電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)與電氣設(shè)計(jì)

王 宇

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

隨著環(huán)境污染和能源形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，發(fā)展新能源汽車已作為國(guó)家戰(zhàn)略。據(jù)悉，目前國(guó)內(nèi)已建成的充電樁與充電站的數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車的銷量增長(zhǎng)。以上海為例，截止2014年底，本市共銷售新能源車輛約1.1萬(wàn)輛，而建成的充電樁為4 500多個(gè);2015年將新增1.6萬(wàn)輛新能源車，其中新增新能源社會(huì)車輛約1萬(wàn)輛。伴隨著新能源車輛規(guī)模的增長(zhǎng)，充電設(shè)施配套難、充電樁建設(shè)缺口大，已成為制約新能源汽車發(fā)展的突出問(wèn)題。本文針對(duì)上海市對(duì)電動(dòng)汽車的充電設(shè)施要求，思考電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)同步關(guān)注的問(wèn)題。

1 充電設(shè)施建設(shè)背景

自國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)的通知(國(guó)發(fā)〔2012〕22)后，各地政府積極推出相關(guān)政策，上海市政府各部委發(fā)布了不少推廣方案及政策，大力發(fā)展新能源汽車。

1.1 上海市出臺(tái)的技術(shù)規(guī)范與相關(guān)規(guī)定

(1)DGTJ 08-2093—2012《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》2012年7月1日起執(zhí)行。

(2)滬交科〔2015〕553號(hào)《上海市電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)管理暫行規(guī)定》2015年7月1日起執(zhí)行。

(3)充電設(shè)施設(shè)置原則:遵循“自(專)用為主、公用為輔、快慢結(jié)合、分類落實(shí)”原則，在設(shè)施建設(shè)方式上做到“合建為主，單建為輔”。

(4)指標(biāo)要求:

①新建住宅小區(qū)、交通樞紐、超市賣場(chǎng)、商務(wù)樓宇，黨政機(jī)關(guān)、事業(yè)單位辦公場(chǎng)所，園區(qū)、學(xué)校以及獨(dú)立用地的公共停車場(chǎng)、停車換乘(P+R)停車場(chǎng)應(yīng)按照不低于總停車位10%的比例預(yù)留充電設(shè)施安裝條件(包括電力管線預(yù)埋和電力容量預(yù)留)。

②鼓勵(lì)根據(jù)實(shí)際條件在以上規(guī)定基礎(chǔ)上增建。

③已建項(xiàng)目鼓勵(lì)建設(shè)結(jié)合舊區(qū)改造、停車位改造、道路改造等實(shí)施。

2 充電設(shè)施分類

(1)按照權(quán)屬劃分為三類:

①自用充電設(shè)施，即專為某個(gè)私人用戶提供充電的充電設(shè)施，主要分布在居住小區(qū)內(nèi)。

②專用充電設(shè)施，即專為某個(gè)法人單位及其職工提供充電服務(wù)的充電設(shè)施，以及在住宅校區(qū)內(nèi)為全體業(yè)主提供服務(wù)的充電設(shè)施。

③公用充電設(shè)施，即服務(wù)于社會(huì)電動(dòng)車輛的充電設(shè)施，包括經(jīng)營(yíng)性集中式充換電設(shè)施。

(2)充電設(shè)施充電模式如表1所示。

表1 充電設(shè)施充電模式

(3)充電設(shè)施種類分為統(tǒng)刷卡式充電樁和智慧型交流智能充電終端。

智慧型交流智能充電終端集合了電動(dòng)汽車分時(shí)租賃、電動(dòng)汽車公共充電樁、手機(jī)APP、LBS地理位置服務(wù)、后臺(tái)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)信息推送、互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)支付七大功能模塊于一體，可實(shí)現(xiàn)O2O商業(yè)模式的綜合運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。充電設(shè)施分為壁掛式(室內(nèi)/地下)和樁體式(室外/地面)。

①壁掛式包括智能充電終端、集成配電中心、多功能操作中心三部分組成，實(shí)現(xiàn)1個(gè)集成配電中心可供給10個(gè)智能充電終端。多功能操作中心可分別獨(dú)立控制每個(gè)智能充電終端，也可通過(guò)手機(jī)APP完成定位、二維碼掃描、校驗(yàn)、充電、支付等一些操作，實(shí)現(xiàn)高度集成化、操作簡(jiǎn)易化、視覺(jué)美觀化。

②樁體式集合了智能控制面板、交流槍充電口、便攜式充電口組成，通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行充電樁定位、二維碼掃描、校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“三定一自”，即定電量、定時(shí)間、定金額和自動(dòng)四種模式進(jìn)行充電及支付。

設(shè)備基本參數(shù)如表2、表3、表4所示。

表2 壁掛式智能充電終端基本規(guī)格參數(shù)

表3 樁體式智能充電終端基本規(guī)格參數(shù)

表4 集成配電中心基本規(guī)格參數(shù)

智慧型與傳統(tǒng)刷卡式充電樁主要區(qū)別在于，前者采用了“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型模式，可以通過(guò)手機(jī)APP自動(dòng)定位最近的充電樁位置，通過(guò)二維碼進(jìn)行掃碼認(rèn)證、校驗(yàn)、計(jì)量、充電、監(jiān)控，最終通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)支付，完成全部充電環(huán)節(jié)，避免了各個(gè)物業(yè)分散式管理，減少了用戶使用上的不便。

3 建筑電氣相關(guān)設(shè)計(jì)

目前多數(shù)項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)僅根據(jù)預(yù)測(cè)的充電樁數(shù)量，將用電量預(yù)留在配電房?jī)?nèi)。對(duì)于大型項(xiàng)目，地下空間層高有限，管線較為復(fù)雜密集，竣工時(shí)室外地面鋪裝已完成，如未在土建施工階段進(jìn)行容量預(yù)留及管線預(yù)埋，建成后增加充電樁設(shè)施，免不了進(jìn)行改造，給業(yè)主造成二次浪費(fèi)。

3.1 供配電

(1)應(yīng)按照項(xiàng)目所在地政府要求的充電設(shè)施占總停車位的比例估算用電容量，擬定供電方案需報(bào)所在地供電部門申請(qǐng)，并得到批復(fù)。

(2)充電設(shè)施不占用住宅小區(qū)自用的公共電力容量(包括用于向住宅小區(qū)路燈、電梯、水泵等公用設(shè)施以及物業(yè)服務(wù)企業(yè)供電的電力容量)，對(duì)小區(qū)常規(guī)的用電容量不造成影響。

(3)原則上利用已有配電設(shè)施，已有設(shè)施無(wú)法滿足容量要求時(shí)，進(jìn)行增容改造。

(4)交流充電樁由樁體、電器主回路、控制模塊、人機(jī)交互模塊組成，采用單相供電，一般每樁功率不大于7 kW。

(5)低壓配電設(shè)備及線路的保護(hù)應(yīng)滿足GB 50053—2004《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，剩余電流保護(hù)裝置應(yīng)安裝在供電電纜進(jìn)線側(cè);在充電樁進(jìn)線端加裝防雷器，帶有信號(hào)輸出;采用微斷配置操作機(jī)構(gòu)，具有帶負(fù)荷分?jǐn)嗄芰瓦^(guò)流保護(hù)能力。

(6)諧波治理:充電樁為非線性負(fù)載，工作時(shí)產(chǎn)生諧波。依據(jù)GB/T 14549—1993《電網(wǎng)質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求，需符合0.38 kV電壓總諧波畸變率低于5%的規(guī)定，避免污染電網(wǎng)及對(duì)用戶計(jì)量造成偏差，影響樓內(nèi)的設(shè)備正常運(yùn)行或造成干擾等。

3.2 線路敷設(shè)建議

(1)室外停車場(chǎng)地，應(yīng)選擇合適的部位預(yù)留戶外配電箱，再分配電到各充電樁。如使用地面充電樁方式，充電樁應(yīng)靠近充電位布置，以便于充電，同時(shí)設(shè)備外廓距充電位邊緣的凈距宜保持不小于0.4 m的安全距離，以滿足充電設(shè)施的安裝空間同時(shí)，注意使用安全。

(2)地下車庫(kù)電動(dòng)汽車停車區(qū)域規(guī)劃明確的項(xiàng)目，采用放射式或樹干式配電方式，明確線路路由，或預(yù)留專用電纜橋架，用電點(diǎn)管線到位，方便將來(lái)物業(yè)和電力公司施工安裝工作。

(3)地下車庫(kù)電動(dòng)汽車停車不指定區(qū)域，要求全覆蓋的項(xiàng)目，可采用插接式母線槽系統(tǒng)，母線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插接口，插口設(shè)置靈活，雙面都可以，結(jié)合車位群組，更方便用戶變更充電樁位置或增加時(shí)，就近解決電源問(wèn)題。

3.3 安裝與運(yùn)維各方關(guān)系

了解安裝與運(yùn)維各方關(guān)系，設(shè)計(jì)相應(yīng)配合，如表5所示。

表5 安裝與運(yùn)維各方關(guān)系

3.4 智能化要求

(1)通信。小區(qū)、辦公場(chǎng)所建設(shè)的充電設(shè)施，可視情況考慮接入充電服務(wù)信息公共平臺(tái)，有效促進(jìn)充電設(shè)施資源共享。作為電網(wǎng)配用電側(cè)的電動(dòng)汽車充電樁，其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了自動(dòng)化通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是被測(cè)點(diǎn)多且分散、覆蓋面廣、通信距離短。因此，電動(dòng)汽車充電樁通信方式的選擇應(yīng)考慮以下問(wèn)題。

①可靠性:通信系統(tǒng)要長(zhǎng)期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強(qiáng)的電磁干擾或噪聲干擾的考驗(yàn)，并保持通信的暢通。

②雙向通信:不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)。

③多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率:隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，主站到子站、子站到終端之間通信對(duì)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來(lái)越高。

④靈活性和可擴(kuò)展性:由于充電樁具有控制點(diǎn)面多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，隨著ALL IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展以及電力運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時(shí)要求便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費(fèi)用及長(zhǎng)期使用和維護(hù)的費(fèi)用。

(2)安防。必要、專業(yè)的安防設(shè)施對(duì)于預(yù)警、控制、取證、服務(wù)有著非常重要的作用。充電站及充電樁安防監(jiān)測(cè)是電動(dòng)汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)的一部分。實(shí)施目的如下:

①對(duì)進(jìn)入充電區(qū)的車輛，人員進(jìn)行監(jiān)控并提供服務(wù)。

②對(duì)配電室、監(jiān)控室、更換電池操作間、休息室等的溫/濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄。

③對(duì)分布式充電樁的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)異常情況進(jìn)行拍照并上傳。

④對(duì)火災(zāi)等異常情況進(jìn)行報(bào)警、錄像、上傳。

⑤對(duì)非法闖入進(jìn)行判斷并報(bào)警。

(3)消防方面注意充電設(shè)施配套的電纜橋架、配電箱(柜)的安裝位置、高度，不影響建筑的疏散體系、消防設(shè)施等公共區(qū)域消防安全為前提。

(4)專用、公用充電設(shè)施應(yīng)建設(shè)充電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并接入市級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

上海自(專)車樁比現(xiàn)狀為1∶0.4，而國(guó)外車樁比指標(biāo)為1∶1.2，深圳為1∶1.5，以一樁一充為主，不低于1∶1.2。相關(guān)的發(fā)展指標(biāo)有待大幅提高的趨勢(shì)。

結(jié)合《上海市充電設(shè)施建設(shè)管理暫行規(guī)定》推進(jìn)住宅小區(qū)、辦公場(chǎng)所建設(shè)充電樁的同時(shí)，按照公私比1∶5積極推進(jìn)商業(yè)地塊、公建配套、路邊停車、高速服務(wù)區(qū)等公用充電設(shè)施的建設(shè)。上海市新能源2個(gè)大型示范區(qū)和6個(gè)中小型示范區(qū)(2個(gè)大型示范區(qū)為嘉定國(guó)際汽車城、崇明島，6個(gè)中小型示范區(qū)為上海國(guó)際旅游度假區(qū)、臨港新城、虹橋商務(wù)區(qū)、楊浦新江灣城、閔行交大校區(qū)以及奉賢南橋新城)。這些區(qū)域的項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好充分的配合預(yù)留準(zhǔn)備。

據(jù)已接觸的各地項(xiàng)目觀察，各地政府對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃推出相關(guān)要求，對(duì)于新建小區(qū)(公建)充電設(shè)施規(guī)劃占總停車位的要求指標(biāo)，北京為18%，江蘇為10%～20%，珠海為20%等。同時(shí)，國(guó)家可能將充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)作為示范城市考核標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)有待統(tǒng)一，建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有適當(dāng)超前的意識(shí)。

［1］ DGTJ 08-2093—2012 電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ 滬交科〔2015〕553號(hào) 上海市電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)管理暫行規(guī)定［G］.