建筑中電氣充電樁配電設(shè)計(jì)及未來(lái)發(fā)展思考

摘要:民用建筑中充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)卣?、?guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文以廣州市住宅項(xiàng)目為例,介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電樁布置的原則,充電樁配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),充電樁相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)的要求,主要內(nèi)容包括主體選址、平面布置、負(fù)荷計(jì)算、電氣保護(hù)、防雷接地等方面。并分析我國(guó)現(xiàn)今新能源汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀及亟待解決的問(wèn)題

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē);有序充電;汽車(chē)充電樁;新能源;

一、引言

隨著對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的政策扶持及行業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,新能源汽車(chē)的應(yīng)用越來(lái)越 普及,由此,如何應(yīng)對(duì)用戶日益增長(zhǎng)的新能源汽車(chē)充電需求與當(dāng)前充電設(shè)施建設(shè)不匹配,也是建筑電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)攻克的一道難題。 本文著點(diǎn)于建筑電氣設(shè)計(jì)中充電樁的布置與配電 系統(tǒng)設(shè)計(jì),并延伸探究相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)及目前所遇到的問(wèn)題,以期與廣大相關(guān)從業(yè)人員共同探討解決問(wèn)題的思路與方法

二、充電樁的分類

充電樁分為慢充和快充。慢充特點(diǎn)是交流輸入交流輸出,充電電流小時(shí)間長(zhǎng),目前大多數(shù)慢充時(shí)間 約6 ~ 9 小時(shí);快充特點(diǎn)是交流輸入直流輸出,充電電流小時(shí)間 短,快充時(shí)間約1 ~2 小時(shí)。住宅建筑配建慢充足以滿足絕大多數(shù)用戶的使用求,且慢充建設(shè)成本較快充也較 低,故住宅建筑基本為慢充,快充則用于公共場(chǎng)合,縮短用戶充電時(shí)間。

三、 充電樁布置的要求

3.1 選址

設(shè)置充電樁的場(chǎng)所應(yīng)充分考慮周?chē)ㄖ闆r及建筑自身內(nèi)部情況,通常需要考慮以下幾點(diǎn):

(1 )盡量避開(kāi)多塵、水 霧、有腐蝕性和破壞絕緣的有害氣體及導(dǎo)電介質(zhì)的場(chǎng)所,此類場(chǎng)所對(duì) 電氣設(shè)備破壞性大且存在安全隱患;

(2)盡量避開(kāi)可能積水的場(chǎng)所,如廁所、浴 室的正下方,如果因條件限制設(shè)在此類場(chǎng)所,應(yīng)當(dāng)采取預(yù)防滴、漏 水的措施或者選用相應(yīng)防護(hù)等級(jí)的設(shè)施,通常情況下可在此區(qū)域設(shè)置雙層板或雙層墻,但這種做法應(yīng)征詢當(dāng)?shù)仳?yàn)收或監(jiān)督部門(mén)是否認(rèn)可;

(3 )避免設(shè)置在有劇烈振動(dòng)影響或者高溫的場(chǎng)所;

(4)國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn) 》GB51313 -20 1 8(簡(jiǎn)稱“國(guó) 標(biāo)")中規(guī)定,不宜設(shè)在修 庫(kù)內(nèi);廣東省標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》DBJ/T1 5 -1 5 0 -2018(簡(jiǎn)稱“廣東省標(biāo)")中要求更具體不應(yīng)設(shè)在修車(chē)庫(kù)及甲、乙類物品運(yùn)輸車(chē)的汽車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)內(nèi);

(5 )盡量選在有公用網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場(chǎng)所,充電設(shè)施使用及維護(hù)都需要使用網(wǎng)絡(luò);

(6 )應(yīng)當(dāng)選在便于消防救援力量到達(dá)的場(chǎng)所,方便火災(zāi)發(fā)生時(shí)能及時(shí)得到救援。

3.2 布置

新建車(chē)庫(kù)內(nèi)的充電設(shè)施應(yīng)當(dāng)在集中布置同一防火分區(qū)內(nèi)。當(dāng)耐火等級(jí)為一、二級(jí)的車(chē)庫(kù)有多層時(shí),可布置在車(chē)庫(kù)的一/二/三層;當(dāng)車(chē)庫(kù)為地下多層時(shí),不應(yīng)該布置地下四層及以下。國(guó)標(biāo)中,設(shè)置充電設(shè)施的車(chē)庫(kù)防火單元允許建筑

面積要求如下表 1 :

表 1 集中設(shè)置充電設(shè)施的防火單元

允許建筑面積(㎡)

廣東省標(biāo)中,設(shè)置充電設(shè)施的車(chē)庫(kù)防火分區(qū)允許

建筑面積要求如下表 2 :

表 2 集中設(shè)置充電設(shè)施的防火分區(qū)

允許建筑面積(㎡)

且廣東省標(biāo)中規(guī)定:設(shè)置充電設(shè)施的車(chē)庫(kù),地下或高層車(chē)庫(kù)單個(gè)防火單元內(nèi)停車(chē)數(shù)量不大于 20 輛;半地下/單層/多層車(chē)庫(kù)單個(gè)防火單元內(nèi)停車(chē)數(shù)量不大于5 0輛。

1. 充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 確定負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)國(guó)標(biāo)及廣東省標(biāo)相關(guān)規(guī)定,除供電中斷將對(duì)經(jīng)濟(jì)

或社會(huì)秩序造成較大損失或較大影響其供電負(fù)荷等級(jí)不低于二級(jí)外,其余供電負(fù)荷等級(jí)可按照三級(jí)。

4.2 確定建筑物應(yīng)設(shè)充電樁數(shù)量

國(guó)標(biāo)規(guī)定,新建住宅配建停車(chē)位應(yīng)按照 1 00 %的比例建設(shè)或預(yù)留充電設(shè)施安裝條件,公共建 筑或公共停車(chē)場(chǎng)內(nèi)配建停車(chē)位應(yīng)按照不應(yīng)低于 1 0 %的比例建設(shè)或預(yù)留充電設(shè)施安裝條件。除了滿足規(guī)范及規(guī)劃要求外,在設(shè)計(jì)初期,還應(yīng)征詢業(yè)主意見(jiàn),確認(rèn)是否有特殊需求。

4.3 確定設(shè)備負(fù)荷容量及配電設(shè)計(jì)

目前,單臺(tái)慢充一樁一槍充電功率仍不統(tǒng)一,圖集1 8D70 5 -2 中為7 kW,大多數(shù)設(shè)計(jì)也會(huì)采用這個(gè)數(shù)據(jù),單臺(tái)快充一樁一槍充電功率常見(jiàn)為 3 0 kW、6 0 kW,具體設(shè)計(jì)中選用哪種數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)要求及業(yè)主具體需求而定。以廣東省廣州市某住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例,該項(xiàng)目包含 1 0棟一類高層住宅及2層地下室,其中包含充電車(chē)位1 5 3 0個(gè),供電負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)負(fù)荷。按照廣州市要求,新建住宅停車(chē)位全部建設(shè)或預(yù)留安裝充電設(shè)施接口,其中配建或預(yù)留充電設(shè)施接口比例不少于 3 0 %,則本項(xiàng)目首期投入的充電樁數(shù) 量 為 1 5 3 0 x3 0 % = 45 9個(gè)。 根據(jù)廣州市要求,充電功率不少于 8kW/車(chē)位,取 8kW每臺(tái)。考慮同期需要系統(tǒng),見(jiàn)表 3 。

表 3 需要系數(shù)(Kx)

注:表中充電設(shè)備臺(tái)數(shù)是按同一單相所接交流充電樁數(shù)量計(jì)算,采用三相配電時(shí),表中充電設(shè)備臺(tái)數(shù)應(yīng)乘以 3 。計(jì)算容量 Sj =Kt*Kx*式中:Kt-同時(shí)系數(shù),一般取 0 .8 ~ 1 .0 ,根據(jù)廣州市要求,可取 0 .8 ;

Kx-需要系數(shù),本項(xiàng)目接于同一相的充電樁數(shù)量為45 9/3 =1 5 3個(gè),查表3 ,取0 .3 ;

1. 充電設(shè)備總設(shè)備功率,45 9 x8 =3 6 7 2 kW;

2. η-充電設(shè)備的工作效率,一般為 0 .9 ~0 .9 5 ,本項(xiàng)目取0 .9 3 ;

3. cosφ-充電設(shè)備的功率因數(shù),一般為 0 .9 ~ 0 .9 8 ,本項(xiàng)目取 0 .9 3 ;

(1 )變電所負(fù)荷計(jì)算

總?cè)萘縎j 1 = 0 .8 * 0 .3 * {3672/(0 .9 3 * 0 .9 3 )}=1018 .9 kVA

則首期投入變壓器 1 2 5 0 kVA,負(fù)載率 8 1 .5 %。

剩余充電車(chē)位預(yù)留安裝條件,預(yù)留變壓器,僅預(yù)留變配電室位置。 預(yù)留變壓器容量 計(jì)算如下:Sj 2 = 0 .5 * {8 *(1 5 3 0 -45 9 )/(0 .9 3 *0 .9 3 )}=4 9 5 3 .2 kVA(其中按照廣州市要求,規(guī)劃總?cè)萘堪凑? 0 %的需要系數(shù)計(jì)算),故預(yù)留 6臺(tái)1 000 kVA 變壓器,負(fù)載率 82 .5 %。

(2)區(qū)域配電箱負(fù)荷計(jì)算及配電設(shè)計(jì)

以某一防火分區(qū)40個(gè)充電車(chē)位為例,區(qū)域配電箱電源引自變電所低壓柜,放射式供電,設(shè) 置4個(gè)充電樁電表箱,其中3個(gè)1 2位表箱,1個(gè)4 位表箱。 考慮到個(gè)別地區(qū)配電房?jī)?nèi)低壓柜設(shè)置切非受限,故在區(qū)域配電箱設(shè)置消防切非。本區(qū)域配電箱接于同一相的充電樁數(shù)量40/3 = 1 3個(gè),故Kx 取0 .7 ,Kt 取1 .0 ,則系統(tǒng)圖如下圖 1 :

圖 1 區(qū)域配電箱系統(tǒng)圖

(3 )末端配電箱負(fù)荷計(jì)算及配電設(shè)計(jì)

末端配電箱由區(qū)域配電箱放射式供電,本區(qū)域配電箱接于同一相的充電樁數(shù)量為1 2/3 =4 個(gè),故 Kx 取 0 .8 ,Kt取1 .0 ,則系統(tǒng)圖如下圖 2 :

圖 2 末端配電箱系統(tǒng)圖

4.4 交流充電樁的保護(hù)和計(jì)量

(1 )應(yīng)設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)及接地保護(hù);

(2)配電回路應(yīng)設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù),選用A型 RCD額定動(dòng)作電流不大于 3 0 mA,動(dòng)作時(shí)間不 大于0 .1 s(廣東省標(biāo)中也可選用 B 型 RCD);

(3 )末端回路設(shè)置限流式電氣防火保護(hù)器

(4)充電樁防水防塵等級(jí):室內(nèi)安裝時(shí)不低于 IP3 2 ,室外安裝時(shí)不低于 IP6 5

(5 )電源進(jìn)線宜選用不低于B2級(jí)燃燒性能、t1級(jí)產(chǎn)煙毒性、d1 級(jí)燃燒滴落物/微粒等級(jí)的電線、電纜。電線、電纜具體選型應(yīng)視項(xiàng)目建筑類型而定。

(6 )充電樁應(yīng)自帶電能計(jì)量裝置,自帶的計(jì)量裝置主要為用戶提供計(jì)量 服 務(wù),此 外 還 應(yīng) 在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)安裝面向電網(wǎng)接電的計(jì)量裝置,如上文圖 2 ,末端配電箱出線回路安裝計(jì)量電表。

4.5 配套設(shè)施的要求

(1 )配建充電設(shè)施的車(chē)庫(kù),應(yīng)配套設(shè)置相應(yīng)的消防設(shè)施:火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明及 疏散指示標(biāo)志、防排煙設(shè)施和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng);

(2)廣東省標(biāo)準(zhǔn)要求,設(shè)有充電設(shè)施的防火單元內(nèi)行車(chē)通道上的防火卷簾應(yīng)當(dāng)分兩步動(dòng)作,一、由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)下降停在距地1 .8 米處 二、步由專業(yè)消防救援人員或值班人員操作設(shè)置在防火卷簾兩側(cè)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制裝置使卷簾下降到底

(3 )充電設(shè)施設(shè)置處宜有視頻監(jiān)控,便于消控室值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障或異常情況。廣東省標(biāo)要求設(shè)置了3 0 kW及以上單槍容量快充設(shè)備的室內(nèi)場(chǎng)所應(yīng)設(shè)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)。

4.6 接地系統(tǒng)的要求

(1 )室內(nèi)安裝的樁可利用建筑物本身接地裝置;室外安裝的充電樁可利用附近建筑或其他配 電設(shè)施的接地裝置。當(dāng)無(wú)法利用或附近無(wú)其他接地裝置時(shí),應(yīng)當(dāng)加設(shè)接地裝置。

1. 廣東省標(biāo)準(zhǔn)要求,充電車(chē)位應(yīng)有等電位聯(lián)結(jié)措施。一般室內(nèi)充電設(shè)置做防雷接地時(shí),可在 附近柱位或墻體預(yù)留接地預(yù)埋件,與建筑物接地網(wǎng)連接, 圖 3示意;室外充電樁接地可設(shè)置等 電位均衡線,做法詳集1 8D70 5 -2 47頁(yè),如圖 4示意:

2. 圖 3 預(yù)留充電樁接地端子圖示

4.7 充電樁安裝

充電樁的安裝方式大體可分為壁掛式 安裝和落地式安裝,其中應(yīng)注意,無(wú)論采用哪種安 裝方式,都應(yīng)該為人員操作和檢修留下空間,同時(shí)也避免距離車(chē)位過(guò)近增加用戶停車(chē)時(shí)撞上充電樁的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 4 室外充電車(chē)位等電位均衡線圖示

4.8 機(jī)遇與挑戰(zhàn)

據(jù)財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)報(bào)道,202 3年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)額分別為958 .7萬(wàn)輛和949 .5萬(wàn)輛,同比 增長(zhǎng)35.8 %和37.9 %,達(dá)到 31 .6 %,創(chuàng)下歷史新高。至202 3年底,全國(guó)新能源汽車(chē) 保有量達(dá)到2041萬(wàn)輛,占汽車(chē)總量的6.0 7 %。新能源汽車(chē)數(shù)量的快速增長(zhǎng)除了增加了對(duì)充 電基礎(chǔ)設(shè)施合理建設(shè)的要求外,在道路交通頻繁的特殊時(shí)間段,如節(jié)假日期間,也進(jìn)一步放大了電車(chē)主的充電焦慮。

據(jù)電網(wǎng)智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2024 年春運(yùn)期間,僅1月2 6 日到2月5日11天的時(shí)間里,電網(wǎng)智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上高速公路服務(wù)區(qū)新能源車(chē)充電量達(dá)3408 .9 1 萬(wàn)千瓦時(shí),充電次數(shù)達(dá)1 51 .9 4 萬(wàn)次,分別比2023年春運(yùn)同期增長(zhǎng)67 .06 %和48 .42 %。在新 能源汽車(chē)滲透率較高的南方地區(qū),車(chē)主在高速服務(wù)區(qū)充電需要排隊(duì)取號(hào),單次充電耗時(shí)更長(zhǎng)。 尤其是本次春運(yùn)期間,遭遇特殊天氣凍雨,高速路段堵車(chē)可達(dá)幾天,為省電有些車(chē)主甚至不敢 開(kāi)取暖,如何應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題也是新能源汽車(chē)制造商及充電樁設(shè)計(jì)、設(shè)置人員面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí),鄉(xiāng)村新能源汽車(chē)充電設(shè)施的建設(shè)也是一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。多數(shù)新能源車(chē)主返回村里以后充 困難,只能前往當(dāng)?shù)劓?zhèn)點(diǎn)或縣里,且縣鎮(zhèn)公用充電樁設(shè)置 較少,往往需要排隊(duì)才能充上電。 當(dāng) 前市場(chǎng),鄉(xiāng)村新能源汽車(chē)占比量較少的一個(gè)很大原因在于充電不方便,充電設(shè)施短、缺、落 后,如何加快鄉(xiāng)村充電樁建設(shè)和配套農(nóng)村電網(wǎng)的質(zhì)量改造提升,也是進(jìn)一步在鄉(xiāng)村推廣新能源汽車(chē)亟需解決的一大難題。

1. 解決方案

圖1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過(guò)APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過(guò)平臺(tái)可對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的負(fù)荷。

六、安科瑞充電樁云平臺(tái)具體的功能

平臺(tái)除了對(duì)充電樁的監(jiān)控外，還對(duì)充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本，平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2 充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖4 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖5 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營(yíng)信息查詢、站點(diǎn)對(duì)比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對(duì)比列表等功能。

圖6 運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢(shì)分析、故障類型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營(yíng)商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

圖9 訂單查詢界面

七、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能；智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能；云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等；遠(yuǎn)程升級(jí)：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí)；保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能；適配車(chē)型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合國(guó)標(biāo)的電動(dòng)汽車(chē)，適應(yīng)不同車(chē)型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。

八、現(xiàn)場(chǎng)圖片

九、結(jié)束語(yǔ)

新能源汽車(chē)得到大力發(fā)展是在綠 色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展背景下的大勢(shì)所趨,如本文所提,目前我國(guó)的充電設(shè)施建設(shè)在很多方面仍不完善,這正是充電樁相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間所在。如何更合理的布置充電樁,在現(xiàn)有條件下如何設(shè)計(jì)出更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的充電樁配電系統(tǒng),也是電氣 設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)一步思考和探討的問(wèn)題。

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