建筑物充電樁初設比例和功率選擇淺談

李光曦， 蔡雄飛

（中信建筑設計研究總院有限公司，武漢430014）

0 引言

新能源汽車市場的發(fā)展之快已經(jīng)超出了所有人的想象。

圖1 近幾年我國電動汽車保有量

由圖1可知，從2015年至2018年，電動汽車規(guī)模擴大了6.4倍，以平均每年約1.856倍速度增加，但隨著基數(shù)的增大，增速逐漸放緩。

中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，從2018年7月到2019年6月，月均新增公共類充電樁1.16萬臺。截至2019年6月，我國充電樁保有量已超過100萬臺，其中公共充電樁保有量超過41萬臺（包括交流樁23.6萬臺、直流樁17.5萬臺、交直流一體樁0.05萬臺），私人充電樁保有量超過59萬臺。全國范圍內，車樁比達到 2.8 ∶1。

以上數(shù)據(jù)表明，無論電動汽車或是充電基礎設施均發(fā)展迅速。充電基礎設施已基本滿足電動汽車的發(fā)展需求。

充電樁建設主要分為充電站和分散充電設施建設。充電站通常由運營單位單獨建設，而分散充電設施屬于建筑電氣設備的一部分，與建筑物共同建設（或預留）。目前來看，充電站建設起步較早，相對較為成熟；而關于建筑物分散充電設施的設計和安裝，由于相關設計標準、圖集均推出不久，設計中很多地方尚在摸索階段。因此，本文將對建筑物分散充電設施設計過程中關于充電車位數(shù)量、充電車位選址及快慢充（本文將交流充電樁簡稱為“慢充樁”、非車載充電機簡稱為“快充樁”）選擇等方面進行探討。希望能拋磚引玉，為設計同行提供一定的借鑒和參考。

1 充電車位數(shù)量的確定

1.1 全國部分城市電動汽車保有量現(xiàn)狀

表1列出了我國部分城市新能源汽車累計注冊登記數(shù)量和汽車保有量，計算了不同區(qū)域電動汽車保有量與汽車總數(shù)的比值。

我國部分城市新能源汽車保有量 表1

由前文可知，全國純電動汽車占汽車總量的1.12%。表1數(shù)據(jù)顯示，對于樣本城市，純電動汽車占汽車總數(shù)比，最大為6.4%、最小為0.58%，最大值與最小值差異接近10倍。

根據(jù)武漢市電動汽車的現(xiàn)狀，目前住宅小區(qū)內停泊的電動汽車數(shù)量較少，道路上行駛的電動汽車大多屬于出租車公司、網(wǎng)約車公司等。這些電動汽車屬于運營型車輛，對充電時間要求較高，通常到快速充電站進行補給，而對住宅、辦公等建筑小區(qū)地下室充電車位的依賴性相對較小。由此可知，表1數(shù)據(jù)對于分散充電設施設計分析而言，是相對保守的。因此，對不同城市的住宅、辦公等建筑物附屬車位，其初裝充電樁數(shù)量應區(qū)別對待，以符合電動汽車實際的使用和發(fā)展需要。

1.2 充電站與電動汽車保有量

根據(jù)燃油車輛的相關數(shù)據(jù)，我國近年來機動車保有量與加油站數(shù)量關系如表2所示。

我國機動車保有量與加油站數(shù)量 表2

表2數(shù)據(jù)顯示，平均每座加油站可服務2 300～3 300輛燃油機動車。根據(jù)建規(guī)〔2015〕199號《住房城鄉(xiāng)建設部關于加強城市電動汽車充電設施規(guī)劃建設工作的通知》，每2 000輛電動汽車至少配套建設一座快速充換電站。由此可見，電動汽車充電站的配比略優(yōu)于燃油車輛加油站的配比。

由GB 50966-2014《電動汽車充電站設計規(guī)范》第2.1.2條定義，電動汽車充電站，應包含3臺以上電動汽車充電設備（至少有一臺非車載充電機）。筆者認為專用充電站宜采用全直流充電機的模式，建議每一標準充電站采用4臺非車載充電機（場地有限時也可采用每組2臺非車載充電機分開布置）。考慮遠期平均每戶購置一輛電動汽車，建議城區(qū)每2 000戶住宅小區(qū)宜配置4臺直流充電樁（非車載充電機）。而對于較偏僻的住宅小區(qū)，由于市政快速充電站分布間距較遠，缺乏相應輔助快充點，則應適當增加直流充電樁與住宅小區(qū)規(guī)模的樁／戶比值。

其中，t代表Term，指包含域信息的Term，coord(q，d)表示文檔包含的檢索詞數(shù)，tf(t,d)表示TF值，idf(t)2表示IDF值，queryNorm(q)：計算每個查詢條目的方差和，此值并不影響排序，而僅僅使得不同的query之間的分數(shù)可以比較，t.getBoost()表示詞匯權重，norm(t,d)為標準化因子。

1.3 充電車位與總車位占比

為引導電動汽車市場的發(fā)展，國家及地方均出臺了保障充電車位數(shù)量的相關規(guī)定。本文列舉了幾個關于分散充電設施數(shù)量占總車位比例設置要求的標準（或文件），如表3所示。

不同文件關于停車場充電車位比例要求 表3

對表3進行分析，可知：（1）基本充電車位可由汽車固有停車位設分散充電設施實現(xiàn)，其設置數(shù)量應符合當?shù)貙嶋H運行的電動汽車保有量規(guī)模及其發(fā)展速度。（2）住宅小區(qū)可采取按一定比例進行初次安裝，剩余車位均應預留安裝條件。初裝比例應符合當?shù)貥藴室蟆＃?）大于2萬m2的新建公共建筑物及新建社會公共停車場，按不低于10%停車位比例進行安裝，小型公共建筑可不設充電車位，同時應符合當?shù)貥藴室蟆＃?）工業(yè)類項目停車位充電樁配置比例可參考10%配置。（5）既有停車位配建的分散充電設施，宜結合充電需求和配電能力分步實施。

電動汽車替代燃油汽車是一個循序漸進的過程，且電動汽車充電技術、充電樁制造標準也在逐漸進步和完善過程中。與此同時，其他類型的新能源汽車技術也在積極發(fā)展，電動汽車不是未來新能源汽車的唯一模式。考慮到電氣設備及元器件的老化速度，如果按照100%充電車位進行設計、安裝，將會有大量充電樁及相應供電系統(tǒng)設備在地下室或戶外停車場所長期閑置，開始使用時就可能面臨超過質保期（1～2年）或設計壽命（7～15年）的情況，造成較大的資源浪費，有悖電動汽車節(jié)能環(huán)保的初衷。

因此，各地宜建立本地電動汽車數(shù)據(jù)庫，用于指導本地充電樁的建設規(guī)模。在當前的設計過程中，宜參考實際需要以一定比例進行設計和初次安裝，同時按遠期需求進行預留規(guī)劃。對住宅建筑物初裝充電車位應集中設置，剩余的車位預留安裝條件（包括預留變壓器位置、配電回路路由、按規(guī)范要求設置獨立的防火單元等），并對預留部分設計方案進行存檔。另外，如果甲方有增加充電車位的要求，則以甲方要求為準。

2 分散充電車位的選址

2019年4月21日，上海某小區(qū)地下車庫發(fā)生電動汽車自燃，監(jiān)控視頻顯示，電動汽車自燃具有燃燒速度快，存在爆燃現(xiàn)象；火災易蔓延，危害大；伴隨大量濃煙，能見度大大降低等特點。

據(jù)統(tǒng)計2018年1～10月間，純電動汽車火災占新能源汽車95%；由于配電箱短路、充電中自燃、電池短路故障等車輛內部原因造成的起火事故占比80%；未被碰撞、停放中自燃的起火事故占比15%。

由GB／T 51313-2018第3.0.4條可知，分散充電設施宜就近供電，不應靠近有潛在火災或爆炸危險的地方，如鍋爐房、柴油發(fā)電機房的儲油間等；不宜設在有可能積水的場所；應選取消防力量便于到達的場所。第6.1.5條規(guī)定，分散充電設施在同一防火分區(qū)內應集中布置，并應符合下列規(guī)定：（1）當設置在地下或半地下時，宜布置在地下車庫的首層，不應布置在地下建筑四層及以下。（2）地下汽車庫分散充電設施，應設置獨立的防火單元，每個防火單元的最大允許建筑面積為1 000m2。

以武漢某住宅項目為例，該項目地下車庫共2層，包含1 180個停車位，按20%停車位設置充電車位、剩余80%停車位預留充電車位安裝條件，防火分區(qū)與防火單元劃分示意圖如圖2所示（限于篇幅，僅選取地下一層某防火分區(qū)）。

圖2 防火分區(qū)與防火單元示意圖

設計中對防火單元采取的防火措施是：大范圍仍然以防火分區(qū)為單位，每一防火分區(qū)再細分防火單元；每個防火單元與相鄰防火單元之間采用防火墻進行分隔，車道上設置防火卷簾（防火卷簾需分兩次落下）；各防火單元至少保證兩個疏散出口，疏散出口可為直通室外的安全出口或通向相鄰防火單元的常開防火門；每個防火單元均設置獨立的防排煙系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)；各防火單元設置獨立的應急照明回路，穿越防火單元隔墻的報警總線均設置短路隔離器。

對于改建型建筑物或建筑物群，由于建筑物設計年代通常稍遠，且多為多層建筑，往往沒有大型地下車庫，但地面空間充裕。因此，分散充電車位往往設置在戶外。此時，應注意充電車位不應靠近有潛在火災或爆炸危險的地方，當與有爆炸危險的建筑物毗鄰時，應滿足GB 50058-2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的有關要求。另外，還應避免多塵、腐蝕性氣體的下風側、易積水等場所。

3 快充與慢充的充電功率及規(guī)模分配

3.1 快充與慢充的充電功率選擇

關于快、慢充充電樁的額定充電功率，隨著電動汽車市場的不斷成熟化、標準化，也在不斷地變化。國標圖集18D705-2《電動汽車充電基礎設施設計與安裝》附頁中，提供了大量的充電樁參數(shù)，其中關于充電樁的充電功率分別為，慢充樁功率：2.86kW、3.5kW、7kW；快充樁功率：21kW、30kW、40kW、42kW、45kW、60kW、75kW、120kW、150kW、160kW、180kW、、320kW、350kW 等；矩陣式柔性充電機：（270×4）kW、（360×3）kW。

根據(jù)部分廠家提供的數(shù)據(jù)，市場上慢充功率有：可調功率充電器如 1.6kW／3.3kW、3.3kW／6.6kW，固定功率充電樁如7kW（桿式或壁掛式）。快充充電樁包括：15kW（小型壁掛式）、30kW、45kW、60kW、120kW等落地式充電柜。

根據(jù)汽車廠家提供的不同型號電動汽車數(shù)據(jù)，本文對幾種典型電動汽車充電參數(shù)進行對比，如表4所示。

由表4可以看出，盡管電動汽車的廠家和型號不同，但對應的充電功率基本接近，除去最大值和最小值，慢充充電功率計算值主要分布在5.7～6.8kW之間（車載充電機功率，早期車型以3.3kW為主，目前推出的車型大多采用6.6kW），快充充電功率計算值主要分布在37.9～54.8kW之間。

本文認為，簡化充電功率級別、統(tǒng)一標準有利于電動汽車行業(yè)的健康有序發(fā)展和配套設施建設成熟技術的推廣實施。同時也有利于進口電動汽車向國家標準靠齊。因此，對于建筑物分散充電設施，其主要充電對象為家用型乘用車，采用慢充功率7kW、快充功率60kW是相對合適的。其他充電功率檔位也可根據(jù)當?shù)貥藴屎图追叫枰x擇。

3.2 快充與慢充的規(guī)模和安裝位置

GB／T 51313-2018第3.0.3條規(guī)定：在用戶居住地停車位、單位停車場配建的充電設備宜采用交流充電方式，公共建筑物停車場、社會公共停車場、路內臨時停車位配建充電設備宜采用直流充電方式。該條條文說明指出，交、直流充電樁的選擇主要是根據(jù)停車時間長短來確定。

由于直流充電具有充電時間短（約為交流充電時間的1／8）、充電電壓高（直流充電電壓可高達DC 700V，交流充電電壓為AC 220V）、充電電流大（直流電流峰值可達400A，交流電流≤32A）等特點。因此，直流快速充電過程的火災危險性更大。

文獻［5］及本文均認為，不建議將大功率的充電設施（如非車載充電機等）設在建筑物的地下層。另外，考慮到直流樁的結構復雜、維護難度大、造價更高，且未來大量市政專業(yè)型快速充換電站的輔助作用。對于住宅小區(qū)和辦公樓建筑物配建車位，由于人員相對固定，建議全部采用（或預留）交流充電樁。對于商場等流動性較大場所，建議地下充電車位也采用全交流充電樁，同時室外場地或路邊設置獨立式小型直流充電站相結合的方式。

不同型號電動汽車充電參數(shù)實例 表4

當?shù)孛鏃l件受限，而業(yè)主有在地下室設置快充要求時，由于當前國家標準尚未明確不能在地下室設置快充樁，為方便消防救援和維護管理，建議將少量快充樁集中設置在地下室出入口附近，同時應加強該處的消防措施。如利用防火墻或防火卷簾形成獨立的分隔，設置獨立的防排煙系統(tǒng)并適當增大排煙量，提高噴淋布置密度；為提高報警反應速度，除設置常規(guī)感煙探測器外，還應增設點型火焰探測器或圖像型火焰探測器；同時建議設置視頻監(jiān)控裝置對電動汽車狀態(tài)進行實時監(jiān)控，后期物業(yè)管理人員也應對此處的消防管理予以重視等。

4 結束語

本文對建筑物分散充電設施的規(guī)范標準以及市場情況進行分析，得出了以下結論，希望可以給設計同行帶來一定的參考價值。

（1）公共建筑分散充電車位初次安裝數(shù)量建議按總車位的10%進行設計和安裝（或以地方標準要求為準），同時應預留后期的擴容條件。住宅小區(qū)分散充電車位初次安裝比例，建議根據(jù)當?shù)仉妱悠囈?guī)模和發(fā)展速度進行確定，對于剩余車位，應預留后期安裝條件。

（2）初裝分散充電設施宜集中設置，并靠近地下車庫出入口并兼顧與供電變配電房的距離。

（3）分散充電車位建議地下車庫為全慢充形式，地面可根據(jù)需要建立獨立式全快充型小型充電站。

（4）建議對分散充電樁功率級別進行簡化和統(tǒng)一，交流樁功率的優(yōu)選值推薦7kW，直流樁功率的優(yōu)選值推薦60kW。