淺談民用建筑充電樁設計與研究

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：民用建筑都需要設置充電樁，以滿足電動汽車快慢速充電的需求。本文從充電樁的設置原則、設計要求、配電系統(tǒng)、管理平臺等方面，對民用建筑充電樁的電氣設計進行研究。

關鍵詞：充電樁；民用建筑；電氣設計

0引言

當前，新能源汽車被廣泛推廣使用，為了滿足新能源汽車的充電需求，建筑中的車輛停放區(qū)域都須設置充電樁，本文主要設計要求、配電系統(tǒng)、管理平臺等方面對民用建筑充電樁設計進行簡要分析。

1民用建筑充電樁的配置原

民用建筑充電樁的配置主要遵循三項原則。一是要符合配置指標的要求，對于不同地區(qū)和建筑類型，建筑充電樁配置比例也存在著差異。例如浙江地區(qū)的住宅建筑充電樁的配建比例控制在不超過總車位數(shù)14%，快充充電樁的配建比例控制在不超過總充電車位數(shù)3%；辦公建筑充電樁的配建比例控制在不超過總車位數(shù)12%，快充充電樁的配建比例控制在不超過總充電車位數(shù)14%；二是要滿足快慢充充電樁位置選擇的要求，對于大多數(shù)停車場，其電動汽車的停車區(qū)域相對集中于地下停車庫，慢充全部設置在地下停車庫，快充一般是設置在地面或汽車坡道口處；三是要遵循充電樁位置的布置原則，對于電動汽車來說，充電設施的位置應當與其停車位置具有一定的安全距離，同時還應當滿足檢修需求和操作需求[1]。

2民用建筑充電樁的設計研究

2.1民用建筑充電樁配電系統(tǒng)設計

2.1.1電氣設計相關要求

對于民用建筑充電樁的電氣設計，基本的是要符合現(xiàn)有的相關技術標準。如防護等級方面，要求民用建筑充電樁設計在室內時，防護等級不得低于IP32，室外時防護等級則不得低于IP54；從設計容量方面，充電樁可單獨設計變電所，或將充電樁用電與其他用電合并，統(tǒng)一考慮變電所設置數(shù)量；從充電樁的饋線回路方面，所有充電樁都應設置絕緣保護措施，以防止出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。保護充電樁的斷路器，均應具有剩余電流保護、短路保護、接地故障保護等功能，既能保證充電樁正常情況下正常使用，又能保證充電樁故障時能迅速切斷電源，保障人身及財產安全。

按充電樁的使用類型，充電樁可分為交流慢充充電樁和直流快充充電樁兩種類型。其中，直流快充充電樁功率較大，通常在30~120kW;慢充交流充電樁功率較小，通常在6~10kW。但是慢充充電樁的設置比例通常高于快充充電樁，因此其在整個變壓器中的負載占比較高，設計時需要考慮末端設置靜態(tài)無功補償器（SVG）等，改善電能質量。

對于設有電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的建筑，充電設備配電系統(tǒng)應設電氣火災監(jiān)控裝置；未設電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的建筑，應設置防止電氣火災的剩余電流保護，動作電流宜在300~500mA；充電設備配電系統(tǒng)三相負荷不平衡度應滿足電力部門要求。

2.1.2配電系統(tǒng)的設計

對民用建筑的充電樁配電系統(tǒng)進行合理設計。例如，對于快慢充電樁，應根據(jù)負荷容量、電壓等級選用適當?shù)碾娎|截面；其保護開關主要為斷路器，為保障安全，其需要具有接地保護、短路長短延時以及短路瞬時等多種保護類功能，同時還需根據(jù)需要設置分勵脫扣器。而對于一些監(jiān)控設備以及非車載類充電機的供電模式宜采用放電式，對于交流充電樁的供電電源，若是多臺設施建議接線采用三相平衡模式，而交流充電樁側部位的低壓斷路器應當設置充分的保護措施，用來防止其過負荷或短路情況，同時也應當具有保護剩余電流的效果，其剩余電流所保護的額定值應當不超過30mA，其保護動作的時間應當不超過0.1s，每臺交流充電樁都應當配置低壓斷路器，不宜共用[2]。

對于充電樁配電線路的布線也要進行合理設計，通常地下室等場所橋架內敷設，可選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，若線路敷設的位置處于室外，則需要使用鋼帶鎧裝電纜來作為線路的外部保護套。對于主干線路的截面在設計過程中應當綜合考慮并一次設定，根據(jù)需要為充電車輛供電的裝置負載情況來設定電纜線路的導線截面，對于在室內敷設的電纜線路，一般選用的敷設方式為穿管或搭橋，而對于室外敷設的電纜線路，則一般選用的敷設方式為電纜溝槽，室外的保護管設施應當同時具有抗腐蝕和抗壓兩種性能。

2.1.3充電樁變電所設計

由于充電樁負荷容量大，負荷性質相對單一，各地對于充電樁變電所的設置原則各有不同。例如杭州主城區(qū)要求所有慢充充電樁與住宅等其他負荷供電，均由公用變電所供電，且慢充充電樁容量不大于變壓器容量的30%，快充充電樁需要單獨設置變電所；杭州余杭區(qū)要求所有慢充充電樁與住宅負荷供電，均由公用變電所供電，且慢充充電樁容量不大于變壓器容量的30%，快充充電樁需要與電梯等公共負荷共用變電所；義烏地區(qū)要求慢充充電樁需要單獨設置變電所或在公用變電所內設置獨立變壓器，快充充電樁需要根據(jù)物業(yè)形式確定期電源來源等。由于各地對于充電樁的供電要求不盡相同，設計人員在前期需要充分收集資料并與相關部門接洽，保證供電。

2.2民用建筑充電樁安裝設計

民用建筑的充電樁在安裝過程中，應當滿足相關規(guī)范要求。例如，要保證其配電箱的安裝位置合理且便于操作，不影響車輛停放及正常使用；配電箱（柜）與橋架連接時，需要跨接地線路；在配電箱（柜）穿越電纜之前，應當做好充足的防護措施，使用防火封堵的方式對洞口進行封堵；對于一些電氣系統(tǒng)的管道和橋架等設施在安裝時應當保證其表面沒有污染，未被銹蝕，采取必要的防腐防潮措施；民用建筑車庫潮濕，一些設施易被腐蝕，可以對橋架等金屬材料進行噴塑處理或鍍鋅處理，降低其腐蝕概率；使用鍍鋅的電線管來作為電氣管道的材料時，橋架安裝應采用支架吊裝的方式，其露在外面的螺桿長度應當具有統(tǒng)一性，并保證外形豎直，使用的吊架應當保證干凈、無污穢，且同一支架的吊架規(guī)格相同，長度誤差不應當超過10毫米?？紤]預留的充電樁，其電纜的長度應當具有充足的余量，保證電纜結構敷設后整齊，各設施的標識應當清晰。

2.3民用建筑充電樁管理平臺設計

在充電樁配電系統(tǒng)設計和安裝完成后，充電樁裝置即將投入使用，應當設置專門的管理平臺進行實時監(jiān)測管理，其管理平臺進行的設計，需要注意許多事項。例如，運用云平臺來作為充電樁管理平臺查看充電樁使用情況，通過網(wǎng)絡終端設備進行查看，主要是監(jiān)測充電樁的使用次數(shù)、使用時間、收入情況以及充電量，同時還要深入查看每一臺充電樁的具體運行狀況，保證充電樁的運行合理。對充電設施采取實時監(jiān)控的管理模式，若發(fā)現(xiàn)某設施出現(xiàn)故障問題，應當及時采取緊急措施，可直接斷電，然后安排專業(yè)維護人員盡快處理，再通知云端。對于各個站點的充電樁可采用統(tǒng)一分配管理模式，對其各項數(shù)據(jù)進行收集和統(tǒng)計，對其收費、編碼信息、流量卡以及IC卡數(shù)據(jù)信息等有效管理。在收費方式方面應當豐富多種形式，如微信、支付寶、刷卡以及APP等，之后將各數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一整合并打印出報表再進行深入分析，切實提升管理效果。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統(tǒng)結構

3.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

3.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

3.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

3.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

3.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置，同時可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結語

綜上所述，民用建筑充電樁的設計需要遵循配置指標的要求、充電車位的選擇要求以及充電樁本身的布置原則等，合理設計并布置充電樁，能夠提升其運用效果。由本文分析可知，在進行民用建筑充電樁設計的過程中，主要是對配電系統(tǒng)、充電設施、實際安裝以及管理平臺進行合理設計。

參考文獻

［1］王云奇.民用建筑充電樁配電系統(tǒng)設計[J].電工技術,2020(15):61-63.

［2］李慧.民用建筑地下車庫充電樁配電設計解決方案[J].江西建材,2019(02):58-59.

［3］廖飛.民用建筑地下車庫充電樁配電設計解決方案[J].低碳世界.2018(06)

［4］沈洪飛.民用建筑充電樁設計與研究[J].2021年7期

［5］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.