Electrical Design of Electric Vehicle Charging Facilities for Civil Building

Deng Xiumei

?

Electrical Design of Electric Vehicle Charging Facilities for Civil Building

Deng Xiumei

AbstractAccording to the planning ratio of electric vehicle charging facilities, selecting the different charging modes and rational use coefficients, charging facilities electricity load which meet the requirements and the development plan could be completed. Designers need to clear the key points of electric vehicle charging facilities designed.

Keywordselectric vehicle charging facilities， electricity capacity， DC charge， AC charge， charging pile

0引言

《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強(qiáng)城市電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作的通知》(【2015】199號(hào))中提出：“自2016年起，城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門(mén)提出的新建居住(小)區(qū)和大型公共建筑的規(guī)劃條件，核發(fā)相關(guān)建設(shè)工程規(guī)劃許可證時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行新建停車(chē)場(chǎng)配建充電設(shè)施的比例要求，新建住宅配建停車(chē)位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施建設(shè)安裝條件，新建的大于2萬(wàn)平方米的商場(chǎng)、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑配建停車(chē)場(chǎng)和社會(huì)公共停車(chē)場(chǎng)，具有充電設(shè)施的停車(chē)位應(yīng)不少于總停車(chē)位的10%。要將相關(guān)要求納入工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，施工圖審查機(jī)構(gòu)在審查住宅項(xiàng)目和大型公共建筑施工圖時(shí)，應(yīng)對(duì)充電設(shè)施設(shè)置是否符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核”。

但目前的狀況大多為若業(yè)主未提出要求，在民用建筑方案、規(guī)劃、施工圖階段的電氣設(shè)計(jì)基本不考慮電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的設(shè)計(jì)，因此存在充電設(shè)施設(shè)置困難及用電容量不夠的問(wèn)題；另一方面，即使業(yè)主要求設(shè)計(jì)充電設(shè)施，設(shè)計(jì)時(shí)也要根據(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)或樓層管井內(nèi)，而未在前期土建施工階段進(jìn)行容量預(yù)留及管線預(yù)埋，建成后再增加充電設(shè)施將造成重復(fù)施工和浪費(fèi)。如何將可行、有效的規(guī)劃指標(biāo)及設(shè)計(jì)更好地融入到現(xiàn)有民用建筑電氣設(shè)計(jì)體系中是目前急需解決的問(wèn)題，本文擬從以下幾個(gè)方面展開(kāi)闡述。

1民用建筑電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施規(guī)劃指標(biāo)及用電容量估算

充電設(shè)施用電負(fù)荷估算應(yīng)在規(guī)劃階段考慮項(xiàng)目所在地政府要求的充電設(shè)施占總停車(chē)位的比例，進(jìn)而估算用電容量。表1為部分品牌電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程(數(shù)據(jù)來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng))。

從表1可知，電動(dòng)汽車(chē)具體的行駛里程還要根據(jù)不同廠家生產(chǎn)的車(chē)型而定，電池的性能和容量大小都直接影響電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，同時(shí)電機(jī)性能、自重及載重強(qiáng)度、速度、氣溫、電池的老化程度、充電器的質(zhì)量、充電時(shí)間等諸多因素也會(huì)影響其行駛里程。

根據(jù)住建部【2015】199號(hào)文可知，新建住宅停車(chē)位應(yīng)100%預(yù)留充電設(shè)施條件。簡(jiǎn)單估算一下，假設(shè)一輛電動(dòng)車(chē)充滿一次電可續(xù)航150km，若每天來(lái)回30km，需5天充一次電，因此每天大約只有20%的電動(dòng)車(chē)需要充電。建議住宅電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施用電負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)取0.1～0.15，又因目前電動(dòng)汽車(chē)擁有量偏低，同時(shí)使用系數(shù)應(yīng)更低，且住宅停車(chē)位按照交流充電樁預(yù)留，所以每個(gè)充電樁配電容量按照7kW考慮；商業(yè)、辦公等公共建筑按照總停車(chē)位的10%設(shè)置具有充電設(shè)施的停車(chē)位，建議該電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施用電負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)取0.8～0.9,且公共建筑采用直流充電方式保證充電時(shí)間，所以每個(gè)非車(chē)載充電機(jī)配電容量暫按50kW考慮。GB 50067-2014《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》將停車(chē)庫(kù)根據(jù)停車(chē)數(shù)量按照防火分類(lèi)分為四類(lèi)，下面擬按照這四種防火分類(lèi)分別統(tǒng)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施配電容量(表2)。

表1　電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程

表2　四類(lèi)分別統(tǒng)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施配電容量

通過(guò)表2可以看出，住宅電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)位采用慢充模式設(shè)置交流充電樁，利用外部交流電源給車(chē)載充電機(jī)提供電能，即使按照100%預(yù)留充電條件，按照I類(lèi)車(chē)庫(kù)300個(gè)停車(chē)位計(jì)，計(jì)算負(fù)荷僅210kW,對(duì)變壓器容量影響并不大，且住宅電動(dòng)汽車(chē)往往在夜間充電，因交流充電電流低，充電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)(一般充電時(shí)間為5～8h，有的甚至長(zhǎng)達(dá)10～20h)，可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本，提高充電效率并延長(zhǎng)電池使用壽命。對(duì)于已建項(xiàng)目，也可根據(jù)交流充電樁的充電功率和接入數(shù)量對(duì)變壓器的負(fù)載率做分析(盡量利用原有的、甚至不需改造的變壓器)；商場(chǎng)、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑配建的停車(chē)場(chǎng)采用直流充電快充模式，充電容量大的設(shè)備建議設(shè)置專用變壓器，采用10kV供電，經(jīng)變壓器降壓后再向非車(chē)載充電機(jī)提供工作電源；充電容量不大的設(shè)備可由變壓器多回路向非車(chē)載充電機(jī)提供工作電源。

2根據(jù)不同需求合理選擇交流和直流充電設(shè)施

電動(dòng)汽車(chē)充電模式有兩種：(1)交流電→非車(chē)載充電機(jī)(充電站、直流充電樁)→直流充電→電池。(2)交流電→交流充電樁→交流供電→車(chē)載充電機(jī)→直流充電→電池。

第(1)種電動(dòng)汽車(chē)直流充電設(shè)施俗稱“快充”，固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)外，與交流電網(wǎng)連接，是可以為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池提供直流電源的供電裝置。其輸入電壓采用三相四線AC380V±15%，頻率50Hz，輸出為可調(diào)直流電，可直接為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池充電。由于直流充電設(shè)施采用三相四線制供電，可以提供足夠大的功率，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，可以實(shí)現(xiàn)快充的要求；第(2)種電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁俗稱“慢充”，固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)外，與交流電網(wǎng)連接，是為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)(即固定安裝在電動(dòng)車(chē)上的充電機(jī))提供交流電源的供電裝置，它只提供電力輸出，沒(méi)有充電功能，需連接車(chē)載充電機(jī)為電動(dòng)汽車(chē)充電。

由于充電方式不同，在用戶居住地停車(chē)位、單位停車(chē)場(chǎng)配建的充電設(shè)備宜采用交流充電方式，商場(chǎng)、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑停車(chē)場(chǎng)和社會(huì)公共停車(chē)場(chǎng)等配建的充電設(shè)備以直流充電方式為主。不論是采用交流充電還是直流充電方式，住宅小區(qū)地下室均可采用分散式充電設(shè)施，一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)位宜設(shè)置一個(gè)充電接口；對(duì)于公共建筑地下室停車(chē)場(chǎng)，設(shè)置的電動(dòng)汽車(chē)分散式充電設(shè)施可相對(duì)集中布置，或根據(jù)充電設(shè)施數(shù)量設(shè)置充換電站(宜設(shè)置在地下一層，并采取相應(yīng)防火措施，不應(yīng)設(shè)置在地下室最底層)。不同建筑類(lèi)型也可根據(jù)對(duì)應(yīng)的需求將一部分停車(chē)位選用交流充電模式，一部分停車(chē)位選用直流充電模式。

3其他設(shè)計(jì)要求

3.1用電負(fù)荷等級(jí)

民用建筑充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)的用電負(fù)荷等級(jí)按照二級(jí)負(fù)荷考慮，其他負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。監(jiān)控系統(tǒng)另設(shè)置UPS電源保證在市電停電后的電源投入。

根據(jù)容量確定充換電站供電電源的電壓等級(jí)，直流充電樁應(yīng)采用380V電壓等級(jí)供電，交流充電樁應(yīng)采用380V或220V電壓等級(jí)供電。

3.2末端充電設(shè)施

在民用建筑地下室車(chē)庫(kù)設(shè)置末端充電設(shè)施時(shí)，充電設(shè)備的布置應(yīng)靠近充電車(chē)位以便于充電，并應(yīng)縮短充電機(jī)輸出電纜的長(zhǎng)度，宜靠墻或靠柱布置，當(dāng)無(wú)墻或無(wú)柱時(shí)應(yīng)布置在相鄰車(chē)位中間。

宜采用壁掛式充電設(shè)施，充電設(shè)備與充電車(chē)位、建(構(gòu))筑物的最小間距應(yīng)滿足安全操作及檢修要求，即充電設(shè)備外廓距充電車(chē)位邊緣的凈距≥0.4m，充電設(shè)備與建(構(gòu))筑物之間檢修距離≥0.8m。

落地安裝時(shí)，充電設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)高出停車(chē)位地坪20cm及以上，同時(shí)要保證充電設(shè)備及操作人員的安全。

3.3保護(hù)

非承載充電機(jī)應(yīng)具備交流輸入過(guò)壓過(guò)流保護(hù)、直流輸出過(guò)壓過(guò)流保護(hù)、內(nèi)部過(guò)溫保護(hù)等功能。交流充電樁應(yīng)具備過(guò)負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)功能。

3.4諧波治理

充電站在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視非線性用電設(shè)備對(duì)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，并采取積極有效的防范措施來(lái)減小或消除諧波分量。依據(jù)GB/T 14549-1993《電網(wǎng)質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求可知，諧波治理需符合0.38kV電壓總諧波畸變率<5%的規(guī)定，避免污染電網(wǎng)，對(duì)用戶計(jì)量造成偏差以及影響樓內(nèi)的設(shè)備正常運(yùn)行或造成干擾等。如不能達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波控制要求,則應(yīng)采取有效的諧波治理措施。

3.5監(jiān)控系統(tǒng)

充電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)充電設(shè)備運(yùn)行和充電過(guò)程的監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理功能。供電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)供電狀況、電能質(zhì)量、供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等的監(jiān)視和控制功能。

3.6計(jì)量系統(tǒng)

采用非車(chē)載充電機(jī)充電時(shí)宜在非車(chē)載充電機(jī)與電動(dòng)汽車(chē)之間設(shè)置計(jì)量點(diǎn),選用符合國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的直流電能表計(jì)量。采用交流充電樁充電時(shí)應(yīng)在交流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)之間設(shè)置計(jì)量點(diǎn),選用符合國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的交流電能表計(jì)量。

4結(jié)束語(yǔ)

據(jù)了解，各地政府對(duì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃均推出了相關(guān)要求，《廣州市推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施建設(shè)與管理暫行辦法》中要求：新建小區(qū)(公建)應(yīng)按不低于規(guī)劃停車(chē)位數(shù)18%的比例建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留充電設(shè)施接口，相關(guān)的發(fā)展指標(biāo)有大幅提高的趨勢(shì)。因此，各地項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)地方要求做好充分的準(zhǔn)備工作。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50067-2014 汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[2]NB/T 33001-2010 電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件[S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]NB/T 33002-2010 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁技術(shù)條件[S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2010.

民用建筑電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施電氣設(shè)計(jì)

鄧秀梅

(廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510500)

摘要考慮電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的規(guī)劃比例，通過(guò)選擇不同的充電模式、合理的同時(shí)使用系數(shù)，設(shè)計(jì)符合使用要求和滿足發(fā)展規(guī)劃的充電設(shè)施用電負(fù)荷，設(shè)計(jì)師需明確電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施用電容量直流充電交流充電充電樁