黃曉吉

(福建省機電建筑設計研究院 福建福州 350001)

0 引言

在能源危機、環(huán)境污染的戰(zhàn)略機遇下，全球電動汽車重點區(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獎勵機制；日本通過各方機制的協(xié)調(diào)聯(lián)動對電動汽車產(chǎn)業(yè)進行了全社會的激勵支持，使得日本的政策和市場銜接較好；歐洲各國的市場化引導主要靠減排計劃倒逼市場，都加速了電動汽車的推廣和應用。綜上，都為中國電動汽車政策的制定和完善提供借鑒和啟示，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，因此，充電基礎設施的建設已隨之成為我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不得不面對的重要課題。

基此，為配套支撐電動汽車充電需要,加快新能源汽車推廣應用,響應福建省政府《關(guān)于加快全省新能源汽車推廣應用促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實施意見》，筆者根據(jù)福建省電動汽車充電基礎設施建設技術(shù)規(guī)程，結(jié)合實例，探討電動汽車充電樁配電設計。

1 工業(yè)建筑配置的充電裝置選擇

電動汽車充電樁，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，以此來用于電動汽車充電。電動汽車充電樁，可以根據(jù)不同的電壓等級為各種型號的電動汽車充電。

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，需要通過連接電動汽車車載充電機，才能為電動汽車電池充電。因為電動汽車的車載充電機功率一般較小，交流充電樁不可以實現(xiàn)快速充電。

直流充電樁(或稱非車載充電機)則是直接輸出直流電給車載電池進行充電，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汽車的電池充電，通常會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汽車車載充電機供電進行。 電動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 電動汽車充電樁配電設計案例

2.1 項目概況

該項目為福建省某市一個工業(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)《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術(shù)規(guī)程》要求，工業(yè)建筑中配建電動汽車充電停車位數(shù)量宜按辦公建筑配建指標的要求[1]，根據(jù)各類民用建筑電動汽車充電停車位配建指標不應小于表1的規(guī)定。

計算出的電動汽車充電停車位總數(shù)，尾數(shù)不足 1個的按 1 個計算。故，該廠區(qū)應配建的電動汽車充電停車位配置數(shù)量為19個，快充停車位配置數(shù)量為2個(快充停車位設置在地面)。

表1 電動汽車充電停車位配建指標

2.2 充電設施用電負荷等級

根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范GB 50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的規(guī)定，中斷供電會在經(jīng)濟上造成較大損失，或?qū)步煌ā⑸鐣刃蛟斐奢^大影響的充電設施，應按二級負荷供電；其余，可按三級負荷供電[2]。該項目可按三級負荷供電。電動汽車充電樁低壓供電宜采用專用線路，低壓配電設備及線路的保護應滿足現(xiàn)行國家規(guī)范GB50054《低壓配電設計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

2.3 充電設備負荷

充電樁公用變壓器容量公式一(該公式取自國家標準圖集《充電汽車充電基礎設施設計與安裝編制技術(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慢充泊車位設置數(shù)目比例系數(shù)(即，實踐慢充泊車位數(shù)目/小區(qū)計劃泊車位數(shù)目)，近期系數(shù)取0.20，遠期系數(shù)取0.45；

Km快充泊車位設置數(shù)目比例系數(shù)(即，實踐快充泊車位數(shù)目/小區(qū)計劃泊車位數(shù)目)，近期系數(shù)取0.02，遠期系數(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，取0.75～0.85；10～50個，取0.55～0.65；50個以上，取0.4～0.45；

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

Cn小區(qū)計劃泊車位數(shù)目。

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

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

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

近期計劃接納1臺250kVA變壓器。

根據(jù)遠期計劃時變壓器容量計較：

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

遠期計劃接納1臺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]:

單臺充電設備輸出容量為：P=Un×I；

單臺充電設備輸入容量為：S=P/ηcosФ

式中：P單臺充電設備的輸出功率；

Un充電電壓；

I充電電流；

S單臺充電設備的輸入容量；

η充電設備效率，取0.9；

cosФ充電設備功率因數(shù)，取0.9；

充電站內(nèi)充電設備輸入總?cè)萘繛椋?/p>

SΣ=K(S1+S2+S3……Sn)

SΣ充電設備的輸入總?cè)萘浚?/p>

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

S1～Sn各臺充電設備的輸出功率；

K充電設備同時事情系數(shù)，取0.8。

根據(jù)《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術(shù)規(guī)程》采用群體充電設施，具有負荷調(diào)度功能，可以進行充電排序的，同時系數(shù)可按表2取值。

表2 同時系數(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；若為三相交流充電樁，應換算成按單相數(shù)量累加計。

3 設置技術(shù)要求

首先，一個電動汽車停車位設置一個充電接口；充電設施的布置接近供電電源；低壓配電柜與充電設備、末端充電設備與充電停車位之間宜靠近布置；充電設備宜靠墻或柱布置，當無墻或柱時可布置在相鄰車位之間；充電停車位應設置停車車擋。

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

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

圖1單樁單車充電設備布置圖2單樁多車充電設備布置

再次，非車載充電機應有主動防護功能，輸出側(cè)應具備過壓、欠壓保護，具備輸出過電流和短路保護，并有警告提示。如果建筑物本身設有電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，充電設備的配電系統(tǒng)也需設電氣火災監(jiān)控裝置；當建筑物沒有設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)時，應設置防止電氣火災的剩余電流保護，動作電流宜在300mA～500mA。另外向末端充電設備供電的配電回路應具有短路、過載保護和剩余電流保護功能，其剩余電流保護額定動作電流不應大于 30mA。

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

4 計量

交流充電樁和中、小型充換電站的網(wǎng)供計量可采用低壓計量。該廠區(qū)項目交流充電樁的計量按“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，使用電能計量表箱或布置在充電總控制箱內(nèi)。充電樁如果具備多個可以同時充電的接口時，每個接口應當單獨配電。