某厂区电动汽车充电桩配电设计

黄晓吉

(福建省机电建筑设计研究院 福建福州 350001)

0 引言

在能源危机、环境污染的战略机遇下，全球电动汽车重点区域制定了政策，比如美国零排放积分交易政策是较为成功的市场化引导奖励机制；日本通过各方机制的协调联动对电动汽车产业进行了全社会的激励支持，使得日本的政策和市场衔接较好；欧洲各国的市场化引导主要靠减排计划倒逼市场，都加速了电动汽车的推广和应用。综上，都为中国电动汽车政策的制定和完善提供借鉴和启示，我国电动汽车产业呈现高速发展态势，因此，充电基础设施的建设已随之成为我国电动汽车产业发展中不得不面对的重要课题。

基此，为配套支撑电动汽车充电需要,加快新能源汽车推广应用,响应福建省政府《关于加快全省新能源汽车推广应用促进产业发展的实施意见》，笔者根据福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程，结合实例，探讨电动汽车充电桩配电设计。

1 工业建筑配置的充电装置选择

电动汽车充电桩，通过充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头，以此来用于电动汽车充电。电动汽车充电桩，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。

充电桩按类型来说，有交流充电桩和直流充电桩。交流桩输出单相或者三相交流电通过车载充电机转换成直流电给车载电池充电，功率一般较小(有7kW、22kW、40kW等功率)，交流充电桩本身是不具备充电功能的，单纯提供电力输出，需要通过连接电动汽车车载充电机，才能为电动汽车电池充电。因为电动汽车的车载充电机功率一般较小，交流充电桩不可以实现快速充电。

直流充电桩(或称非车载充电机)则是直接输出直流电给车载电池进行充电，功率较大(有60kW、120kW、200kW甚至更高)，直流充电桩是可以直接为电动汽车的电池充电，通常会采用三相四线制或三相三线制供电。由于输出的电压和电流可调范围大，所以直流充电桩快速充电是可行的。

直流充电桩由整流柜和直流充电桩组成，其中直流充电桩输出的电压一般为DC400V，可直接为电动车电池充电。而交流充电桩输出的是AC200V，充电是由充电桩为电动汽车车载充电机供电进行。 电动汽车直流充电桩比交流充电桩更快。一般来说，直流充电桩体型比较粗犷(由于内部有一定数量的AC-DC电源模块，功率越高，模块数量越多，桩体越大)，交流充电桩较小。另外，直流充电桩是9线插头，而交流充电桩是7线插头。

2 电动汽车充电桩配电设计案例

2.1 项目概况

该项目为福建省某市一个工业厂区，该厂区规划要求的停车位数量为92辆。根据《福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程》要求，工业建筑中配建电动汽车充电停车位数量宜按办公建筑配建指标的要求[1]，根据各类民用建筑电动汽车充电停车位配建指标不应小于表1的规定。

计算出的电动汽车充电停车位总数，尾数不足 1个的按 1 个计算。故，该厂区应配建的电动汽车充电停车位配置数量为19个，快充停车位配置数量为2个(快充停车位设置在地面)。

表1 电动汽车充电停车位配建指标

2.2 充电设施用电负荷等级

根据现行国家规范GB 50052《供配电系统设计规范》的规定，中断供电会在经济上造成较大损失，或对公共交通、社会秩序造成较大影响的充电设施，应按二级负荷供电；其余，可按三级负荷供电[2]。该项目可按三级负荷供电。电动汽车充电桩低压供电宜采用专用线路，低压配电设备及线路的保护应满足现行国家规范GB50054《低压配电设计规范》的相关规定。

2.3 充电设备负荷

充电桩公用变压器容量公式一(该公式取自国家标准图集《充电汽车充电基础设施设计与安装编制技术资料》)。

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)；

SΣ变压器总装置容量(kVA)；

η变压器负载率，取0.7～0.8；

cosФ抵偿后功率因数，取0.95；

Pn交换充电桩(慢充)装置功率，取7kW；

Pm直流充电桩(快充)装置功率，取60kW作为基数(一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW)；

Kn慢充泊车位设置数目比例系数(即，实践慢充泊车位数目/小区计划泊车位数目)，近期系数取0.20，远期系数取0.45；

Km快充泊车位设置数目比例系数(即，实践快充泊车位数目/小区计划泊车位数目)，近期系数取0.02，远期系数取0.045；

Kx充电桩需求系数，充电桩数目(慢充+快充)5～10个，取0.75～0.85；10～50个，取0.55～0.65；50个以上，取0.4～0.45；

Kt充电桩同时利用系数，充电桩数目(慢充+快充)5～50个，取0.85～0.90；50个以上，取0.6～0.7。

Cn小区计划泊车位数目。

依此，该工业厂区充电桩公用变压器容量 ，共设置泊车位92个。该工程为工业建筑，应业主特殊需求，配建泊车位100%预留充电装备建立装置，同一设想预留充电桩公用变压器、配电装备及管线通道。

现选用公式一计较充电桩公用变压器容量，根据近期计划时变压器容量计较：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn××Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.75×92×(0.2×7+0.02×60)/0.8×0.95

=59×(1.4+1.2)/0.76=153.4/0.76=201kVA

近期计划接纳1台250kVA变压器。

根据远期计划时变压器容量计较：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.55×92×(0.45×7+0.045×60)/0.8×0.95

=43×(3.15+2.7)/0.76=331kVA

远期计划接纳1台400kVA变压器。

另外，充电桩公用变压器容量也可以按照公式二[3]:

单台充电设备输出容量为：P=Un×I；

单台充电设备输入容量为：S=P/ηcosФ

式中：P单台充电设备的输出功率；

Un充电电压；

I充电电流；

S单台充电设备的输入容量；

η充电设备效率，取0.9；

cosФ充电设备功率因数，取0.9；

充电站内充电设备输入总容量为：

SΣ=K(S1+S2+S3……Sn)

SΣ充电设备的输入总容量；

居民用药风险“知识-态度-行为”调查及影响因素研究…………………………………………………… 张佳颖等（11）：1445

S1～Sn各台充电设备的输出功率；

K充电设备同时事情系数，取0.8。

根据《福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程》采用群体充电设施，具有负荷调度功能，可以进行充电排序的，同时系数可按表2取值。

表2 同时系数(K)推荐值

注：表中充电桩数是按单相所接交流充电桩数量计；若为三相交流充电桩，应换算成按单相数量累加计。

3 设置技术要求

首先，一个电动汽车停车位设置一个充电接口；充电设施的布置接近供电电源；低压配电柜与充电设备、末端充电设备与充电停车位之间宜靠近布置；充电设备宜靠墙或柱布置，当无墙或柱时可布置在相邻车位之间；充电停车位应设置停车车挡。

(1)充电设备安装在车侧且不妨碍车门开启时，充电设备外廓(含防撞设施) 距电动汽车净距不应小于 0.4m；妨碍车门开启时，充电设备外廓(含防撞设施) 距电动汽车净距不应小于 0.6m；

(2)充电设备安装在车位尾端时，充电设备外廓(含防撞设施)距电动汽车净距不宜小于 0.4m[4]；充电设备布置示意图如图1～图2所示。

图1单桩单车充电设备布置图2单桩多车充电设备布置

再次，非车载充电机应有主动防护功能，输出侧应具备过压、欠压保护，具备输出过电流和短路保护，并有警告提示。如果建筑物本身设有电气火灾监控系统，充电设备的配电系统也需设电气火灾监控装置；当建筑物没有设置电气火灾监控系统时，应设置防止电气火灾的剩余电流保护，动作电流宜在300mA～500mA。另外向末端充电设备供电的配电回路应具有短路、过载保护和剩余电流保护功能，其剩余电流保护额定动作电流不应大于 30mA。

最后，室内安装充电桩的防护等级需满足不应低于 IP32，充电设施也不宜设在有爆炸危险场所的正上方、正下方；不宜设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所；不宜设在浴室或其它经常积水场所的正下方。

4 计量

交流充电桩和中、小型充换电站的网供计量可采用低压计量。该厂区项目交流充电桩的计量按“一桩一表”配置交流电能表，交流电能表安装在充电桩内部或集中安放。电能表采用集中布置时，使用电能计量表箱或布置在充电总控制箱内。充电桩如果具备多个可以同时充电的接口时，每个接口应当单独配电。