某廠區(qū)電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)

黃曉吉

(福建省機(jī)電建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

0 引言

在能源危機(jī)、環(huán)境污染的戰(zhàn)略機(jī)遇下，全球電動(dòng)汽車重點(diǎn)區(qū)域制定了政策，比如美國零排放積分交易政策是較為成功的市場化引導(dǎo)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制；日本通過各方機(jī)制的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了全社會(huì)的激勵(lì)支持，使得日本的政策和市場銜接較好；歐洲各國的市場化引導(dǎo)主要靠減排計(jì)劃倒逼市場，都加速了電動(dòng)汽車的推廣和應(yīng)用。綜上，都為中國電動(dòng)汽車政策的制定和完善提供借鑒和啟示，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，因此，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)已隨之成為我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不得不面對(duì)的重要課題。

基此，為配套支撐電動(dòng)汽車充電需要,加快新能源汽車推廣應(yīng)用,響應(yīng)福建省政府《關(guān)于加快全省新能源汽車推廣應(yīng)用促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施意見》，筆者根據(jù)福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程，結(jié)合實(shí)例，探討電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)。

1 工業(yè)建筑配置的充電裝置選擇

電動(dòng)汽車充電樁，通過充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭，以此來用于電動(dòng)汽車充電。電動(dòng)汽車充電樁，可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)為各種型號(hào)的電動(dòng)汽車充電。

充電樁按類型來說，有交流充電樁和直流充電樁。交流樁輸出單相或者三相交流電通過車載充電機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電給車載電池充電，功率一般較小(有7kW、22kW、40kW等功率)，交流充電樁本身是不具備充電功能的，單純提供電力輸出，需要通過連接電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，才能為電動(dòng)汽車電池充電。因?yàn)殡妱?dòng)汽車的車載充電機(jī)功率一般較小，交流充電樁不可以實(shí)現(xiàn)快速充電。

直流充電樁(或稱非車載充電機(jī))則是直接輸出直流電給車載電池進(jìn)行充電，功率較大(有60kW、120kW、200kW甚至更高)，直流充電樁是可以直接為電動(dòng)汽車的電池充電，通常會(huì)采用三相四線制或三相三線制供電。由于輸出的電壓和電流可調(diào)范圍大，所以直流充電樁快速充電是可行的。

直流充電樁由整流柜和直流充電樁組成，其中直流充電樁輸出的電壓一般為DC400V，可直接為電動(dòng)車電池充電。而交流充電樁輸出的是AC200V，充電是由充電樁為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)供電進(jìn)行。 電動(dòng)汽車直流充電樁比交流充電樁更快。一般來說，直流充電樁體型比較粗獷(由于內(nèi)部有一定數(shù)量的AC-DC電源模塊，功率越高，模塊數(shù)量越多，樁體越大)，交流充電樁較小。另外，直流充電樁是9線插頭，而交流充電樁是7線插頭。

2 電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)案例

2.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為福建省某市一個(gè)工業(yè)廠區(qū)，該廠區(qū)規(guī)劃要求的停車位數(shù)量為92輛。根據(jù)《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》要求，工業(yè)建筑中配建電動(dòng)汽車充電停車位數(shù)量宜按辦公建筑配建指標(biāo)的要求[1]，根據(jù)各類民用建筑電動(dòng)汽車充電停車位配建指標(biāo)不應(yīng)小于表1的規(guī)定。

計(jì)算出的電動(dòng)汽車充電停車位總數(shù)，尾數(shù)不足 1個(gè)的按 1 個(gè)計(jì)算。故，該廠區(qū)應(yīng)配建的電動(dòng)汽車充電停車位配置數(shù)量為19個(gè)，快充停車位配置數(shù)量為2個(gè)(快充停車位設(shè)置在地面)。

表1 電動(dòng)汽車充電停車位配建指標(biāo)

2.2 充電設(shè)施用電負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范GB 50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，中斷供電會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，或?qū)步煌ā⑸鐣?huì)秩序造成較大影響的充電設(shè)施，應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷供電；其余，可按三級(jí)負(fù)荷供電[2]。該項(xiàng)目可按三級(jí)負(fù)荷供電。電動(dòng)汽車充電樁低壓供電宜采用專用線路，低壓配電設(shè)備及線路的保護(hù)應(yīng)滿足現(xiàn)行國家規(guī)范GB50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

2.3 充電設(shè)備負(fù)荷

充電樁公用變壓器容量公式一(該公式取自國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《充電汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)與安裝編制技術(shù)資料》)。

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)；

SΣ變壓器總裝置容量(kVA)；

η變壓器負(fù)載率，取0.7～0.8；

cosФ抵償后功率因數(shù)，取0.95；

Pn交換充電樁(慢充)裝置功率，取7kW；

Pm直流充電樁(快充)裝置功率，取60kW作為基數(shù)(一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW)；

Kn慢充泊車位設(shè)置數(shù)目比例系數(shù)(即，實(shí)踐慢充泊車位數(shù)目/小區(qū)計(jì)劃泊車位數(shù)目)，近期系數(shù)取0.20，遠(yuǎn)期系數(shù)取0.45；

Km快充泊車位設(shè)置數(shù)目比例系數(shù)(即，實(shí)踐快充泊車位數(shù)目/小區(qū)計(jì)劃泊車位數(shù)目)，近期系數(shù)取0.02，遠(yuǎn)期系數(shù)取0.045；

Kx充電樁需求系數(shù)，充電樁數(shù)目(慢充+快充)5～10個(gè)，取0.75～0.85；10～50個(gè)，取0.55～0.65；50個(gè)以上，取0.4～0.45；

Kt充電樁同時(shí)利用系數(shù)，充電樁數(shù)目(慢充+快充)5～50個(gè)，取0.85～0.90；50個(gè)以上，取0.6～0.7。

Cn小區(qū)計(jì)劃泊車位數(shù)目。

依此，該工業(yè)廠區(qū)充電樁公用變壓器容量 ，共設(shè)置泊車位92個(gè)。該工程為工業(yè)建筑，應(yīng)業(yè)主特殊需求，配建泊車位100%預(yù)留充電裝備建立裝置，同一設(shè)想預(yù)留充電樁公用變壓器、配電裝備及管線通道。

現(xiàn)選用公式一計(jì)較充電樁公用變壓器容量，根據(jù)近期計(jì)劃時(shí)變壓器容量計(jì)較：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn××Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.75×92×(0.2×7+0.02×60)/0.8×0.95

=59×(1.4+1.2)/0.76=153.4/0.76=201kVA

近期計(jì)劃接納1臺(tái)250kVA變壓器。

根據(jù)遠(yuǎn)期計(jì)劃時(shí)變壓器容量計(jì)較：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.55×92×(0.45×7+0.045×60)/0.8×0.95

=43×(3.15+2.7)/0.76=331kVA

遠(yuǎn)期計(jì)劃接納1臺(tái)400kVA變壓器。

另外，充電樁公用變壓器容量也可以按照公式二[3]:

單臺(tái)充電設(shè)備輸出容量為：P=Un×I；

單臺(tái)充電設(shè)備輸入容量為：S=P/ηcosФ

式中：P單臺(tái)充電設(shè)備的輸出功率；

Un充電電壓；

I充電電流；

S單臺(tái)充電設(shè)備的輸入容量；

η充電設(shè)備效率，取0.9；

cosФ充電設(shè)備功率因數(shù)，取0.9；

充電站內(nèi)充電設(shè)備輸入總?cè)萘繛椋?/p>

SΣ=K(S1+S2+S3……Sn)

SΣ充電設(shè)備的輸入總?cè)萘浚?/p>

居民用藥風(fēng)險(xiǎn)“知識(shí)-態(tài)度-行為”調(diào)查及影響因素研究…………………………………………………… 張佳穎等（11）：1445

S1～Sn各臺(tái)充電設(shè)備的輸出功率；

K充電設(shè)備同時(shí)事情系數(shù)，取0.8。

根據(jù)《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》采用群體充電設(shè)施，具有負(fù)荷調(diào)度功能，可以進(jìn)行充電排序的，同時(shí)系數(shù)可按表2取值。

表2 同時(shí)系數(shù)(K)推薦值

注：表中充電樁數(shù)是按單相所接交流充電樁數(shù)量計(jì)；若為三相交流充電樁，應(yīng)換算成按單相數(shù)量累加計(jì)。

3 設(shè)置技術(shù)要求

首先，一個(gè)電動(dòng)汽車停車位設(shè)置一個(gè)充電接口；充電設(shè)施的布置接近供電電源；低壓配電柜與充電設(shè)備、末端充電設(shè)備與充電停車位之間宜靠近布置；充電設(shè)備宜靠墻或柱布置，當(dāng)無墻或柱時(shí)可布置在相鄰車位之間；充電停車位應(yīng)設(shè)置停車車擋。

(1)充電設(shè)備安裝在車側(cè)且不妨礙車門開啟時(shí)，充電設(shè)備外廓(含防撞設(shè)施) 距電動(dòng)汽車凈距不應(yīng)小于 0.4m；妨礙車門開啟時(shí)，充電設(shè)備外廓(含防撞設(shè)施) 距電動(dòng)汽車凈距不應(yīng)小于 0.6m；

(2)充電設(shè)備安裝在車位尾端時(shí)，充電設(shè)備外廓(含防撞設(shè)施)距電動(dòng)汽車凈距不宜小于 0.4m[4]；充電設(shè)備布置示意圖如圖1～圖2所示。

圖1單樁單車充電設(shè)備布置圖2單樁多車充電設(shè)備布置

再次，非車載充電機(jī)應(yīng)有主動(dòng)防護(hù)功能，輸出側(cè)應(yīng)具備過壓、欠壓保護(hù)，具備輸出過電流和短路保護(hù)，并有警告提示。如果建筑物本身設(shè)有電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，充電設(shè)備的配電系統(tǒng)也需設(shè)電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置；當(dāng)建筑物沒有設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置防止電氣火災(zāi)的剩余電流保護(hù)，動(dòng)作電流宜在300mA～500mA。另外向末端充電設(shè)備供電的配電回路應(yīng)具有短路、過載保護(hù)和剩余電流保護(hù)功能，其剩余電流保護(hù)額定動(dòng)作電流不應(yīng)大于 30mA。

最后，室內(nèi)安裝充電樁的防護(hù)等級(jí)需滿足不應(yīng)低于 IP32，充電設(shè)施也不宜設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)場所的正上方、正下方；不宜設(shè)在有劇烈振動(dòng)或高溫的場所；不宜設(shè)在多塵、水霧或有腐蝕性氣體的場所；不宜設(shè)在浴室或其它經(jīng)常積水場所的正下方。

4 計(jì)量

交流充電樁和中、小型充換電站的網(wǎng)供計(jì)量可采用低壓計(jì)量。該廠區(qū)項(xiàng)目交流充電樁的計(jì)量按“一樁一表”配置交流電能表，交流電能表安裝在充電樁內(nèi)部或集中安放。電能表采用集中布置時(shí)，使用電能計(jì)量表箱或布置在充電總控制箱內(nèi)。充電樁如果具備多個(gè)可以同時(shí)充電的接口時(shí)，每個(gè)接口應(yīng)當(dāng)單獨(dú)配電。