胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要:隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，大型電車(chē)研發(fā)并投入到運營(yíng)當中，能有效滿(mǎn)足我國環(huán)保工作和清潔能源的使用需求。隨著(zhù)我國大型電車(chē)市場(chǎng)保有量的不斷增多，相應的充電站配套充電設施也應加強建設，這樣才能為不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)的穩定運行提供充足的電力保障?；诖?，本文對大型電動(dòng)汽車(chē)充電站電氣系統設計實(shí)施深入的分析，為電動(dòng)汽車(chē)充電站的設計和建設提供可靠的參考。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē);充電站;電氣系統

一、引言

大型電動(dòng)汽車(chē)的設計和研發(fā)符合我國清潔能源利用的需求，有利于環(huán)境保護工作的落實(shí)。大型電動(dòng)汽車(chē)在運行過(guò)程中需要利用蓄電池滿(mǎn)足其運行需求，可以說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)充電設施的設計和建設是保證其安全運行的前提。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)保有量的不斷增多，充電需求也隨之增加，這就需要在全國范圍內建立大批的充電站，大型電動(dòng)汽車(chē)充電站中電氣系統作為核心基礎設施，需要確保設計的科學(xué)合理性，從而滿(mǎn)足不同類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)的充電需求。

二、電動(dòng)汽車(chē)充電站系統組成

2.1供配電系統

供配電系統是充電站極為重要的一部分，其主要功能就是借助外部電網(wǎng)設來(lái)給電站提供電能，在對該系統進(jìn)行設計的時(shí)候，需要全面考慮，然后分析電站的用電情備，況，并且掌握準確的電容量，根據這些來(lái)判定電負荷級別。根據國家相關(guān)部門(mén)出臺的相關(guān)政策規范可以得知，不同類(lèi)型與規模的充電站電量負荷等級是有區別的，并且針對不同負荷級別有不同的建設規定。其中提到，通常情況下，普通規格的充電站，負荷等級都會(huì )定性為三級但是如果充電站的建設背景較為特殊，有重大經(jīng)濟價(jià)值或政治意義，一旦出現供電問(wèn)題會(huì )嚴重阻礙社會(huì )的正常秩序，那么就要將此類(lèi)充電站定性為二級負荷級別。

2.2充電系統

充電系統是充電站的最終保障系統，只有該系統處于正常運行狀態(tài)，電車(chē)才能夠圓滿(mǎn)完成充電任務(wù)。充電系統內部主要是由各類(lèi)充電機構成。充電機的類(lèi)型主要包括三種，分別為慢速充電機、中速充電機以及快速充電機。在進(jìn)行充電的時(shí)候可根據自己的需求來(lái)自行選擇，如果充電站的規模較大，充電需求較多，則要同時(shí)配備三種充電機，由于快速充電機的使用頻率較高，因此不管哪種類(lèi)型的充電站，首先都應注重快速充電機的配備。

三、供電系統的設計

3.1供電系統的相關(guān)設計要求

通常情況下，供電系統由兩部分組成，一部分是一次設備，另一部分是二次設備。這些設備都包括諧波調節設備、繼電保護器、變壓器以及專(zhuān)用配電柜等設備。在對系統進(jìn)行設計的時(shí)候必須遵循科學(xué)的設計方法，設計時(shí)要重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面，首先，電動(dòng)汽車(chē)充電站的配電網(wǎng)應選擇10KV規格。負責供電的電源必須經(jīng)過(guò)降壓處理之后才能進(jìn)行使用。其次，由于大型電動(dòng)汽車(chē)所用的充電站的電量負荷等級一般都屬于二級，為了滿(mǎn)足電車(chē)的供電需要，其中設置了多種類(lèi)型的充電樁，在進(jìn)行設計的時(shí)候必須保證供電的可靠性和安全性。

3.2電氣設備的選擇和配置

這一部分需要注意三個(gè)方面。第一，設備主接線(xiàn)的設計。由于我國大型電動(dòng)汽車(chē)的充電站分布數量有限，而充電服務(wù)的模式也比較單一，因此對站內可靠性的設計要求較高，主接線(xiàn)的出現數量也比較多。因此設計人員通常會(huì )使用單一分段的接線(xiàn)方法，進(jìn)線(xiàn)部分要選擇雙回路設計，且要等到降壓處理之后再進(jìn)線(xiàn)。此外，還應注意控制進(jìn)線(xiàn)時(shí)的傳輸容量，至少要超過(guò)最高容量的 70%左右，當充電站處于正常運行的狀態(tài)時(shí)，其中的斷路器會(huì )直接將開(kāi)關(guān)分隔開(kāi)來(lái)。雙回路線(xiàn)此時(shí)均處于獨立的運行當中。如果其中的一條回路出現了故障，或者進(jìn)行檢修的時(shí)候，分段線(xiàn)路中的斷路器會(huì )快速閉合，而充電則會(huì )從運行狀態(tài)正常的回路中獲取電源。第二，要注重變壓器的選擇。一般情況下，雙回路中的變壓器在處于正常運行狀態(tài)的時(shí)候，都是獨立工作互不干擾。在該種電氣系統當中，并沒(méi)有設置明備用設備，而其中的變壓器則作為暗設備來(lái)使用。第三，要注意其中無(wú)功補償設備的設置以及濾波裝置。對于大型電車(chē)充電站來(lái)說(shuō)，其整流器以及逆變器等設備負載電量較大，因此對于無(wú)功功率有較大需求，如果不設置無(wú)功補償裝置，會(huì )給供電效果帶來(lái)負面影響。但是在使用補償裝置的時(shí)候，由于系統還會(huì )受到其他眾多電子元件的影響，而產(chǎn)生部分諧波，從而降低供電質(zhì)量。因此技術(shù)人員要在該方面做出改進(jìn)，盡量規避諧波的出現。

四、充電系統的設計

充電系統是由交流充電樁、直流充電樁以及相關(guān)附屬設備所組成。交流充電樁主要采取充模式，即:電流在10~60A 之間，充電功率在5~20kW之間，一般采用單相220V或者三相 380V電壓等級。充電時(shí)間長(cháng)，但是電費較便宜、建設成本較低，適用于公交車(chē)、環(huán)衛車(chē)等社會(huì )公共用戶(hù)。直流充電樁充電電流為150~400A，功率在50~100kW之間，采用三相四線(xiàn)制 380V電壓，能夠在10~30min內將電池電量由10%提升到90%。直流充電適用用戶(hù)范圍廣，充電時(shí)間短，故在充電站中廣泛采用，然而存在著(zhù)建設與維護成本高，電費相對較高等不足。充電樁設計應當考慮適應安設地區氣象狀況，能夠在天氣下正常工作，因此需要考慮防塵、防雨、放強光照射，同時(shí)保證樁體能夠正常通風(fēng)散熱。對于充電樁電氣部分設計，有如下要求:①設計要基于“一車(chē)一樁"原則，即在同一時(shí)間內，一輛汽車(chē)對應一臺充電樁進(jìn)行充電。②)設備選擇需要滿(mǎn)足充電樁設計輸入功率要求，且留有裕度。充電輸入功率為:

P:充電樁輸出有功功率;η:充電樁效率;cosφp:充電樁功率因數。③充電樁采用 TN-S 供電接地系統，即將工作零線(xiàn)與保護專(zhuān)用接地線(xiàn) PE嚴格區分開(kāi)。配置帶脫扣功能的低電壓斷路器，斷路器應具有短路保護與剩余電流保護功能。確保充電樁金屬外殼因故障斷電時(shí)斷路器可以迅速、可靠且有效地將充電樁與供電系統斷開(kāi)，避免造成人身與財產(chǎn)傷害。④由于站內設有單相充電樁與三相充電樁，所以，要通過(guò)調度確保三相負荷平衡。

五、充電站電氣系統設計解決方案

通過(guò)綜合考慮充電站的規模、布局、電網(wǎng)配電情況以及訪(fǎng)客的充電需求，進(jìn)行合理的充電設施布局規劃、選擇適當的充電樁類(lèi)型和功率規格，以及引入穩定可靠的運營(yíng)平臺管理系統，以提升用戶(hù)體驗和滿(mǎn)足日益增長(cháng)的新能源車(chē)輛充電需求。此解決方案具備智能化管理、多樣化設備、安全可靠、節能環(huán)保、靈活擴展和數據統計等特點(diǎn)，能夠為充電站提供高效便捷的充電服務(wù)。

圖1系統設計圖

圖2 平臺結構圖

充電運營(yíng)管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過(guò)平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網(wǎng)造成過(guò)大的負荷

六、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統、儲能系統以及供電系統進(jìn)行集中監控和統一協(xié)調管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營(yíng)成本，平臺系統架構如圖3所示。

圖2 充電樁運營(yíng)管理平臺系統架構

大屏顯示：展示充電站設備統計、使用率排行、運營(yíng)統計圖表、節碳量統計等數據。

圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監控：顯示設備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設備列表、設備日志、設備狀態(tài)統計等功能。

圖4 站點(diǎn)監控界面

設備監控：顯示設備實(shí)時(shí)信息、配套設備狀態(tài)、設備實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線(xiàn)等。

圖5 設備監控界面

運營(yíng)趨勢統計：顯示運營(yíng)信息查詢(xún)、站點(diǎn)對比曲線(xiàn)、日月年報表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖6 運營(yíng)趨勢界面

收益查詢(xún)：提供收益匯總、實(shí)際收益報表、收益變化曲線(xiàn)、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢(xún)界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類(lèi)型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢(xún)、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營(yíng)商應收信息、充電明細、交易流水查詢(xún)、充值余額明細等功能。

圖9 訂單查詢(xún)界面

七、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶(hù)提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類(lèi)型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現對動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，財務(wù)報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進(jìn)行升級；保護功能：具備防雷保護、過(guò)載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車(chē)型：滿(mǎn)足國標充電接口，適配所有符合國標的電動(dòng)汽車(chē)，適應不同車(chē)型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數。

八、現場(chǎng)圖片

九、結論

隨后我國電動(dòng)汽車(chē)的不斷提高，與之相配套的充電基礎設施建設相對緩慢，為了能夠有效滿(mǎn)足不同類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)充電的需求，在全國范圍內急需構建大規模的充電站建設。在充電站電氣系統設計和建設過(guò)程中，應充分考慮多方面的因素，尤其是充電安全性和可靠性，盡可能地保留充足的擴建余量，保證電網(wǎng)系統運行穩定性的同時(shí)，還能夠提高電車(chē)充電的高效便捷性。

參考文獻:

[1]蔡海青代偉趙靜怡王城張志杰李書(shū)勇.基于多參數規劃的電動(dòng)汽車(chē)充電站有效容量評估方法[J].中國電力,2022,55(11):175-183.

[2]李?lèi)?ài)軍,婁莉,考慮長(cháng)期利潤的電動(dòng)汽車(chē)充電站充電調度策略[J].電力系統及其自動(dòng)化學(xué)報，2020,32(7):6-8.

[3]盧慧,謝開(kāi)貴,邵常政,等,考慮燃油車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)混合交通流的電動(dòng)汽車(chē)充電站規劃[J].高電壓技術(shù)，2023,49(3):10-11.

[4]張端鴻、史一煒、馮冬涵、周云、李恒杰,含多類(lèi)型充電設施的城市電動(dòng)汽車(chē)充電站群協(xié)同規劃方法[J].電測與儀表,2020，57(20):7