住宅小區(qū)電動汽車充電樁的電氣設(shè)計(jì)探討

引言

近幾年來隨著國家對節(jié)能減排要求的提高以及相關(guān)環(huán)保政策的推進(jìn),電動汽車保有量迅速增長,作為電動汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要前提和基礎(chǔ),電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)顯得尤為重要。

目前,根據(jù)國家相關(guān)政策明確規(guī)定,新建住宅小區(qū)停車位要求100%建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留建設(shè)安裝條件,可見充電樁已經(jīng)成為目前住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文筆者結(jié)合工程實(shí)踐,對電動汽車充電樁的分類、布置、負(fù)荷計(jì)算及配電設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入探討。

1充電樁的分類

現(xiàn)階段電動汽車充電樁主要分為直流充電樁和交流充電樁兩種。直流充電樁自帶整流器,可以將輸入的三相交流電輸出為電壓和電流可調(diào)的直流電,充電速度較快(1～2h滿載）,又被稱作"快充樁",缺點(diǎn)是裝置占地面積大、投資較高。交流充電樁需要通過電動車的車載充電機(jī)為電動汽車充電,車載充電機(jī)功率小,充電速度較慢(5～8h滿載）,又被稱作"慢充樁",優(yōu)點(diǎn)是裝置占地面積小、安裝方便、投資較小。

對于住宅小區(qū)而言,電動汽車充電樁均為住戶自用,其充電時間基本集中在晚上休息時間,充電時間很充足,故無需快速充電也能滿足日常使用。由此可見,住宅小區(qū)更適合采用交流充電樁,目前一般采用單相7kw慢充型,安裝方式為壁掛或落地安裝。

2充電樁平面布置及安裝方式

目前市面上的充電樁種類較多,產(chǎn)品參數(shù)及安裝方式也各有不同。在選擇設(shè)置充電設(shè)備的停車位時,其基本要求是不影響項(xiàng)目的整體規(guī)劃布局,尤其是寸土寸金的住宅小區(qū)地下車庫,不能因布置充電設(shè)備而影響車位劃分。電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合,合理選擇充電設(shè)備及安裝方式。

在選取設(shè)置充電樁的停車位時應(yīng)考慮充電樁安裝空間。優(yōu)先選擇靠墻或柱子的車位,在車尾墻上或柱子上設(shè)壁掛式充電樁,如圖1所示:或選擇臨近車位之間有安裝空間的車位,在車側(cè)處設(shè)置落地式充電樁,如圖2所示:其次為兩排背靠背垂直后退停車的車位,在車尾處設(shè)置落地式充電樁,如圖3所示:當(dāng)車位既不靠墻柱也沒有安裝空間時,如仍有電動汽車充電需求,可選用車擋式充電樁,如圖4所示。

充電樁應(yīng)靠近停車位布置,以便于電動汽車停放和充電人員操作,且不應(yīng)妨礙其他車輛的充電和通行。目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為,充電設(shè)備外廓與停車位的凈距應(yīng)不小于0.4m。由于車尾處一般選擇壁掛式充電樁,基本不占用空間,如靠近兩車中間布置可以不考慮安全凈距。結(jié)合目前主流交流充電樁的參考尺寸(厚0.2～0.4m）,如不確定產(chǎn)品型號,可按如下要求布置充電車位:充電車位尾部與墻凈距a不宜小于0.4m,充電車位車側(cè)凈距b、背靠背凈距c不宜小于1.2m?？紤]操作的便利及使用習(xí)慣,充電設(shè)備操作屏的中心線距地面宜為1.4～1.5m,落地式充電樁的基礎(chǔ)應(yīng)比車庫地面高出0.2m。

3負(fù)荷計(jì)算

對于住宅小區(qū)地下車庫而言,充電樁均為物業(yè)統(tǒng)一配置安裝,其選用型號也是一致的,目前標(biāo)準(zhǔn)型號為單相7kw交流充電樁,故地下車庫充電樁的總計(jì)算容量可按以下公式確定:

式中s_js一N臺充電樁的總計(jì)算容量(kVA）:

K一充電樁的需要系數(shù):

N一充電樁的計(jì)算數(shù)量:

P一單臺充電樁的輸出功率(kw）:

η一充電樁的工作效率,可取0.9:

cosφ一充電樁的功率因數(shù),可取0.95。

從公式可以看出,僅充電樁的需要系數(shù)取值是未知的,并且沒有能夠參照的規(guī)范和手冊,可見合理選擇需要系數(shù)是充電樁負(fù)荷計(jì)算的關(guān)鍵。眾所周知,需要系數(shù)K為電動汽車充電樁同時充電的概率,與充電樁數(shù)量有直接關(guān)系。當(dāng)前常見家用電動汽車的續(xù)航里程為150～300km,按每天通勤里程30～40km考慮,再計(jì)入天氣、路況、駕駛習(xí)慣、計(jì)量誤差及居民的充電習(xí)慣等多種因素,私家車在小區(qū)停車庫充電的間隔時間約為3天左右。再者,目前市場上主流電動汽車的車載充電機(jī)功率一般為3.3kw和6.6kw,在充電時實(shí)際消耗的功率并沒有達(dá)到7kw,所以負(fù)荷計(jì)算時需要系數(shù)可進(jìn)一步降低。供電干線或區(qū)域配電箱和變壓器側(cè)充電樁的需要系數(shù)如表1所示。

4配電設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

(1）住宅小區(qū)充電車位一般設(shè)在地下車庫內(nèi),短時間停電也不會造成較大損失,故住宅小區(qū)的充電設(shè)備按三級負(fù)荷配電設(shè)計(jì)即可。

(2）充電樁配電一般可從專用變壓器引出獨(dú)立回路,如當(dāng)?shù)毓╇娋植辉试S,則需要預(yù)留專設(shè)變壓器或配電房,以方便計(jì)量及物業(yè)管理。

(3）充電樁盡量集中分區(qū)域布置,并就近設(shè)置區(qū)域配電箱,區(qū)域配電箱采用三相進(jìn)線,進(jìn)線斷路器應(yīng)帶分勵脫扣器,火災(zāi)時自動切斷供電電源。

(4）充電樁的末端配電回路采用斷路器,應(yīng)具備短路保護(hù)和剩余電流保護(hù)功能,其剩余電流保護(hù)的額定動作電流為30mA,動作時間不大于0.1s。

5典型案例分析

根據(jù)資料顯示,截至2019年6月份,全國電動汽車保有量為344萬輛,僅占汽車總量的1.37%。從數(shù)據(jù)來看,目前電動汽車的占比仍然較小,在新建住宅配建停車位時,可按先期和遠(yuǎn)期兩個階段考慮,先期可考慮按10%～20%比例設(shè)置充電樁,并預(yù)留遠(yuǎn)期100%比例的建設(shè)安裝條件。

以一個建筑面積28萬m2的住宅小區(qū)為例,地下車庫的車位數(shù)量為2268個。先期按15%車位數(shù)建設(shè)充電設(shè)施,共計(jì)340個充電樁,全部選用7kw單相交流樁,K取0.25,根據(jù)公式可得出sjs1=0.25×340x7÷(0.9×0.95）=696kVA,此負(fù)荷不單獨(dú)設(shè)置變壓器,可按區(qū)域劃分到6臺小區(qū)專用變壓器內(nèi)。遠(yuǎn)期剩余85%車位數(shù)的充電樁用電為sjs2=0.24×1928×7÷(0.9×0.95）=3788kVA(K取0.24）,此負(fù)荷可選用6臺800kVA的變壓器。此變壓器先期不安裝,僅預(yù)留變配電房位置,高低壓電房均按充電樁為100%容量預(yù)留電柜的位置。

此方案先期可以滿足15%的充電樁用戶需求,在后期隨著充電樁需求量的增加,再進(jìn)行簡單的工程改造,在預(yù)留位置增加相應(yīng)的配電設(shè)備,即可滿足用戶要求。這樣既能滿足國家政策和使用要求,又不至于造成浪費(fèi)。

6結(jié)語

充電樁的設(shè)計(jì)較為繁瑣,貫穿于整個規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、施工階段,電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)與相關(guān)專業(yè)密切配合,只有確定合理的配置數(shù)量,選取合適的安裝位置,確定合理的供電方案,選擇合理的需要系數(shù),充電樁設(shè)計(jì)才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能、遠(yuǎn)近兼顧的目標(biāo)。