民用建筑地下車庫充電樁配電策略探討

池 濤

（孝感市公共檢驗檢測中心，湖北 孝感432000）

長期以來，人類對不可再生資源的大量開發(fā)與應用，使得當下的石油資源面臨枯竭的情況。石油資源的枯竭將給國家的發(fā)展帶來嚴重的影響，因此為減少對石油資源的使用，各國相繼研發(fā)與設計出了不同類型的電動汽車。電動汽車的設計與投入使用使得人們對石油資源的開采有了一定程度的減少。與此同時，使用電動汽車的過程中不會對環(huán)境造成污染，因此屬于新型綠色環(huán)保型汽車，受到眾多環(huán)保主義者的喜歡與推崇。電能是電動汽車重要的動力來源，在使用電動汽車之前均需要對其進行充電。并且隨著市場上電動汽車數(shù)量的增加，國家相關政府部門將充電樁建設增加到了民用建筑地下車庫建設項目中，建設團隊在進行民用建筑地下車庫建設時，有必要將電動汽車充電樁建設考慮進來。

1 充電樁類型與技術要求

1.1 充電樁類型

當下，快充充電樁與慢充充電樁是我國主要的電動車充電樁類型。其中，快充充電樁具有充電速度快的優(yōu)點，是一種快速解決充電需求的充電樁類型，主要通過調(diào)整電流與電壓幅度的方式實現(xiàn)快速充電功能。使用快充充電樁，能夠在較短的時間內(nèi)完成對電動汽車的充電，對于需要快速充滿電量的用戶來講，快充充電樁是一個較好的充電選擇。但是有優(yōu)點就有缺點，對電動汽車電池損耗大就是快充充電樁的缺點，因此為減少對電動汽車電池的損耗，要適當控制對快充充電樁的使用。與此同時，快充充電樁主要由直流充電樁與充電機組成，具有占地面積大的特點，這在一定程度上限制了快充充電樁的建設數(shù)量。對于慢充充電樁而言，充電速度慢是其存在的明顯缺點，不能滿足急需用車的用戶的電量需求。但在沒有時間要求的情況下，建議使用慢充充電樁對電動汽車進行充電，根本原因是使用慢充充電樁對電動汽車進行充電，不會對電動汽車電池造成損耗。慢充充電樁是當下民用建筑地下車庫中最常用的充電樁類型，慢充充電樁又可分為單相慢充充電樁和三相慢充充電樁，該類充電樁具有占地面積小、安裝方便、使用方便等優(yōu)點，因此成為了民用建筑地下車庫的使用主流。從電流的角度，又可將充電樁分為兩種類型，分別為交流充電樁與直流充電樁。根據(jù)充電樁生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，本文將兩種類型充電樁的主要技術參數(shù)列舉如表1所示。

表1 兩種類型充電樁的主要技術參數(shù)

1.2 技術要求

對于民用建筑地下車庫而言，一般使用交流式充電樁作為主要充電樁類型，根本原因是使用該類型充電樁的過程中，當電動汽車充滿電后，充電樁就會自動斷開電源。當發(fā)生電路短路、漏電以及過載等故障時，交流充電樁會自動啟動報警功能發(fā)起報警，警報器響起后維修人員將在最短的時間內(nèi)來到故障現(xiàn)場，對故障充電樁進行維修。從這一點來看，在技術方面，民用建筑地下車庫充電樁配電設計應當滿足現(xiàn)有的法律法規(guī)以及相關規(guī)范。此外，還要充分考慮充電樁的阻電、阻燃以及預警與報警。其中，對于阻燃，可使用阻燃電纜與耐高溫材料對充電樁進行配電設計。對于阻電，可通過安裝空氣開關的方式達到該目的，在漏電以及短路的情況下，充電樁空氣開關會直接自動關閉電源進行自我保護。同時，可通過對TN-S系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)對充電樁的漏電保護與短路保護。對于預警報警，可將智能預警報警系統(tǒng)應用進來，實現(xiàn)對充電樁故障的及時預警與報警[1]。

2 民用建筑地下車庫充電樁存在的問題

2.1 用電成本高，經(jīng)濟性不足

在當前電動汽車充電樁市場上，普遍按照峰平谷不同時間及不同電價標準來收費，而往往用戶在使用充電樁時要付出相應的服務費，這樣的綜合收費方式使得使用充電樁的費用要遠遠高于民用電費，這就造成了電動汽車在出行過程中所消耗的成本與燃油車之間差距并不大，并沒有體現(xiàn)出電動車的獨特優(yōu)勢。

2.2 充電樁標準不統(tǒng)一，兼容性不足

一方面，由于公用充電樁與專用充電樁運營部門的不同，在使用客戶端上沒有形成統(tǒng)一的支付標準，這使得用戶在使用過程中受到了許多困擾，對于實際使用也形成了極大阻礙，是當前充電樁使用過程中的突出問題。而由于行業(yè)標準的不統(tǒng)一，也造成了充電樁兼容性的不充分。另一方面，由于當前電動汽車充電速度并不快，車主等待時間相對較長，而公用充電樁充電環(huán)境也相對較差，這在一定程度上更延長了用戶等待充電的時間，用戶使用體驗相對較差，既浪費了電動車用戶時間，也造成了地下車庫資源的極大浪費。

2.3 充電樁管理制度缺乏

充電樁作為一種共享的公共社會資源，對于電動汽車車主而言，自助體驗相對較好，然而公共充電樁在管理制度上的匱乏也導致了公用充電樁損壞程度的加重。一方面，相關部門沒有制定嚴格的使用標準，部分電動車車主在不規(guī)范的使用情況下，對充電樁造成了一定的損壞。而由于充電樁建設過程中對保護設施設置的缺乏，使得充電樁遭到人為破壞的情況屢屢出現(xiàn)，也造成了充電樁損壞率較高的突出現(xiàn)狀，極大程度上增加了充電樁維護運營費用，經(jīng)濟效益相對較低。此外，由于管理制度的不明確，充電樁并沒有專業(yè)人員進行統(tǒng)一管理維護，在停車位相對緊張的情況下，部分燃油車會霸占充電樁，使得電動汽車車主無法充分使用充電樁，造成了充電樁資源的極大浪費。

3 充電樁配電設計中的注意點

民用建筑地下車庫充電樁配電設計中要注意的點很多，主要包括充電樁的位置設置、選擇充電樁的安裝方式、設置充電樁配電箱以設置配電箱回路等，下面主要對這幾個方面的內(nèi)容進行詳細闡述。

3.1 充電樁位置設置

充電樁的位置選擇與設置是一個重要的內(nèi)容，為保證充電樁的設置符合要求且滿足民用建筑住宅住戶的使用需求，設計人員需要將住戶使用電動器類別、進出車流情況、電動汽車車位數(shù)以及配電設備等考慮進來，全方位考慮才能提高充電樁的配電設計合理性。在電動汽車使用用戶不多的情況下，配置少量充電樁即可滿足住戶的電動車充電需求。同時，在充電樁配置數(shù)量較少的情況下，可對充電樁進行集中配置設計，安裝于同一個防火區(qū)域內(nèi)，同時在不遠處配置與設計相應的配電設備，實現(xiàn)對充電樁的科學集中管理。在民用建筑電動車使用用戶較多的情況下，就需要增加充電樁的配置數(shù)量。當需要配置的充電樁數(shù)量較多時，需要熟悉與明確不同類型充電樁的不同特性，并根據(jù)這些特性將不同類型的充電樁配置安裝在固定的區(qū)域。例如，對于直流充電樁，一般可配置安裝于民用建筑地下車庫進出口防護區(qū)域。對于交流充電樁，可安裝于不同的防火區(qū)域中[2]。

3.2 充電樁安裝方式選擇

根據(jù)表1可知，充電樁的安裝方式主要有兩種，分別為壁掛安裝方式與落地安裝方式。一般而言，充電樁的落地安裝過程比較簡單。為保證充電樁的落地安裝符合要求，需要提前對民用建筑住戶使用的電動車類型、高度等信息進行調(diào)查。對于壁掛安裝方式，主要是指將充電樁安裝在建筑墻壁或者建筑柱子上。在充電樁的壁掛式安裝過程中，要盡可能降低與避免對消防栓等基礎設施帶來的影響。對于安裝高度，一般高于落地安裝方式的安裝高度，即壁掛式安裝的安裝高度應當高于30厘米。

3.3 充電樁配電箱設置

配電箱設置是充電樁配電設計中的重要內(nèi)容，配電箱的設置合理與否直接關系到充電樁的運作和使用情況。因此，在實際的充電樁配電設計過程中，要特別重視對配電箱的設置。對于配電箱的數(shù)量，可根據(jù)實際需求進行設置。在充電樁數(shù)量需求不多的情況下，一般設置一個配電箱即可。在充電樁數(shù)量要求較多的情況下，一般需要設置一個以上的配電箱才能滿足用戶的充電需求。對于配電箱的安裝位置，最好的選擇為安裝于車庫附近的強電間。除此之外，安全也是配電箱設置中注重的點，為提高配電箱設置與使用的安全系數(shù)，需要對配電箱進行隔離，避免用戶直接接觸配電箱，增加安全事故的發(fā)生概率。

3.4 配電箱回路設置

回路設置是配電箱設置中的重要內(nèi)容，進行配電箱回路設置的過程中，要特別注意對短路電流以及剩余電路的保護。對于短路保護，可將低壓斷路器應用進來，實現(xiàn)對發(fā)生短路故障時的電路保護。對于剩余電流保護，可通過選用額定動作電流的方式，降低電流過載等帶來的負面影響。通過科學設置配電箱回路，可有效提升配電箱使用過程中的安全系數(shù)，最大限度保障用戶在充電樁使用過程中的人身安全[3]。

4 民用建筑地下車庫充電樁配電策略

在進行民用建筑地下車庫充電樁配電設計過程中，要根據(jù)民用建筑區(qū)域基本情況，對充電樁進行全面配電設計。下面將以某大型住宅小區(qū)為案例，探討民用建筑地下車庫的充電樁配電策略。

4.1 項目概況及方案設計

某市一民用建筑住宅小區(qū)建筑面積為30萬平方米，該建筑小區(qū)住宅于2019年年初建設完畢，并于2020年年初投入使用。按照國家相關部門制定的標準，可將該住宅小區(qū)歸類到大型住宅小區(qū)的行列中。對該小區(qū)的地下車庫進行調(diào)查后，確定該小區(qū)地下車庫停車車位數(shù)為2260個。我國國家規(guī)劃部門出臺的相關條例規(guī)定，對于新建的建筑住宅，應當按照20%的車位數(shù)對地下車庫充電樁進行配電設計。隨著建筑住宅住戶數(shù)量的增加，應當逐漸加大對充電樁的配電設計。因此，開始進行充電樁配電設計時，可按照20%車位數(shù)，將相應數(shù)量的充電樁電源連接到建筑住宅小區(qū)配電所中，同時根據(jù)小區(qū)用戶數(shù)量，適當增加配電所的容量。此外，為避免對資源的浪費，降低充電樁配電設計成本，有必要對充電樁分步配置建設于配電所周圍。同時為應對配電所故障帶來的影響，還應當在建筑住宅小區(qū)中心配置建設一個單獨的配電室。總而言之，在民用建筑地下車庫充電樁配電設計初始階段，可為充電樁設計獨立的配電室，同時將容量等因素考慮進來，逐步完成對充電樁的配電設計[4]。

4.2 充電樁輸入總?cè)萘亢怂?/h3>

在案例住宅小區(qū)先期設計中，由于小區(qū)地下車庫總車位數(shù)為2260個，按照20%車位數(shù)進行先期設計，則需要考慮到的停車位數(shù)量約為450個。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)與案例民用建筑住宅地下車庫具體情況，可計算出先期設計20%停車位數(shù)的充電樁最大容量為2359kVA。對于遠期設計100%停車位數(shù)的充電樁總?cè)萘?，則可定為6975kVA。與此同時，對電動車的市場使用情況進行調(diào)查后，得出的結(jié)論為：將市場上比較受歡迎的電動車充滿電后，電動車最大續(xù)航里程可達到200km。對該市的電動車使用情況進行調(diào)研分析后，認為該市人均電動車每天的行駛里程可達到20km。在20%停車位數(shù)的先期設計中，可將這些數(shù)據(jù)信息考慮進來，這樣才能保證配置完畢的充電樁能夠滿足住宅用戶的使用需求。另外，一般情況下電動汽車充電機輸入功率小于充電樁的最大輸出功率，僅僅根據(jù)這一點計算與確定充電樁的輸出功率是無法滿足要求的，因此在實際的配電設計中，有必要適當增加充電樁的輸出功率。

4.3 20%車位數(shù)的先期充電樁配電設計

在20%車位數(shù)的先期充電樁配電設計階段，對于該民用建筑小區(qū)而言，每一個配電所平均需要為80-100個充電樁提供充電服務，因此經(jīng)過計算可認為該小區(qū)配電所總負荷高于450kVA。根據(jù)該民用建筑小區(qū)地下車庫建設情況以及充電樁使用需求，可為每一個防火分區(qū)設置25個左右的充電樁。與此同時，不同防火分區(qū)的面積大小不一樣，因此能夠設置的停車位數(shù)量不盡相同。為保證充電樁配電設計的科學性，可根據(jù)不同防火分區(qū)設計停車位數(shù)，對充電樁的配電安裝數(shù)量進行合理調(diào)整與確定。此外，為保證充電樁的正確和長期使用，應當為充電樁配置相應的監(jiān)控與計費系統(tǒng)，這樣既能方便住戶的使用，還能保證建設者的利益。當充電樁的設置初具規(guī)模時，即可對監(jiān)控系統(tǒng)進行簡化設計，同時預留有線以及無線網(wǎng)絡接口，保證后期能對監(jiān)控系統(tǒng)的功能進行擴展和完善。對于監(jiān)控與計費系統(tǒng)主機，可設置與安裝于相應管理室或者值班室，方便管理人員對充電樁的使用情況實時監(jiān)督，同時當充電樁發(fā)生故障時，還能方便維護人員第一時間達到現(xiàn)場對充電樁進行維修管理[5]。

4.4 100%車位數(shù)的遠期充電樁配電設計

100%車位數(shù)遠期充電樁配電設計建立在20%車位數(shù)遠期充電樁配電設計的基礎上。理想狀態(tài)下，根據(jù)該民用建筑地下停車位數(shù)量情況，應當為所有充電樁配置8臺左右800kVA容量的變壓器。同時，在配置與設計100%車位數(shù)充電樁的過程中，應當充分考慮到當下電動汽車車載充電機具體情況、充電樁安全技術情況以及電池研發(fā)技術情況等，通過市場調(diào)研的方式為100%車位數(shù)的遠期充電樁配電設計工作的順利進行與完成建立良好的數(shù)據(jù)與技術理論基礎。與此同時，為滿足用戶日益上漲的電動車充電需求，應當定期增加充電樁、電源變壓器的數(shù)量與容量，同時對于故障充電樁，要及時進行維修與更換。另外，在進行充電樁配電設計的過程中，為保證配電設計完畢的充電樁能夠順利投入使用，滿足廣大用戶的電動車充電使用要求，不僅需要嚴格按照國家出臺的相關條例進行配電設計，還需要與住宅業(yè)主溝通，在充分了解業(yè)主各方面使用需求的前提下進行充電樁配電設計，這樣才能最大化充電樁配電設計的經(jīng)濟效益與社會效益。

5 結(jié)束語

綜上所述，在電動汽車使用數(shù)量呈直線上升趨勢的情況下，為方便建筑住宅業(yè)主進行電動車充電，有必要在建筑住宅地下車庫增加對充電樁的配電設計，同時這也是國家規(guī)劃部門等近幾年出臺的條例規(guī)定。在實際的充電樁配電設計過程中，設計單位要注重對建筑住宅小區(qū)具體情況的調(diào)查以及電池開發(fā)技術等各方面技術發(fā)展情況的調(diào)研，在充分了解充電樁使用需求的情況下進行充電樁配電設計，才能最大化享受充電樁配電設計帶來的效益，同時還能提高對民用建筑住宅用戶的電動車充電服務水平。