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摘要：根据目前国家和地区对于新能源汽车发展规划及政策，以及国内外充电设施的主要类型和技术参数。论述地下车库电动汽车充电桩的供配电系统的设计及设计过程中需要注意的一些问题。
关键词：充电桩；地下车库；供配电设计；负荷计算
引言
新能源汽车的产业发展与推广应用，已是大势所趋。新能源汽已经成为未来汽车发展的必然方向。我国目前发展的新能源汽车主要以插电式混合动力汽车和纯电动汽车为主。为全面推广和使用新能源汽车并加快充电设施的建设，国办[2015]73号文及建规[2015]199号文件明确要求：新建住宅配建停车位应100%预留充电设施建设安装条件。因此，新建住宅小区地下车库充电桩规划、设计成为民用建筑电气设计内容的一部分。
1 配置充电桩的类型及技术要求
目前，新能源汽车的充电桩主要分为直流充电桩和交流充电桩两种，俗称“快充”和“慢充”。直流充电桩有占地面积大，充电电压高，充电时间较短，投资大等特点。而交流充电桩的特点基本与直流充电桩相反，占地小，可挂墙安装，充电功率低，充电时间长，投资小等特点。通过比较可知，住宅小区固定车位充电桩适宜采用交流充电桩，而直流充电桩通常设置在大型商场、办公楼、繁华市区等需要快速充电的区域。
2 供配电系统设计
2.1 充电设施专用变压器容量计算
SΣ=Kt*Kx*Cn*（Kn*Pn+Km*Pm）/（η* cosφ）
式中：SΣ-变压器总安装容量（kVA）；η-变压器负载率，取0.70~0.75；cosφ-补偿后功率因数，取0.95；Pn -交流充电桩（慢充）安装功率，取7.0KW；Pm-直流充电桩（快充）安装功率，取60kW作为基数（一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW）； Kn-慢充停车位配置比例系数（即，实际慢充停车位数量/小区规划停车位数量），近期系数取0.20，远期系数取0.45；Km-快充停车位配置数量比例系数（即，实际快充停车位数量/小区规划停车位数量），近期系数取0.02，远期系数取0.045；Kx-充电桩需要系数，充电桩数量（慢充+快充），5-10个，取0.75-0.85；10-50个，取0.55-0.65；50个以上，取0.4-0.45；Kt-充电桩同时使用系数，充电桩数量（慢充+快充），5-50个，取0.85-0.90；50个以上，取0.6-0.7；Cn -小区规划停车位数量。
目前，充电设备在国内大范围应用还比较少，没有先例可查，同时系数Kt和需要系数Kx很难选取。Kt和Kx的选取主要与下面因数关：1）电动车的使用情况：目前电动汽车总体数量不多，充电设备本身的利用率不高；各建筑具体情况不相同。2）即使同时充电，各电动车之间的电池状态、性能等各不相同。3）另外，小区交流充电桩（慢充）和直流充电桩（快充）一般使用时间在不同时段。设计人员应结合各地电动车的发展情况和工程实际，合理选取。
2.2 配电设计
（1）充电桩总电源宜采用低压系统供电，接地采用TN-S系统。（2）交流充电桩宜按防火分区配电，每个防火分区均宜设置电动汽车充电桩区域配电柜、末端配电箱。区域配电柜和末端配电箱设计有三种形式：第一种形式：按100%配置全部设计安装到位；第二种形式：按20%配置全部设计安装到位（区域配电柜—末端配电柜—充电桩），其他80%仅考虑路由、土建等条件；第三种形式：按20%配置仅区域配电柜设计安装到位，末端配电箱取消，区域配电柜采用放射式直接供电至充电桩，其它80%仅考虑路由、土建等条件。（3）各防火分区区域配电柜宜安装在设置充电桩车位附近的强电间内，其系统图如图1所示。为保证末端充电设备安全，末端配电箱低压断路器应设置短路保护和剩余电流保护功能，其剩余电流保护额定动作电流为30mA，动作时间≤0.1s。末端配电箱系统图如图2所示。
图2 交流充电桩容量为7kW的配电箱系统图
2.3 电能质量
电动汽车充电桩的充电过程为非线性的负荷变化过程，设计时应考虑充电设施对公用电网电能质量产生的影响，并采取积极有效的抑制措施，将注入公网的谐波限制在规定范围内。为保障电能质量的要求，所采取的措施如下：（1）增加充电机整流装置的脉动数。（2）低压配电系统中设置有源滤波器装置，功率因数补偿电容器组配置电抗器。（3）专用变压器接线组别为D，yn11，且负荷率不高于70%。（4）为改善三相用电设备的平衡度，单相交流充电桩负荷应均衡的分配到三相上，尽量使三相负荷平衡。（4）变电所低压配电柜出线至各区域充电桩配电柜距离不宜超过200m。
2.4 配电线路设计
根据充电桩配电柜的数量在专用变电所低压柜出线设置相应数量的独立馈线回路直接供电。馈线电缆宜铜芯电缆或铜芯电线，三相配电回路应选用五芯电缆，单相配电回路应选用三芯电缆。电动汽车充电设施配电线路宜采用金属槽盒敷设，当电动汽车充电桩位置带定时，金属槽盒应能到达所有停车位，以满足100%预留充电设施条件。
3 充电桩设施的布置原则
电动汽车与充电设备之间应保证安装距离：充电设备安装在车侧且不妨碍车门开启时，充电设备外轮（含防撞设施）距电动汽车净距不应小于0.4m（见图3）；妨碍车门开启时，充电设备外轮（含防撞设施）距电动汽车净距不应小于0.6m（见图4）；充电设备安装在车尾时，充电设备外轮（含防撞设施）距电动汽车净距不应小于0.5m。充电设备安装应预留检修与操作空间，其检修操作面与建（构）筑物之间距离不应小于0.8m。
图3 充电设备布置示意 图4 充电设备布置示意
4 监控及通信
民用建筑电动汽车充电设施监控系统由控制层、间隔层及网络设备构成。监控系统较小时，可根据实际需要进行简化。控制层能提供充电设施内各运行系统的人机界面，应实现相应信息的收集和实时显示、设备的远方控制、以及数据的存储、查询和统计等，并可与相关系统通信。间隔层能采集设备运行状态及运行数据，上传至控制层，并接收和执行控制层的控制命令。
5 结束语
为了我国汽车能源结构的转变，应普及电动汽车充电设备的建设。未来几年电动汽车充电设施的设计仍会是电气设计师们关注的重点。地下车库电动汽车充电设施的电气设计，应结合当地相关规定设置配套的充电桩。电气设计师应立足规范，收集相关数据，密切跟踪新产品及技术的发展，不断优化调整设计方案，做到经济合理。
参考文献
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[6]陈恩.某商业综合体地下车库电动汽车充电桩的电气设计[J].江西建材，2017，（4）.
论文作者:张安锋1,王文静2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/31
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