瓦時計算，交流樁和直流樁的停車費10元/h可分別換算為2.5元/kW·h和0.63元/kW·h。

2、將充換電服務(wù)費和停車費折算后加入充電電費。因交流樁的停車費占比太高，明顯不具有優(yōu)勢，停車費只按直流樁停車費計算。

表2與前面的分析結(jié)果是一致的，對設(shè)計者確定設(shè)計原則具有很大的參考意義。從表2可知以下內(nèi)容。

1)國家目前大力推廣發(fā)展專用充電樁，且很快得到了市場的認(rèn)可，其根源為專用充電樁雖然初投資較高，但后期免去了停車費和充電服務(wù)費，充電總費用具有明顯優(yōu)勢。

2)辦公和商業(yè)充電總費用的差異，其根本在于專用充電樁和公共充電樁的差異。辦公建筑大部分為自用車位，商業(yè)建筑大部分為對外車位，因此，辦公建筑可以發(fā)展公共充電樁，商業(yè)建筑也可以發(fā)展專用充電樁。設(shè)計的根本前提在于要分清需要的是專用充電樁還是公共充電樁，不應(yīng)該簡單地以辦公或商業(yè)為依據(jù)進(jìn)行交流樁或直流樁的設(shè)計。

3)由于電費的劣勢，商業(yè)公共充電樁的價格競爭力不如國家電網(wǎng)公共充電樁。但因為商業(yè)充電樁靠近商業(yè)場所，用戶可以邊逛街邊充電，因此其設(shè)計應(yīng)充分考慮到用戶只有同時想逛商場時才會來此充電，否則會去國家電網(wǎng)公共充電樁的情況，即當(dāng)同時存在兩種公共充電樁時，國家電網(wǎng)充電樁的充電總?cè)藬?shù)需考慮周邊全部需要充電的用戶，而商業(yè)充電樁的充電總?cè)藬?shù)只需要考慮來商場逛街的用戶，前者更類似社會公用充電樁，后者更類似商場客戶公用充電樁，在場地條件足夠時，前者的設(shè)計樁數(shù)應(yīng)該顯著高于后者。

3 充電模式

GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》中指出，將電動汽車連接至電網(wǎng)的模式有4種。該規(guī)范規(guī)定，模式1已不應(yīng)用于對電動汽車充電。

模式2充電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)插座，采用單相交流供電。電動汽車出廠時給用戶配備的便攜充電頭(單相)即采用充電模式2，連接符合要求的家用16A插頭插座時即可充電。

Horn 采用全新的旋風(fēng)銑分層銑削理念開發(fā)了一套銑削刀具，這些都是專門為加工具有更大余量的蝸桿和螺紋而設(shè)計的。為達(dá)到這一目的，新增獨立的預(yù)加工刀片，并能將工件加工到指定的外徑尺寸。就具有9個刀片的刀具而言，分層銑削理念采用區(qū)分粗精加工方式，以便每個刀刃都能分擔(dān)相同的切削量，這意味著每個刀刃能獲得顯著延長的使用壽命。精加工刀刃可在優(yōu)化的加工范圍內(nèi)生產(chǎn)光潔的螺紋齒面。無論工件外徑尺寸如何，均可結(jié)合各種外形輪廓的刀刃延長刀具壽命，生產(chǎn)出最佳的蝸桿和螺紋。

模式3充電系統(tǒng)使用連接到交流電網(wǎng)的供電設(shè)備，將電動汽車與交流電網(wǎng)連接。交流充電樁即執(zhí)行充電模式3。

模式4用于電動汽車連接到直流供電設(shè)備的情況。直流充電樁即執(zhí)行充電模式4。

進(jìn)一步結(jié)合GB/T 20234.1-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分：通用要求》、GB/T 20234.2-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分：交流充電接口》、GB/T 20234.3-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第3部分：直流充電接口》，可以總結(jié)出不同充電模式下電動汽車充電接口的主要技術(shù)要求，見表3。

表3 電動汽車充電模式比較

交流充電樁執(zhí)行模式3屬于車載充電模式。充電系統(tǒng)為車載充電機提供交流電源，由車載充電機為動力電池充電。因此交流充電樁結(jié)構(gòu)簡單，電氣模塊主要完成充電的控制和充電過程的保護(hù)，設(shè)備成本和安裝成本比較低。充電電流為小電流，可提高充電效率和延長電池的使用壽命。但是，充電時間較長，一般為5～8h(甚至長達(dá)10～20h)。

直流充電樁執(zhí)行模式4，屬于非車載充電模式。充電系統(tǒng)通過安裝在電動汽車外的非車載充電機，即直流充電樁與交流電網(wǎng)連接，為電動汽車動力電池提供直流電源。直流充電樁電氣模塊包括高頻開關(guān)電源模塊、直流輸出控制模塊等，電氣結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，設(shè)備成本和安裝成本較高。充電電流為大電流，對充電安全性提出更高的要求。但是，其可實現(xiàn)電動汽車的快速充電，給實際應(yīng)用帶來了便利。

發(fā)改委出臺《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》后，各地政府相應(yīng)出臺了落實辦法：對于居民區(qū)專用充電樁充電模式的規(guī)定均以交流充電樁為主，對于公共充電樁充電模式的規(guī)定均以直流充電樁為主；而對于單位專用充電樁的規(guī)定則略有區(qū)別，多為交直結(jié)合(但浙江省規(guī)定為交流充電樁為主)。

充電樁充電模式的選擇應(yīng)結(jié)合交/直流充電樁的特點，根據(jù)充電樁用戶使用情況確定。故筆者認(rèn)為：

2)公共充電樁一般服務(wù)于私人乘用車休閑娛樂或應(yīng)急使用。根據(jù)某項針對北京海淀區(qū)某大型商場和超市的實際調(diào)研可知，私人乘用車用作休閑娛樂時的平均停車時間為79.78min[4]。可見，公共充電樁充電時間一般較短，應(yīng)以直流充電樁為主。

3)單位專用充電樁主要服務(wù)于私人乘用車及公務(wù)車。私人乘用車使用時間為上班后至下班前，即7∶30～17∶00，充電時間充裕，可使用交流充電樁。但不排除有些職工臨時出差或辦事需要快速充電。公務(wù)車未執(zhí)行公務(wù)時，即可實行充電。另外，大部分公務(wù)車夜間停留在指定地點，因此可白天充電，也可利用峰谷分時在夜間進(jìn)行充電，充電時間充裕。但有些單位公務(wù)車使用繁忙，對于當(dāng)前電動車一次充滿僅能續(xù)航150km左右的現(xiàn)狀，僅靠夜間充電滿足不了使用需求，白天也會需要緊急充電。考慮到上述使用需求，單位專用充電樁與居民區(qū)專用充電樁還應(yīng)區(qū)別對待，應(yīng)考慮一定的直流充電樁比例，實現(xiàn)交直結(jié)合。

4 系統(tǒng)設(shè)計

居民區(qū)專用充電樁應(yīng)根據(jù)配置的充電樁數(shù)量估算配電總?cè)萘浚捎谄湟话憔谝归g使用，計算回路配電容量時，同時系數(shù)應(yīng)取較高值。但由于充電樁用電與其他居民用電能夠在峰谷分時錯開，計算變壓器安裝容量時，應(yīng)按峰谷分別考慮。居民區(qū)專用充電樁以交流充電樁為主，直流充電樁數(shù)量少，可不考慮充電樁產(chǎn)生的諧波干擾，但需盡量做到三相負(fù)荷平衡。而且，為了配合《關(guān)于電動汽車用電價格政策有關(guān)問題的通知》的執(zhí)行，實現(xiàn)計量要求，在電氣設(shè)計中，居民區(qū)專用充電樁需要做到一樁一表，以便與居民住宅用電合表計量。

單位專用充電樁模式為交直結(jié)合，應(yīng)根據(jù)實際交流充電樁與直流充電樁的比例考慮配電設(shè)計。計算回路容量時，同時系數(shù)可較居民區(qū)專用充電樁低。充電樁負(fù)荷與其他負(fù)荷不能峰谷錯開，需留足變壓器安裝容量。諧波干擾應(yīng)進(jìn)行計算確定，考慮是否需增加有源濾波設(shè)備。

公共充電樁以直流充電樁為主，用電容量大，諧波干擾大，且不能與其他用電負(fù)荷峰谷錯開，設(shè)計時應(yīng)特別注意對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。應(yīng)增加交流濾波裝置，且盡量由容量較大的系統(tǒng)供電。

單位專用充電樁和公共充電樁計量表的配置與物業(yè)管理等有關(guān)，是否需要一樁一表應(yīng)根據(jù)實際情況確定，但必須與其他動力、照明等用電分開計量，以便在日后的運營中能夠?qū)崿F(xiàn)峰谷分時計量，享受新能源優(yōu)惠政策。需要注意的是，此計量表指充電樁連接電網(wǎng)時配置的電表，而非充電樁自帶的計量模塊。

居民區(qū)和單位停車場的專用充電樁以及公共建筑物配建停車場、社會公共停車場等的公共充電樁的電氣設(shè)計區(qū)別可總結(jié)為表4。

表4 不同類型建筑的充電樁設(shè)計區(qū)別

注：1、指充電樁用電負(fù)荷與其他用電負(fù)荷能否峰谷錯開。

5 結(jié)束語

不同類型充電樁在電費計量、充電模式等方面均存在較大差異，電氣設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)根據(jù)交/直流充電樁特點，緊密結(jié)合國家政策，分析實際情況，做出合理且有拓展性的充電樁配電設(shè)計。

[1] GB/T 18487.1-2015 電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2015.

[2] Q/CSG 11516.1-2010 電動汽車充電設(shè)施通用技術(shù)要求[S].

[3] 崔玉峰,楊晴,張林山等. 國內(nèi)外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及充電技術(shù)研究[J]. 云南電力技術(shù), 2010,38(2):9-12.

[4] 羅卓偉,胡澤春,宋永華等. 電動汽車充電負(fù)荷計算方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2011,35(14):36-42.

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