淺談民用建筑充電樁設(shè)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(shè)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(shè)置原則、設(shè)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(shè)計進行研究。

關(guān)鍵詞：充電樁；民用建筑；電氣設(shè)計

0引言

當(dāng)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(shè)置充電樁，本文主要設(shè)計要求、配電系統(tǒng)、管理平臺等方面對民用建筑充電樁設(shè)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(shè)置在地下停車庫，快充一般是設(shè)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(shè)施的位置應(yīng)當(dāng)與其停車位置具有一定的安全距離，同時還應(yīng)當(dāng)滿足檢修需求和操作需求[1]。

2民用建筑充電樁的設(shè)計研究

2.1民用建筑充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1電氣設(shè)計相關(guān)要求

對于民用建筑充電樁的電氣設(shè)計，基本的是要符合現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)標準。如防護等級方面，要求民用建筑充電樁設(shè)計在室內(nèi)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(shè)計容量方面，充電樁可單獨設(shè)計變電所，或?qū)⒊潆姌队秒娕c其他用電合并，統(tǒng)一考慮變電所設(shè)置數(shù)量；從充電樁的饋線回路方面，所有充電樁都應(yīng)設(shè)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(yīng)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(chǎn)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(shè)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(shè)計時需要考慮末端設(shè)置靜態(tài)無功補償器（SVG）等，改善電能質(zhì)量。

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

2.1.2配電系統(tǒng)的設(shè)計

對民用建筑的充電樁配電系統(tǒng)進行合理設(shè)計。例如，對于快慢充電樁，應(yīng)根據(jù)負荷容量、電壓等級選用適當(dāng)?shù)碾娎|截面；其保護開關(guān)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(shè)置分勵脫扣器。而對于一些監(jiān)控設(shè)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(shè)施建議接線采用三相平衡模式，而交流充電樁側(cè)部位的低壓斷路器應(yīng)當(dāng)設(shè)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(yīng)當(dāng)具有保護剩余電流的效果，其剩余電流所保護的額定值應(yīng)當(dāng)不超過30mA，其保護動作的時間應(yīng)當(dāng)不超過0.1s，每臺交流充電樁都應(yīng)當(dāng)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(shè)計，通常地下室等場所橋架內(nèi)敷設(shè)，可選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，若線路敷設(shè)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(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮并一次設(shè)定，根據(jù)需要為充電車輛供電的裝置負載情況來設(shè)定電纜線路的導(dǎo)線截面，對于在室內(nèi)敷設(shè)的電纜線路，一般選用的敷設(shè)方式為穿管或搭橋，而對于室外敷設(shè)的電纜線路，則一般選用的敷設(shè)方式為電纜溝槽，室外的保護管設(shè)施應(yīng)當(dāng)同時具有抗腐蝕和抗壓兩種性能。

2.1.3充電樁變電所設(shè)計

由于充電樁負荷容量大，負荷性質(zhì)相對單一，各地對于充電樁變電所的設(shè)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(shè)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(shè)置變電所或在公用變電所內(nèi)設(shè)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(shè)計人員在前期需要充分收集資料并與相關(guān)部門接洽，保證供電。

2.2民用建筑充電樁安裝設(shè)計

民用建筑的充電樁在安裝過程中，應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)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(yīng)當(dāng)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(shè)施在安裝時應(yīng)當(dāng)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(shè)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(yīng)采用支架吊裝的方式，其露在外面的螺桿長度應(yīng)當(dāng)具有統(tǒng)一性，并保證外形豎直，使用的吊架應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)超過10毫米。考慮預(yù)留的充電樁，其電纜的長度應(yīng)當(dāng)具有充足的余量，保證電纜結(jié)構(gòu)敷設(shè)后整齊，各設(shè)施的標識應(yīng)當(dāng)清晰。

2.3民用建筑充電樁管理平臺設(shè)計

在充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計和安裝完成后，充電樁裝置即將投入使用，應(yīng)當(dāng)設(shè)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(shè)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(luò)終端設(shè)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(shè)施采取實時監(jiān)控的管理模式，若發(fā)現(xiàn)某設(shè)施出現(xiàn)故障問題，應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)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(shù)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(wù)、支付管理，交易結(jié)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(yù)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(yīng)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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)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(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

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

5）應(yīng)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(shè)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(chǔ)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(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)、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(shè)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(jié)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(shè)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(chǔ)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(shè)施，維護充電設(shè)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(jié)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(shè)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(shè)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(jié)語

綜上所述，民用建筑充電樁的設(shè)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(shè)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(shè)計的過程中，主要是對配電系統(tǒng)、充電設(shè)施、實際安裝以及管理平臺進行合理設(shè)計。

參考文獻

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

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

［4］沈洪飛.民用建筑充電樁設(shè)計與研究[J].2021年7期

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