居住區(qū)電動汽車充電樁設(shè)計研究

劉舉祥

（廣東 佛山 528000）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們低碳環(huán)保理念的提升，我國政府積極推進(jìn)新能源汽車的應(yīng)用。而電動汽車以其節(jié)能、環(huán)保、清潔等優(yōu)點(diǎn)，成為了未來新能源汽車發(fā)展的大方向。充電樁作為電動汽車必備的充電設(shè)施，是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺少的組成部分，其設(shè)計關(guān)系到電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鑒于此，研究電動汽車充電樁的設(shè)計十分重要。

1 車位與充電樁的比例

在電動汽車中最為重要的兩個參數(shù)是動力電池的能量密度和續(xù)駛里程。鋰電池目前使用壽命5～8年，充電循環(huán)壽命600～1 000次。為了保持電池良好，延長電池壽命，電量下降到20%時需要充電，充電到電量的80%～90%時即停止充電。電動汽車?yán)m(xù)駛里程以前為150 km左右，目前可以達(dá)到200 km以上，隨著技術(shù)進(jìn)步電池能量密度的提高，新產(chǎn)品出臺后續(xù)駛里程將能達(dá)到300 km以上，這樣的續(xù)駛里程基本上可以滿足大部分人通勤里程和短途出行的需求。

按新能源汽車發(fā)展的路線圖，電動汽車?yán)m(xù)駛里程大、充電時間短后，其普及率將提高。對于一般居民，以續(xù)駛里程300 km進(jìn)行計算，可行駛里程約120 km，以每天平均通勤里程約40 km計算，則每臺電動汽車需要3 d充1次電，即車位與充電樁比例為3∶1，按總車位的30%設(shè)置充電樁。

2 負(fù)荷等級及負(fù)荷計算

住宅小區(qū)電動汽車主要以通勤為主，按照規(guī)定，其配電充電監(jiān)控系統(tǒng)用電為二級負(fù)荷，其他負(fù)荷為三級負(fù)荷。慢充樁的充電電流小、充電時間長，電池壽命可以延長，多數(shù)居民早出晚歸，適用于設(shè)慢充樁。

本文以某住宅小區(qū)為例，其地下室為設(shè)備用房及450輛大型地下車庫，按車樁比3∶1計算，則需設(shè)150個慢充樁，參照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，每50個充電樁設(shè)1個充電站，共設(shè)3個充電站，每個充電站與建筑專業(yè)商定設(shè)為一個防火分區(qū)，為了節(jié)約投資并節(jié)能，1號充電站位于1號變電所旁，2號和3號充電站位于2號變電所旁，線路最短，電能損耗最小。負(fù)荷計算方面，按能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車交流充電樁技術(shù)條件》（NB/T 33002—2010），每個慢充樁設(shè)備容量約7 kW（AC220 V單相供電），cosφ＞0.95，這里取cosφ=0.85.

3 供配電系統(tǒng)

該工程充電站設(shè)配電充電監(jiān)控系統(tǒng)，對變壓器負(fù)荷率實(shí)時監(jiān)控，使其高峰期負(fù)荷率不大于100%（留10%裕量，根據(jù)（GB/T 1094.12—2013）《電力變壓器第12部分：干式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》，環(huán)境溫度為30℃時，H級絕緣干式變壓器負(fù)荷率為110%），以保證變壓器壽命。

該小區(qū)變電所設(shè)計變壓器負(fù)荷率≤80%，還有可用容量≥20%，變壓器總?cè)萘繛? 000 kVA，慢充樁一般在低谷期充電，由于每個充電站ΣPjs=175 kW，3個充電站總負(fù)荷為525 kW，不需加大變壓器容量。每個充電站設(shè)5個充電樁配電箱，每個慢充樁配電箱10路出線。

4 配電充電監(jiān)控系統(tǒng)（含計量）

圖1為配電充電監(jiān)控系統(tǒng)圖。充電站應(yīng)設(shè)配電充電監(jiān)控系統(tǒng)，分間隔層、站控層，間隔層通信介質(zhì)采用RS485多層屏蔽雙絞線，通信距離可達(dá)1 200 m，各測控單元的功能如表1所示，站控層主機(jī)等置于兩個變電站之間中心塔樓上面的物管用房。充電樁支持不同的充電費(fèi)用支付方式，包括充電IC卡、二維碼、支付碼、微信、支付寶、手機(jī)等，并兼容該地區(qū)充電APP。

5 諧波治理

充電機(jī)負(fù)載為電力電子器件和電池，含非線性負(fù)荷，必須嚴(yán)格限制諧波畸變率，避免影響變壓器、電動機(jī)、電容器及其他設(shè)備的正常運(yùn)行和計量造成誤差等：①所用的充電機(jī)諧波分量應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》（GB 17625.1—2012）和《電磁兼容限值對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限制》（GB/Z 17625.6—2003）的有關(guān)規(guī)定；②采取有效的諧波治理措施。

6 消防、安防及其他

具體有以下要求：①消防、安防、通風(fēng)等納入地下室車庫整體設(shè)計。執(zhí)行《汽車庫、修車庫、停車庫設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50067—2014）、《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 100—2015）等相關(guān)規(guī)范；②安防監(jiān)控系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備安全監(jiān)控、防火、防盜及視頻監(jiān)控等，對充電站的環(huán)境一目了然；③充電設(shè)施產(chǎn)生的噪聲限值應(yīng)符合《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）；④變配電設(shè)備、充電設(shè)備的抗震措施應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50556—2010）和《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50981—2014）；⑤充電站設(shè)置20 m×20 m等電位接地網(wǎng)；⑥充電站設(shè)指引及停車位標(biāo)識，其符號參閱相關(guān)規(guī)范規(guī)定；⑦充電站配電系統(tǒng)雷電防護(hù)等級按C級配置各級SPD參數(shù)；⑧充電樁較多，即整個系統(tǒng)非線性負(fù)荷大，投運(yùn)后應(yīng)實(shí)測電磁輻射值是否超標(biāo)，應(yīng)符合《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）；⑨實(shí)施后，應(yīng)以充電樁招標(biāo)后的參數(shù)為依據(jù)，修正相關(guān)供配電系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)；⑩該項(xiàng)目投運(yùn)后，應(yīng)實(shí)測實(shí)際充電總功率、諧波分量等，采取相應(yīng)的對策。

圖1 配電充電監(jiān)控系統(tǒng)圖

表1 監(jiān)控系統(tǒng)配置方案

7 結(jié)束語

綜上所述，充電樁是電動汽車的能量來源，加強(qiáng)其研究才能為電動汽車的發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。對于住宅小區(qū)地下車庫充電樁的設(shè)計，車樁比不宜小于30%，根據(jù)居住區(qū)特點(diǎn)，優(yōu)先充分利用住宅變壓器，錯峰充電，充電設(shè)施宜納入充電服務(wù)信息公共平臺。同時，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加大對電動汽車的研發(fā)推廣力度，嚴(yán)格參照國家出臺的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在民用建筑中合理設(shè)置充電樁，確保電動汽車充電樁安全、可靠充電，為今后新能源汽車的發(fā)展起到積極作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］和雅.電動汽車充電樁設(shè)計研究［D］.南昌：南昌大學(xué)，2012.

［2］趙金行.地下車庫充電樁設(shè)計探討［J］.城市建筑，2016（12）：365.