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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要::充電樁是電動(dòng)汽車需具備的充電設(shè)施,加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)研究,可推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。就地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,并結(jié)合工程實(shí)例,探討了充電樁的負(fù)荷計(jì)算、供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配電充電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,可為類似地下車庫(kù)充電樁設(shè)計(jì)提供有益的借鑒作用。
關(guān)鍵詞:地下車庫(kù);充電樁;監(jiān)控系統(tǒng);鋰電池
近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們低碳環(huán)保理念的提升, 我政fu大力推進(jìn)新能源汽車的應(yīng)用。而電動(dòng)汽車以其節(jié)能、環(huán)保、清潔等點(diǎn),成為了未來(lái)新能源汽車發(fā)展的大方向。充電樁作為電動(dòng)汽車需具備的充電設(shè)施,是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈中 *的組成部分,其設(shè)計(jì)關(guān)系到電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鑒于此,研究電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)十分重要。
、車位與充電樁的比例
在電動(dòng)汽車中很重要的兩個(gè)參數(shù)是動(dòng)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(zhǎng)電池壽命,電量下降到 百分之二十時(shí)需要充電,充電到電量的 百分之八十~百分之九十時(shí)即停止充電。電動(dòng)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(tái)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(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程大、充電時(shí)間短后,其普及率將提高。對(duì)于般居民,以續(xù)駛里程300 km 進(jìn)行計(jì)算,可行駛里程約 120 km,以每天平均通勤里程約 40 km 計(jì)算,則每臺(tái)電動(dòng)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 百分之三十設(shè)置充電樁。
二、 負(fù)荷等級(jí)及負(fù)荷計(jì)算
住宅小區(qū)電動(dòng)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(jí)負(fù)荷,其他負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。慢充樁的充電電流小、充電時(shí)間長(zhǎng),電池壽命可以延長(zhǎng),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(kù),按車樁比 3∶1 計(jì)算,則需設(shè) 150 個(gè)慢充樁, 參照相關(guān)規(guī)范規(guī)定,每 50 個(gè)充電樁設(shè) 1 個(gè)充電站,共設(shè) 3 個(gè)充電站,每個(gè)充電站與建筑專業(yè)商定設(shè)為個(gè)防火分區(qū), 為了節(jié)約投資并節(jié)能,1 號(hào)充電站位于 1 號(hào)變電所旁,2 號(hào)和 3 號(hào)充電站位于 2 號(hào)變電所旁,線路較短,電能損耗較短小。負(fù)荷計(jì)算方面,按能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車交流充電樁技術(shù)條件》(NB/T 33002—2010),每個(gè)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。
對(duì)于每個(gè)充電站,ΣPe=50×7=350 kW,按照相關(guān)規(guī)范條文及其說(shuō)明,取 Kx=0.5,ΣPjs=350×0.5=175 kW,ΣIjs=ΣPjs/( Ucosφ)=175/(×0.38×0.85)=313 A。
三、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(duì)變壓器負(fù)荷率實(shí)時(shí)監(jiān)控,使其高峰期負(fù)荷率不大于百分之百(留百分之十裕量,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(shí),H 級(jí)絕緣干式變壓器負(fù)荷率為 百分之百),以保證變壓器壽命。
該小區(qū)變電所設(shè)計(jì)變壓器負(fù)荷率≤百分之八十,還有可用容量≥百分之二十,變壓器總?cè)萘繛?2 000 kVA,慢充樁般在低谷期充電,由于每個(gè)充電站ΣPjs=175 kW,3 個(gè)充電站總負(fù)荷為525 kW,不需加大變壓器容量。每個(gè)充電站設(shè) 5 個(gè)充電樁配電箱,每個(gè)慢充樁配電箱 10 路出線。
四、配電充電監(jiān)控系統(tǒng)(含計(jì)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(cè)控單元的功能如表 1 所示,站控層主機(jī)等置于兩個(gè)變電站之間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、vx、支付寶、手機(jī)等,并兼容該地區(qū)充電APP。
五、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,定嚴(yán)格限制諧波畸變率,避免影響變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器及其他設(shè)備的正常運(yùn)行和計(jì)量造成誤差等:①所用的充電機(jī)諧波分量應(yīng)符合家標(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≤16 A)》(GB 17625.1—2012)和《電磁兼容限值對(duì)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。
六、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(kù)整體設(shè)計(jì)。執(zhí)行《汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車庫(kù)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50067—2014)、《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)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)備安穩(wěn)監(jiān)控、防火、防盜及視頻監(jiān)控等,對(duì)充電站的環(huán)境目了然;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(jì)規(guī)范》(GB 50556—2010)和《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)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(shí),其符號(hào)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(jí)按 C 級(jí)配置各級(jí) SPD 參數(shù);⑧充電樁較多,即整個(gè)系統(tǒng)非線性負(fù)荷大,投運(yùn)后應(yīng)實(shí)測(cè)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(jì)參數(shù);⑩該項(xiàng)目投運(yùn)后,應(yīng)實(shí)測(cè)實(shí)際充電總功率、諧波分量等,采取相應(yīng)的對(duì)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
測(cè)控單元 | 主要功能 |
A1 | 測(cè)I、U、P、Q、cosφ、W、遙測(cè)、遙控、遙信、 越限報(bào)警 |
M1~M6 | 測(cè)I、U、P、Q、cosφ、W、遙測(cè)、遙控、遙信、越限報(bào)警 |
C1~C51 | 測(cè)I、U、P、Q、T、W、遙測(cè)、遙控、遙信、故 障信號(hào),并增加越限報(bào)警 |
七、安科瑞充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)
1、系統(tǒng)架構(gòu)
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過(guò)vx小程序掃描二維碼,進(jìn)行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求,控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車的充電過(guò)程。
充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng),配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù),基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能,具體功能如下:
資源管理:充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè),充電樁異常交易監(jiān)測(cè)
交易結(jié)算:充電價(jià)格策略管理,預(yù)收費(fèi)管理,賬單管理,營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表
用戶管理:用戶注冊(cè),用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理
充電服務(wù):充電設(shè)施搜索,充電設(shè)施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導(dǎo)航等
vx小程序:掃碼充電,賬單支付等功能
數(shù)據(jù)服務(wù):數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析
變壓器監(jiān)控:監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷,每個(gè)充電站配備塊ARCM300T無(wú)線表,超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理,即當(dāng)負(fù)荷超過(guò)百分之五十時(shí),系統(tǒng)會(huì)限制新增開始充電的充電樁的功率,降為百分之五十,當(dāng)變壓器負(fù)荷超過(guò)百分之八十時(shí),系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電,直到負(fù)荷下降為止。
2、平臺(tái)功能
2.1平臺(tái)登錄
在瀏覽器打開云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼,進(jìn)行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
2.2平臺(tái)頁(yè)
平臺(tái)頁(yè)總覽每天的開hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng),累計(jì)的開hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng),以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。
2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控
l 充電站監(jiān)控
充電站監(jiān)控頁(yè)面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等,匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長(zhǎng),進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。
充電樁監(jiān)控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時(shí)長(zhǎng)和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)等、充電電壓電流等參數(shù)。
2.4vx小程序
vx小程序可以通過(guò)掃描二維碼和vx文字搜索找到,點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表,如下圖所示
用戶通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時(shí),會(huì)進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面,如圖所示
初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能,在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站,查看充電站信息,可以進(jìn)行掃碼充電操作,地圖導(dǎo)航等
掃描充電槍上的二維碼,如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面,可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱,以及當(dāng)前的賬戶余額,電價(jià)和預(yù)計(jì)可充電量等數(shù)據(jù),還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號(hào)的昵稱和余額,同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能
3、硬件配置
3.1平臺(tái)服務(wù)器:建議按照我方配置購(gòu)買,或者客戶自己租用阿里云資源。
硬件配置清單:(如申請(qǐng)阿里云可忽略)
序號(hào) | 名稱 | 型號(hào)、規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 數(shù)據(jù)服務(wù)器 | Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G 硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬(wàn)轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5 | 臺(tái) | 1 | 甲供,供參考 |
2 | WEB服務(wù)器 | Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬(wàn)轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5 | 臺(tái) | 1 | 甲供,供參考 |
3 | 操作系統(tǒng) | Windows Server 2012 R2 | 套 | 2 | 甲供,供參考 |
4 | 數(shù)據(jù)庫(kù) | MySQL | 套 | 1 | 甲供,供參考 |
5 | 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) | 華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機(jī) | 臺(tái) | 1 | 甲供,供參考 |
序號(hào) | 點(diǎn)數(shù) | 數(shù)量 | 名稱 | CPU資源 | 硬盤 | 帶寬 | 操作系統(tǒng)版本 |
1 | <1000點(diǎn) | 1臺(tái) |
| 4核16G | 數(shù)據(jù)盤150G SSD | 5M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺(tái)版64位 |
2 | <5000點(diǎn) | 2臺(tái) | 應(yīng)用服務(wù)器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤150G SSD | 6M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺(tái)版64位 |
數(shù)據(jù)服務(wù)器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤200G SSD | 1M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺(tái)版64位 | |||
3 | <10000點(diǎn) | 2臺(tái) | 應(yīng)用服務(wù)器 | 8核32G | 數(shù)據(jù)盤50G SSD | 10M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺(tái)版64位 |
數(shù)據(jù)服務(wù)器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤400G SSD | 1M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺(tái)版64位 |
若客戶自己租用阿里云服務(wù)器,服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點(diǎn)數(shù)的不同,分別如下:
3.2現(xiàn)場(chǎng)硬件配置清單:
序號(hào) | 名稱 | 型號(hào)、規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 7kW交流充電樁 | AEV-AC007DB(L)1 | 只 |
| 安科瑞 |
2 | 40kW交流充電樁 | AEV-AC040DB(L)A | 只 |
| 安科瑞 |
3 | 60kW直流體充電樁 | AEV-DC060SLA | 只 |
| 安科瑞 |
4 | 120kW直流體充電樁 | AEV-DC120SLA | 只 |
| 安科瑞 |
5 | 180kW直流分體式充電樁 | AEV-DC180FA | 只 |
| 安科瑞 |
6 | 360kW直流分體式充電樁 | AEV-DC360FA | 只 |
| 安科瑞 |
7 | 分體式充電終端 | AEV-DCFZ | 只 |
| 安科瑞 |
8 | 無(wú)線表 | ARCM300T | 只 | 1 | 安科瑞(如需變壓器監(jiān)控) |
八、總結(jié)
綜上所述,充電樁是電動(dòng)汽車的能量來(lái)源,加強(qiáng)其研究才能為電動(dòng)汽車的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于住宅小區(qū)地下車庫(kù)充電樁的設(shè)計(jì),車樁比不宜小于 百分之三十,根據(jù)居住區(qū)特點(diǎn),先充分利用住宅變壓器,錯(cuò)峰充電,充電設(shè)施宜納入充電服務(wù)信息公共平臺(tái)。同時(shí),相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加大對(duì)電動(dòng)汽車的研發(fā)推廣力度,嚴(yán)格參照家出臺(tái)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(dòng)汽車充電樁安穩(wěn)、可靠充電, 為今后新能源汽車的發(fā)展起到大力作用。
參考文獻(xiàn)
[1]劉舉祥,居住區(qū)電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)研究.
[2]和雅.電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)研究[D].南昌:南昌大學(xué),2012.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用