住宅小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)充電樁的電氣設(shè)計(jì)探討

引言

近幾年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)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(dòng)汽車(chē)保有量迅速增長(zhǎng),作為電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要前提和基礎(chǔ),電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的建設(shè)顯得尤為重要。

目前,根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策明確規(guī)定,新建住宅小區(qū)停車(chē)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(jiàn)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電樁的分類(lèi)、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(lèi)

現(xiàn)階段電動(dòng)汽車(chē)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(mǎn)載),又被稱(chēng)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(guò)電動(dòng)車(chē)的車(chē)載充電機(jī)為電動(dòng)汽車(chē)充電,車(chē)載充電機(jī)功率小,充電速度較慢(5~8h滿(mǎn)載),又被稱(chēng)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(duì)于住宅小區(qū)而言,電動(dòng)汽車(chē)充電樁均為住戶(hù)自用,其充電時(shí)間基本集中在晚上休息時(shí)間,充電時(shí)間很充足,故無(wú)需快速充電也能滿(mǎn)足日常使用。由此可見(jiàn),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(lèi)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(chē)位時(shí),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(chē)庫(kù),不能因布置充電設(shè)備而影響車(chē)位劃分。電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)與建筑專(zhuān)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(chē)位時(shí)應(yīng)考慮充電樁安裝空間。優(yōu)先選擇靠墻或柱子的車(chē)位,在車(chē)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(chē)位之間有安裝空間的車(chē)位,在車(chē)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(chē)的車(chē)位,在車(chē)尾處設(shè)置落地式充電樁,如圖3所示:當(dāng)車(chē)位既不靠墻柱也沒(méi)有安裝空間時(shí),如仍有電動(dòng)汽車(chē)充電需求,可選用車(chē)擋式充電樁,如圖4所示。

充電樁應(yīng)靠近停車(chē)位布置,以便于電動(dòng)汽車(chē)停放和充電人員操作,且不應(yīng)妨礙其他車(chē)輛的充電和通行。目前主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,充電設(shè)備外廓與停車(chē)位的凈距應(yīng)不小于0.4m。由于車(chē)尾處一般選擇壁掛式充電樁,基本不占用空間,如靠近兩車(chē)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(hào),可按如下要求布置充電車(chē)位:充電車(chē)位尾部與墻凈距a不宜小于0.4m,充電車(chē)位車(chē)側(cè)凈距b、背靠背凈距c不宜小于m.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(xiàn)距地面宜為m.4lm.~m,落地式充電樁的基礎(chǔ)應(yīng)比車(chē)庫(kù)地面高出0.2m。

3負(fù)荷計(jì)算

對(duì)于住宅小區(qū)地下車(chē)庫(kù)而言,充電樁均為物業(yè)統(tǒng)一配置安裝,其選用型號(hào)也是一致的,目前標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為單相57k交流充電樁,故地下車(chē)庫(kù)充電樁的總計(jì)算容量可按以下公式確定:

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(méi)有能夠參照的規(guī)范和手冊(cè),可見(jiàn)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(dòng)汽車(chē)充電樁同時(shí)充電的概率,與充電樁數(shù)量有直接關(guān)系。當(dāng)前常見(jiàn)家用電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程為m~0~3007m,按每天通勤里程30~407m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(chē)在小區(qū)停車(chē)庫(kù)充電的間隔時(shí)間約為3天左右。再者,目前市場(chǎng)上主流電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電機(jī)功率一般為3.37k和6.67k,在充電時(shí)實(shí)際消耗的功率并沒(méi)有達(dá)到57k,所以負(fù)荷計(jì)算時(shí)需要系數(shù)可進(jìn)一步降低。供電干線(xiàn)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)

(m)住宅小區(qū)充電車(chē)位一般設(shè)在地下車(chē)庫(kù)內(nèi),短時(shí)間停電也不會(huì)造成較大損失,故住宅小區(qū)的充電設(shè)備按三級(jí)負(fù)荷配電設(shè)計(jì)即可。

(2)充電樁配電一般可從專(zhuān)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(zhuān)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(xiàn),進(jìn)線(xiàn)斷路器應(yīng)帶分勵(lì)脫扣器,火災(zāi)時(shí)自動(dòng)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(dòng)作電流為30mA,動(dòng)作時(shí)間不大于0.mj。

5典型案例分析

根據(jù)資料顯示,截至20m9年6月份,全國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量為344萬(wàn)輛,僅占汽車(chē)總量的m.35%。從數(shù)據(jù)來(lái)看,目前電動(dòng)汽車(chē)的占比仍然較小,在新建住宅配建停車(chē)位時(shí),可按先期和遠(yuǎn)期兩個(gè)階段考慮,先期可考慮按m0%~20%比例設(shè)置充電樁,并預(yù)留遠(yuǎn)期m00%比例的建設(shè)安裝條件。

以一個(gè)建筑面積28萬(wàn)m2的住宅小區(qū)為例,地下車(chē)庫(kù)的車(chē)位數(shù)量為2268個(gè)。先期按m~%車(chē)位數(shù)建設(shè)充電設(shè)施,共計(jì)340個(gè)充電樁,全部選用57k單相交流樁,K取0.2~,根據(jù)公式可得出swjm=0.2~×340×5÷(0.9×0.9~)=6967VA,此負(fù)荷不單獨(dú)設(shè)置變壓器,可按區(qū)域劃分到6臺(tái)小區(qū)專(zhuān)用變壓器內(nèi)。遠(yuǎn)期剩余8~%車(chē)位數(shù)的充電樁用電為swj2=0.24×m928x5÷(0.9x0.9~)=35887VA(K取0.24),此負(fù)荷可選用6臺(tái)8007VA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m00%容量預(yù)留電柜的位置。

此方案先期可以滿(mǎn)足m~%的充電樁用戶(hù)需求,在后期隨著充電樁需求量的增加,再進(jìn)行簡(jiǎn)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(mǎn)足用戶(hù)要求。這樣既能滿(mǎn)足國(guó)家政策和使用要求,又不至于造成浪費(fèi)。

6結(jié)語(yǔ)

充電樁的設(shè)計(jì)較為繁瑣,貫穿于整個(gè)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(zhuān)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)。