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環(huán)保政策的推進,電動汽車保有量迅速增長,作為電動汽車大規(guī)模推廣應用的重要前提和基礎,電動汽車充電設施的建設顯得尤為重要。
目前,根據國家相關政策明確規(guī)定,新建住宅小區(qū)停車位要求100%建設充電設施或預留建設安裝條件,可見充電樁已經成為目前住宅建筑電氣設計的一項重要內容。本文筆者結合工程實踐,對電動汽車充電樁的分類、布置、負荷計算及配電設計等進行深入探討。
1充電樁的分類
現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的直流電,充電速度較快(1～2h滿載）,又被稱作"快充樁",缺點是裝置占地面積大、投資較高。交流充電樁需要通過電動車的車載充電機為電動汽車充電,車載充電機功率小,充電速度較慢(5～8h滿載）,又被稱作"慢充樁",優(yōu)點是裝置占地面積小、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,產品參數及安裝方式也各有不同。在選擇設置充電設備的停車位時,其基本要求是不影響項目的整體規(guī)劃布局,尤其是寸土寸金的住宅小區(qū)地下車庫,不能因布置充電設備而影響車位劃分。電氣設計人員應與建筑專業(yè)密切配合,合理選擇充電設備及安裝方式。
在選取設置充電樁的停車位時應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,在車側處設置落地式充電樁,如圖2所示:其次為兩排背靠背垂直后退停車的車位,在車尾處設置落地式充電樁,如圖3所示:當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,且不應妨礙其他車輛的充電和通行。目前主流觀點認為,充電設備外廓與停車位的凈距應不小于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慣,充電設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應比車庫地面高出0.2m。
3負荷計算
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,目前標準型號為單相7kw交流充電樁,故地下車庫充電樁的總計算容量可按以下公式確定:
式中sjs一N臺充電樁的總計算容量(kVA）:
K一充電樁的需要系數:
N一充電樁的計算數量:
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,可取0.95。
從公式可以看出,僅充電樁的需要系數取值是未知的,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是充電樁負荷計算的關鍵。眾所周知,需要系數K為電動汽車充電樁同時充電的概率,與充電樁數量有直接關系。當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,再計入天氣、路況、駕駛習慣、計量誤差及居民的充電習慣等多種因素,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功率一般為3.3kw和6.6kw,在充電時實際消耗的功率并沒有達到7kw,所以負荷計算時需要系數可進一步降低。供電干線或區(qū)域配電箱和變壓器側充電樁的需要系數如表1所示。
4配電設計注意事項
(1）住宅小區(qū)充電車位一般設在地下車庫內,短時間停電也不會造成較大損失,故住宅小區(qū)的充電設備按三級負荷配電設計即可。
(2）充電樁配電一般可從專用變壓器引出獨立回路,如當地供電局不允許,則需要預留專設變壓器或配電房,以方便計量及物業(yè)管理。
(3）充電樁盡量集中分區(qū)域布置,并就近設置區(qū)域配電箱,區(qū)域配電箱采用三相進線,進線斷路器應帶分勵脫扣器,火災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,應具備短路保護和剩余電流保護功能,其剩余電流保護的額定動作電流為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%。從數據來看,目前電動汽車的占比仍然較小,在新建住宅配建停車位時,可按先期和遠期兩個階段考慮,先期可考慮按10%～20%比例設置充電樁,并預留遠期100%比例的建設安裝條件。
以一個建筑面積28萬m2的住宅小區(qū)為例,地下車庫的車位數量為2268個。先期按15%車位數建設充電設施,共計340個充電樁,全部選用7kw單相交流樁,K取0.25,根據公式可得出sjs1=0.25×340x7÷(0.9×0.95）=696kVA,此負荷不單獨設置變壓器,可按區(qū)域劃分到6臺小區(qū)專用變壓器內。遠期剩余85%車位數的充電樁用電為sjs2=0.24×1928×7÷(0.9×0.95）=3788kVA(K取0.24）,此負荷可選用6臺800kVA的變壓器。此變壓器先期不安裝,僅預留變配電房位置,高低壓電房均按充電樁為100%容量預留電柜的位置。
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,再進行簡單的工程改造,在預留位置增加相應的配電設備,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。
6結語
充電樁的設計較為繁瑣,貫穿于整個規(guī)劃、方案設計、施工階段,電氣設計人員應與相關專業(yè)密切配合,只有確定合理的配置數量,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,充電樁設計才能達到經濟節(jié)能、遠近兼顧的目標。
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