【IBE】民用建筑电动汽车充电设施电设计

日期:2016年12月29日 15:54

引言

《住房城乡建设部关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作的通知》(【2015】199号)中提出:“自2016年起,城乡规划主管部门提出的新建居住(小)区和大型公共建筑的规划条件,核发相关建设工程规划许可证时,必须严格执行新建停车场配建充电设施的比例要求,新建住宅配建停车位应100%预留充电设施建设安装条件,新建的大于2万平方米的商场、宾馆、医院、办公楼等大型公共建筑配建停车场和社会公共停车场,具有充电设施的停车位应不少于总停车位的10%。要将相关要求纳入工程建设强制性标准,施工图审查机构在审查住宅项目和大型公共建筑施工图时,应对充电设施设置是否符合工程建设强制性标准进行审核”。

但目前的状况大多为若业主未提出要求,在民用建筑方案、规划、施工图阶段的电气设计基本不考虑电动汽车充电设施的设计,因此存在充电设施设置困难及用电容量不够的问题;另一方面,即使在业主要求设计充电设施,设计时也要根据预测的充电桩数量将用电量预留在配电房内或楼层管井内,而未在前期土建施工阶段进行容量预留及管线预埋,建成后再增加充电设施将造成重复施工和浪费。

如何将可行、有效的规划指标及设计更好地融入到现有民用建筑电气设计体系中是目前急需解决的问题,本文拟从以下几个方面展开阐述。

民用建筑电动汽车充电设施规划指标及用电容量估算

 

充电设施用电负荷估算应在规划阶段考虑项目所在地政府要求的充电设施占总停车位的比例,进而估算用电容量。表1为部分品牌电动汽车的续航里程(数据来源:互联网)。

表1   电动汽车的续航里程

从表1可知,电动汽车具体的行驶里程还要根据不同厂家生产的车型而定,电池的性能和容量大小都直接影响电动汽车的行驶里程,同时电机性能、自重及载重强度、速度、气温、电池的老化程度、充电器的质量、充电时间等诸多因素也会影响其行驶里程。

根据住建部【2015】199号文可知,新建住宅停车位应100%预留充电设施条件。简单估算一下,假设一辆电动车充满一次电可续航150km,若每天来回30km,需5天充一次电,因此每天大约只有20%的电动车需要充电。建议住宅电动汽车充电设施用电负荷同时使用系数取0.1~0.15,又因目前电动汽车拥有量偏低,同时使用系数应更低,且住宅停车位按照交流充电桩预留,所以每个充电桩配电容量按照7kW考虑;商业、办公等公共建筑按照总停车位的10%设置具有充电设施的停车位,建议该电动汽车充电设施用电负荷同时使用系数取0.8~0.9,又因公共建筑采用直流充电方式保证充电时间,所以每个非车载充电机配电容量暂按50kW考虑。

GB 50067-2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》将停车库根据停车数量按照防火分类分为四类,下面拟按照这四种防火分类分别统计电动汽车充电设施配电容量(表2)。

表2 四类分别统计电动汽车充电设施配电容量

通过表2可以看出,住宅电动汽车停车位采用慢充模式设置交流充电桩,利用外部交流电源给车载充电机提供电能,即使按照100%预留充电条件,按照I类车库300个停车位计,计算负荷仅210kW,对变压器容量影响并不大,且住宅电动汽车往往在夜间充电,因交流充电电流低,充电时间相对较长(一般充电时间为5~8h,有的甚至长达10~20h),可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本,提高充电效率并延长电池使用寿命。

对于已建项目,也可根据交流充电桩的充电功率和接入数量对变压器的负载率做分析(尽量利用原有的、甚至不需改造的变压器);商场、宾馆、医院、办公楼等大型公共建筑配建的停车场采用直流充电快充模式,充电容量大的设备建议设置专用变压器,采用10kV供电,经变压器降压后再向非车载充电机提供工作电源;充电容量不大的设备可由变压器多回路向非车载充电机提供工作电源。

根据不同需求合理选择交流和直流充电设施

 

电动汽车充电模式有两种:(1)交流电非车载充电机(充电站、直流充电桩)直流充电电池。(2)交流电交流充电桩交流供电车载充电机直流充电电池。

第(1)种电动汽车直流充电设施俗称“快充”,固定安装在电动汽车外,与交流电网连接,是可以为电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。其输入电压采用三相四线AC380V±15%,频率50Hz,输出为可调直流电,可直接为电动汽车的动力电池充电。由于直流充电设施采用三相四线制供电,可以提供足够大的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求;第(2)种电动汽车交流充电桩俗称“慢充”,固定安装在电动汽车外,与交流电网连接,是为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动车上的充电机)提供交流电源的供电装置,它只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。

由于充电方式不同,在用户居住地停车位、单位停车场配建的充电设备宜采用交流充电方式,商场、宾馆、医院、办公楼等大型公共建筑停车场和社会公共停车场等配建的充电设备以直流充电方式为主。不论是采用交流充电还是直流充电方式,住宅小区地下室均可采用分散式充电设施,一个电动汽车停车位宜设置一个充电接口;对于公共建筑地下室停车场,设置的电动汽车分散式充电设施可相对集中布置,或根据充电设施数量设置充换电站(宜设置在地下一层,并采取相应防火措施,不应设置在地下室最底层)。不同建筑类型也可根据对应的需求将一部分停车位选用交流充电模式,一部分停车位选用直流充电模式。

其他设计要求

 

4.1 用电负荷等级

民用建筑充电设施监控系统的用电负荷等级按照二级负荷考虑,其他负荷为三级负荷。监控系统另设置UPS电源保证在市电停电后的电源投入。

根据容量确定充换电站供电电源的电压等级:直流充电桩应采用380V电压等级供电,交流充电桩应采用380V或220V电压等级供电。

4.2 末端充电设施

在民用建筑地下室车库设置末端充电设施时,充电设备的布置应靠近充电车位以便于充电,并应缩短充电机输出电缆的长度,宜靠墙或靠柱布置,当无墙或无柱时应布置在相邻车位中间。

宜采用壁挂式充电设施,充电设备与充电车位、建(构)筑物的最小间距应满足安全操作及检修要求,即充电设备外廓距充电车位边缘的净距≥0.4m,充电设备与建(构)筑物之间检修距离≥0.8m。

落地安装时,充电设备基础应高出停车位地坪20cm及以上,同时要保证充电设备及操作人员的安全。

4.3 保护

非承载充电机应具备交流输入过压/过流保护、直流输出过压/过流保护、内部过温保护等功能。交流充电桩应具备过负荷保护、短路保护和漏电保护功能。

4.4 谐波治理

充电站在设计时应重视非线性用电设备对公用电网电能质量产生的影响,并采取积极有效的防范措施来减小或消除谐波分量。依据GB/T 14549-1993《电网质量公用电网谐波》要求可知,谐波治理需符合0.38kV电压总谐波畸变率<5%的规定,避免污染电网,对用户计量造成偏差以及影响楼内的设备正常运行或造成干扰等。如不能达到国家有关标准规定的谐波控制要求,则应采取有效的谐波治理措施。

4.5 监控系统

充电监控系统应能实现对充电设备运行和充电过程的监视、控制以及数据的存储和管理功能。供电监控系统应能实现对供电状况、电能质量、供电设备运行状态等的监视和控制功能。

4.6 计量系统

采用非车载充电机充电时宜在非车载充电机与电动汽车之间设置计量点,选用符合国家计量标准的直流电能表计量。采用交流充电桩充电时应在交流充电桩与电动汽车之间设置计量点,选用符合国家计量标准的交流电能表计量。

结束语

 

据了解,各地政府对新能源汽车产业发展规划均推出了相关要求,《广州市推进电动汽车充换电设施建设与管理暂行办法》中要求:新建小区(公建)应按不低于规划停车位数18%的比例建设充电设施或预留充电设施接口,相关的发展指标有大幅提高的趋势。因此,各地项目在设计时,设计人员还应根据地方要求做好充分的准备工作。

--此文章转自《智能建筑电气技术杂志》

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