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劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要::充電樁是電動汽車需具備的充電設施,加強對電動汽車充電樁的設計研究,可推動電動汽車的發(fā)展。就地下車庫電動汽車充電樁設計進行了研究,并結(jié)合工程實例,探討了充電樁的負荷計算、供配電系統(tǒng)設計、配電充電監(jiān)控系統(tǒng)設計等,可為類似地下車庫充電樁設計提供有益的借鑒作用。
關(guān)鍵詞:地下車庫;充電樁;監(jiān)控系統(tǒng);鋰電池
近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們低碳環(huán)保理念的提升, 我政fu大力推進新能源汽車的應用。而電動汽車以其節(jié)能、環(huán)保、清潔等點,成為了未來新能源汽車發(fā)展的大方向。充電樁作為電動汽車需具備的充電設施,是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中 *的組成部分,其設計關(guān)系到電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鑒于此,研究電動汽車充電樁的設計十分重要。
、車位與充電樁的比例
在電動汽車中很重要的兩個參數(shù)是動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,延長電池壽命,電量下降到 百分之二十時需要充電,充電到電量的 百分之八十~百分之九十時即停止充電。電動汽車續(xù)駛里程以前為 150 km 左右,目前可以達到 200 km 以上,隨著技術(shù)進步電池能量密度的提高,新產(chǎn)品出臺后續(xù)駛里程將能達到 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,電動汽車續(xù)駛里程大、充電時間短后,其普及率將提高。對于般居民,以續(xù)駛里程300 km 進行計算,可行駛里程約 120 km,以每天平均通勤里程約 40 km 計算,則每臺電動汽車需要 3 d 充 1 次電,即車位與充電樁比例為 3∶1,按總車位的 百分之三十設置充電樁。
二、 負荷等級及負荷計算
住宅小區(qū)電動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)用電為二級負荷,其他負荷為三級負荷。慢充樁的充電電流小、充電時間長,電池壽命可以延長,多數(shù)居民早出晚歸,適用于設慢充樁。
本文以某住宅小區(qū)為例,其地下室為設備用房及 450 輛大型地下車庫,按車樁比 3∶1 計算,則需設 150 個慢充樁, 參照相關(guān)規(guī)范規(guī)定,每 50 個充電樁設 1 個充電站,共設 3 個充電站,每個充電站與建筑專業(yè)商定設為個防火分區(qū), 為了節(jié)約投資并節(jié)能,1 號充電站位于 1 號變電所旁,2 號和 3 號充電站位于 2 號變電所旁,線路較短,電能損耗較短小。負荷計算方面,按能源行業(yè)標準《電動汽車交流充電樁技術(shù)條件》(NB/T 33002—2010),每個慢充樁設備容量約 7 kW(AC220 V 單相供電),cosφ>0.95,這里取 cosφ=0.85。
對于每個充電站,ΣPe=50×7=350 kW,按照相關(guān)規(guī)范條文及其說明,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)
該工程充電站設配電充電監(jiān)控系統(tǒng),對變壓器負荷率實時監(jiān)控,使其高峰期負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:干式電力變壓器負載導則》,環(huán)境溫度為 30 ℃時,H 級絕緣干式變壓器負荷率為 百分之百),以保證變壓器壽命。
該小區(qū)變電所設計變壓器負荷率≤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,由于每個充電站ΣPjs=175 kW,3 個充電站總負荷為525 kW,不需加大變壓器容量。每個充電站設 5 個充電樁配電箱,每個慢充樁配電箱 10 路出線。
四、配電充電監(jiān)控系統(tǒng)(含計量)
圖 1 為配電充電監(jiān)控系統(tǒng)圖。充電站應設配電充電監(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 1 200 m,各測控單元的功能如表 1 所示,站控層主機等置于兩個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用支付方式,包括充電 IC 卡、二維碼、支付碼、vx、支付寶、手機等,并兼容該地區(qū)充電APP。
五、諧波治理
充電機負載為電力電子器件和電池,含非線性負荷,定嚴格限制諧波畸變率,避免影響變壓器、電動機、電容器及其他設備的正常運行和計量造成誤差等:①所用的充電機諧波分量應符合家標準《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值(設備每相輸入電流≤16 A)》(GB 17625.1—2012)和《電磁兼容限值對額定電流大于 16A 的設備在低壓供電系統(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、通風等納入地下室車庫整體設計。執(zhí)行《汽車庫、修車庫、停車庫設計防火規(guī)范》(GB 50067—2014)、《車庫建筑設計規(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、設備安穩(wěn)監(jiān)控、防火、防盜及視頻監(jiān)控等,對充電站的環(huán)境目了然;③充電設施產(chǎn)生的噪聲限值應符合《聲環(huán)境質(zhì)量標準》( GB 3096—2008);④變配電設備、充電設備的抗震措施應符合《工業(yè)企業(yè)電氣設備抗震設計規(guī)范》(GB 50556—2010)和《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》(GB 50981—2014);⑤充電站設置 20 m×20 m 等電位接地網(wǎng);⑥充電站設指引及停車位標識,其符號參閱相關(guān)規(guī)范規(guī)定;⑦充電站配電系統(tǒng)雷電防護等級按 C 級配置各級 SPD 參數(shù);⑧充電樁較多,即整個系統(tǒng)非線性負荷大,投運后應實測電磁輻射值是否超標,應符合《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014);⑨實施后,應以充電樁招標后的參數(shù)為依據(jù),修正相關(guān)供配電系統(tǒng)設計參數(shù);⑩該項目投運后,應實測實際充電總功率、諧波分量等,采取相應的對策。
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
測控單元 | 主要功能 |
A1 | 測I、U、P、Q、cosφ、W、遙測、遙控、遙信、 越限報警 |
M1~M6 | 測I、U、P、Q、cosφ、W、遙測、遙控、遙信、越限報警 |
C1~C51 | 測I、U、P、Q、T、W、遙測、遙控、遙信、故 障信號,并增加越限報警 |
七、安科瑞充電樁運營管理平臺
1、系統(tǒng)架構(gòu)
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進行預警;用戶通過vx小程序掃描二維碼,進行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。
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,與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,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,充電樁運行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測
交易結(jié)算:充電價格策略管理,預收費管理,賬單管理,營收和財務相關(guān)報表
用戶管理:用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理
充電服務:充電設施搜索,充電設施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導航等
vx小程序:掃碼充電,賬單支付等功能
數(shù)據(jù)服務:數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲和解析
變壓器監(jiān)控:監(jiān)控充電站變壓器負荷,每個充電站配備塊ARCM300T無線表,超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理,即當負荷超過百分之五十時,系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率,降為百分之五十,當變壓器負荷超過百分之八十時,系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電,直到負荷下降為止。
2、平臺功能
2.1平臺登錄
在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼,進行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
2.2平臺頁
平臺頁總覽每天的開hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,累計的開hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。
2.3實時監(jiān)控
l 充電站監(jiān)控
充電站監(jiān)控頁面監(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日充電總次數(shù)、總電量、總時長,進行負荷限制、故障查詢。
充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。
2.4vx小程序
vx小程序可以通過掃描二維碼和vx文字搜索找到,點擊后可以加入到小程序列表,如下圖所示
用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時,會進入這個頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面,如圖所示
初次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能,在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站,查看充電站信息,可以進行掃碼充電操作,地圖導航等
掃描充電槍上的二維碼,如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面,可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱,以及當前的賬戶余額,電價和預計可充電量等數(shù)據(jù),還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進進行評價。
個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額,同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能
3、硬件配置
3.1平臺服務器:建議按照我方配置購買,或者客戶自己租用阿里云資源。
硬件配置清單:(如申請阿里云可忽略)
序號 | 名稱 | 型號、規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 數(shù)據(jù)服務器 | Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G 硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5 | 臺 | 1 | 甲供,供參考 |
2 | WEB服務器 | Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5 | 臺 | 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 | MySQL | 套 | 1 | 甲供,供參考 |
5 | 網(wǎng)絡交換機 | 華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機 | 臺 | 1 | 甲供,供參考 |
序號 | 點數(shù) | 數(shù)量 | 名稱 | CPU資源 | 硬盤 | 帶寬 | 操作系統(tǒng)版本 |
1 | <1000點 | 1臺 |
| 4核16G | 數(shù)據(jù)盤150G SSD | 5M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位 |
2 | <5000點 | 2臺 | 應用服務器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤150G SSD | 6M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位 |
數(shù)據(jù)服務器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤200G SSD | 1M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位 | |||
3 | <10000點 | 2臺 | 應用服務器 | 8核32G | 數(shù)據(jù)盤50G SSD | 10M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位 |
數(shù)據(jù)服務器 | 4核16G | 數(shù)據(jù)盤400G SSD | 1M | Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位 |
若客戶自己租用阿里云服務器,服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同,分別如下:
3.2現(xiàn)場硬件配置清單:
序號 | 名稱 | 型號、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,充電樁是電動汽車的能量來源,加強其研究才能為電動汽車的發(fā)展奠定堅實的基礎。對于住宅小區(qū)地下車庫充電樁的設計,車樁比不宜小于 百分之三十,根據(jù)居住區(qū)特點,先充分利用住宅變壓器,錯峰充電,充電設施宜納入充電服務信息公共平臺。同時,相關(guān)企業(yè)應該加大對電動汽車的研發(fā)推廣力度,嚴格參照家出臺的相關(guān)規(guī)范標準在民用建筑中合理設置充電樁,確保電動汽車充電樁安穩(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
[1]劉舉祥,居住區(qū)電動汽車充電樁設計研究.
[2]和雅.電動汽車充電樁設計研究[D].南昌:南昌大學,2012.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介:劉細鳳,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)和應用