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淺談居住區(qū)電動(dòng)汽車充電樁管理及設(shè)計(jì)研究

更新時(shí)間:2020-12-09 點(diǎn)擊次數(shù): 1441次

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,可為類似地下車庫充電樁設(shè)計(jì)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(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)用電為二級負(fù)荷,其他負(fù)荷為三級負(fù)荷。慢充樁的充電電流小、充電時(shí)間長,電池壽命可以延長,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,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(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,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)等納入地下室車庫整體設(shè)計(jì)。執(zhí)行《汽車庫、修車庫、停車庫設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50067—2014)、《車庫建筑設(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,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(hù)等級按 C 級配置各級 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)測實(shí)際充電總功率、諧波分量等,采取相應(yīng)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(bào)警

 

M1~M6

測I、U、P、Q、cosφ、W、遙測、遙控、遙信、越限報(bào)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(bào)警

七、安科瑞充電樁運(yùn)營管理平臺(tái)

1、系統(tǒng)架構(gòu)

 

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)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(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)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過vx小程序掃描二維碼,進(jìn)行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)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(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)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(yùn)行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測

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,營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)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(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無線表,超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理,即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時(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

平臺(tái)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(shí)長,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,以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、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

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(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長,進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

 

  • 充電槍監(jiān)控

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(shí)長和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長等、充電電壓電流等參數(shù)。

 

2.4vx小程序

  • 搜索與使用

vx小程序可以通過掃描二維碼和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

  • 授權(quán)登錄界面

用戶通過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)頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面,如圖所示

  • 主功能頁

初次進(jìn)入主功能頁時(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

 

  • 充電

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)行評價(jià)。

  

  • 個(gè)人信息

個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額,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(wù)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(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

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫

MySQL

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

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

 

安科瑞

2

40kW交流充電樁

AEV-AC040DB(L)A

 

安科瑞

3

60kW直流體充電樁

AEV-DC060SLA

 

安科瑞

4

120kW直流體充電樁

AEV-DC120SLA

 

安科瑞

5

180kW直流分體式充電樁

AEV-DC180FA

 

安科瑞

6

360kW直流分體式充電樁

AEV-DC360FA

 

安科瑞

7

分體式充電終端

AEV-DCFZ

 

安科瑞

8

無線表

ARCM300T

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)。對于住宅小區(qū)地下車庫充電樁的設(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.2020.06版

 

作者簡介: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

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