摘要：为保证新能源汽车充电设施的顺利建设和安全使用，充电设施的电气设计工作逐渐成为重点项目，从不同的角度介绍新能源汽车充电设施的电气设计，以此提高电气设计质量。
关键词：新能源汽车；充电设施；电气设计
在电动汽车的发展过程中，充电系统是电动汽车走向商业化的重要途径，也是纯电动汽车的重要支撑。从广义上看，电动汽车的充电系统主要指的是把发电装置及公共电网中的电能转变为蓄电池的电化学能的多种模态的变流装置，其范围覆盖了车载充电机、充电站、地面充电机等。电动汽车充电站是城市基础服务设施之一，主要为各种电动汽车提供动力电池电能。从车辆充电地点角度可分为私人充电桩、公共停车场充电站和集中充电站等；从电能供给角度可分为直流充电站和交流充电站；从电池能量角度又可分为电池更换站和整车充电站。
1.电动汽车充电设施布局规划的影响要素
1.1充电环境
电动汽车所处的环境易影响充放电效果，环境温度对电动汽车附加能耗、电池性能等影响显著,因而导致电动汽车充电需求的差异。在低温环境下，电池电量不容易释放出来，电动汽车的充放电效率较低，因此在充电过程中应确保充电的环境温度在-30℃～50℃，相对湿度在5％～95％。
1.2充电策略
不同运行模式下，电动汽车按照不同的充电时间需求可采取不同的充电方法。夜间，在停运时间段或低谷电价时间段，使用常规功率充电将动力电池充满；日间，可利用电动汽车换班间隙进行全功率快速补电；要求特别严格的电动汽车，必须通过更换电池组的办式进行充电，保证电动汽车电池在最短时间内完成补电任务，同时提高电力资源的利用效率，并且降低充电成本。
1.3电动汽车运行模式
通常，运行模式不同的电动汽车充电时间及续航都有一定的差别。针对不同用户，一般把电动汽车运行模式归纳为以下几种：集团车队。其行驶路程及行驶路线都是规定好的，所以可在停运期间进行充电。小型车辆或出租车，可选择更换电池组或整车充电的方式。社会车辆，依据运营目标，选取不同的组合方式充电。对于上下班的私家车，因为停靠的位置是确定的，所以可选择在停靠时间段充电。而对于用来载客的大巴车，可在充电站设置固定位置进行整车充电或电池更换，以延长其运营时间。
1.4电动汽车的充电总量
只有在充电量累计到一定规模后，这个地区才开设充电站。换句话说，充电站的设置受到电动汽车充电总量的影响。除此之外，电动汽车的保有量及行驶里程，也受到充电总量的影响，因此要计算好电动汽车的实际充电总量，以便更好地对实际充电布局作出合理规划。
2.新能源汽车充电设施的电气设计
2.1充电设施技术特点及选型
新能源汽车充电设施一般可以分为慢充和快充两种形式。慢充形式的充电设施是指交流充电设备，输入的是单相交流电，而输出的同样是交流电，不能直接为新能源汽车的蓄电池充电，而是需要通过新能源汽车配备的充电机，才能实现充电功能。慢充形式的充电设施又可以按照不同的用途分为公用型和家庭型两种。公用型慢充设施的输出功率相对于家庭型的慢充设施稍大，但是最大的输出功率也被控制在7kW左右，需要的充电时间相对还是比较长。家庭型的慢充设施输出功率相对比较低，一般最高不超过3.5kW，需要较长的时间充电，其优点是投资成本较低，且很多的新能源汽车售卖点提供赠送服务，因此比较受欢迎。同时，家庭型的慢充设施设计相对简单，施工操作简单，有利于控制施工单位的建筑成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆快充的形式采用的是直流充电，充电设备内部安装有整流设备，可以直接为新能源汽车提供直流电源，为蓄电池充电。直流快充输出功率可按需求进行配置，并且面对不同电动汽车车型动态调整输出功率，可以适应不同类型的新能源汽车，满足不同的充电需要，但最低不低于22kW，最高不高于180kW。一般情况下，新能源汽车快充设施的安装方式为户内式和户外式两种。对于新能源汽车充电设施的选择，则需要根据建筑物的作用，总结附近人群以及使用建筑物的人群特点、使用新能源汽车的类型和特点，合理选择充电设施。通常情况下，充电设施会选择快充和慢充合理分配、共同拥有的形式，以便满足不同用户的需求。
2.2充电设施配电系统设计
第一，需要根据充电设施的使用场所、新能源汽车蓄电池的容量以及充电设施的类型等因素，确定配电系统设计需要的参考数据。充电设施使用的场所不同，其充电高峰期的需求和时间也有所不同，因此，需要考虑变压器工作的载荷情况，确定配电系统系数。此外，若是需要改建或是扩建，则重点审核变压器的容量和载荷情况，确定其是否满足改建、扩建的需求。第二，确定配电系统的负荷等级。通常情况下政府部门的充电设施可看作是二级负荷，而民用建筑的负荷等级则为三级，相关的监控系统和计量系统可以看作是二级负荷。此外，对于有特殊用途的场所则需要根据实际情况确定负荷等级。第三，充电设施配电箱的设计。新能源汽车的充电设施需要按照区域配电，而配电箱提供的配电范围则不宜过大，应以不跨越防火分区为主，线路的回路设计最好不超出十回，安装时配电箱最好与地面保持约30cm的距离，并结合相应的防护等级实施安装。配件箱一般需要安装在附近的配电车间或是管理室中，若是安装在车库等室外场所，则需要安装一定的防护措施，避免撞击等损坏配电箱，影响新能源汽车充电设施的安全使用。
3.新能源汽车充电设施电气设计应注意的事项
3.1充电设施所产生谐波的治理
谐波对新能源汽车充电设施的影响主要表现在三个方面：一是导致充电设施内部的电力计量仪表不能正常工作，共振谐波变大时，对仪表的影响更为明显；二是配电监控的智能系统会因受到谐波的影响而失效；三是谐波造成的温度变化，影响配电开关的使用。其治理措施主要是，安装滤波器等相关设备，安装位置一般选择在低压母线的侧面，进行集中安装。谐波的主要来源是充电设施的整流器，可以通过改变整流脉动次数的形式减少谐波造成的影响。同时，在电气设计和施工中采用屏蔽方法，分开设计通信电路和电力线路，从而促使配电监控智能系统稳定运行。
3.2充电设施电能计量及其管理
新能源汽车充电设施的电能计量及其管理，应满足智能化的需求。部分充电设施有自身的电能计量仪表，且拥有人机交互的智能界面，用户可以按照智能系统的提示自行操作。新能源汽车较多的场所中还需要配有配电监控智能系统，准确计量新能源汽车充电需要的电能，且配电监控智能系统还可以保护、监控相关的配电系统，确保配电系统安全、稳定运行。充电设施自带的电能计量仪表应具有不同费用标准的计量性能，自身带有与主机相连的通讯接口，可以将充电数据及时传送至后台管理。
结论
随着电动汽车的不断发展，充电站的规划和建设将步入规模化、网络化时代，进行充电站布局规划研究迫在眉睫。本文在布局规划和设计中充分考虑了电动汽车充电站配电网变、地理位置、交通等因素，并结合上述因素建立模型。实践表明，该设计模型具备较强的可行性，但需对电动汽车充电负荷变化的影响因素进行进一步研究。
参考文献
[1]鲁莽，周小兵，张维．国内外电动汽车充电设施发展状况研究［Ｊ］．华中电力，2010（5）：16-20
[2]寇凌峰，刘自发，周欢．区域电动汽车充电站规划的模型与算法［Ｊ］．现代电力，2017（4）：44-48
[3]范永根，钱维忠．电动汽车充电设施规划和建设的探讨［Ｊ］．华东电力，2010，28（11）：161-164
论文作者:陈秋红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/31
标签：设施论文; 电动汽车论文; 新能源论文; 充电站论文; 汽车论文; 谐波论文; 电能论文; 《电力设备》2018年第10期论文;