新能源汽车充电设施的电气设计与实施研究

新能源汽车充电设施的电气设计与实施研究

王琰杨凤坤

（南京供电公司南京市210016；国电南瑞科技股份有限公司南京市211106）

摘要:伴随着新能源车辆规模的增长，充电设施配套难、充电桩建设缺口大，已成为制约新能源汽车发展的突出问题，介绍了电气设计中应同步关注的问题。指出进行项目设计时，应做好充分的充电设施预留，并在建筑电气设计时有适当的超前意识。希望通过本文的分析，能为以后的具体工作起到实际的参考作用。

关键词:电动汽车充电设施；充电桩；供配电

在国务院发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设指导意见》中，要求全面推广和使用新能源汽车并加快充电设施的建设。武汉市政府也跟进出台了一系列扶植新能源电动汽车发展的政策。电动汽车充电设施的电气设计是近来新兴的热门课题。在此过程中，笔者查阅了大量资料，并在实际建设中利用已有的电力监控系统，收集了一些电动汽车充电设施的实际运行参数。现结合政策规范及工程实例，对相关电气设计问题进行阐述。

1、相关电气设计工作的主要内容

在民用建筑设计中，涉及到电动汽车充电装置的电气设计工作主要包含以下三个方面：一、前期方案配合。即根据现行政策法规，配合建筑专业合理确定需设置的新能源电动汽车数量。同时在电气方案阶段经济合理的估算电动汽车充电装置用电容量及相关变压器容量。二、电动汽车充电装置的配电设计。主要工作包含根据不同建筑物性质和电动汽车使用情况，合理选用电动汽车充电设施并设计配电系统。具体设计要点后文详述。

2、新能源汽车充电设备及选型

2.1、设备分类及主要技术特点

民用建筑电气设计中，新能源汽车充电桩主要分为快充和慢充两种。快充型充电桩即直流充电桩，充电桩内置整流设备，能直接为新能源汽车的蓄电池提供直流电能。直流快充桩输入为380Ｖ交流电源，不同生产厂家的设备最大输出功率从22ＫＷ到220ＫＷ不等。高端进口品牌的直流快充桩相对输出电流、电压变化范围较宽，对不同类型的电动汽车配适性更强。直流充电桩以立柱式落地安装为主。

慢充型充电桩即交流充电桩，输入为单相交流电，输出也为交流电，需通过配适的微型车载充电机向汽车蓄电池供电。具体又分为家庭型慢充桩和公用型慢充桩两种。家庭型慢充桩输出功率较低，仅为2～2.8ＫＷ左右，充电时间偏长，即使为低续航里程、小电池容量的北汽ｅ150ｅｖ充电，至少也要１２小时才能充满。但家庭型慢充桩投资低，很多新能源汽车又有购车赠壁挂式充电桩的业务，故深受房地产开发商的欢迎。

2.2、新能源汽车充电桩的选型

目前部分国产家用新能源汽车续航里程在160ｋｍ以下，蓄电池容量低于20０ｋｗｈ。部分城市由于汽车限购的原因，此类新能源汽车也拥有一定的市场占有量。该类新能源汽车随车另配有微型车载充电机，不配备直流快速充电接口。

荣威、比亚迪、北汽、宝马、大众等品牌的部分款型新能源汽车同时提供交流慢充和直流快充两种接口（或双充型车载充电机），以方便用户根据不同情况充电。这类新能源汽车是目前家用主流。而特斯拉等高端品牌的部分款型新能源汽车，续航里程高于500ｋｍ，电池容量普遍大于120ｋｗｈ，仅配备直流充电接口。政府采购的部分新能源公务用车、环卫用车也只有直流充电接口。

2.3、其它应注意的问题

目前我国交流充电桩市场鱼目混杂，缺乏统一的产品标准。部分新能源汽车制造厂商为垄断衍生产品的经营，采用了非国标的充电接头和车载充电机，造成一定程度的安全隐患。部分充电桩生产厂家推出了一拖二、甚至一拖三的产品，这违反了国网公司制定的充电设施标准，设计选型时应引起注意。ＡＢＢ、施耐德等进口品牌的家庭型慢充桩配有电磁式剩余电流动作保护器和浪涌保护器，部分国产品牌充电桩则无此配置，设计配电系统时应避免漏设或重复设置ＲＣＤ。

大功率的直流型快充桩尺寸一般在700×500×1900（深×宽×高）左右。采用大功率直流型快充桩的停车泊位应适当扩大车位尺寸。根据《电动汽车充电系统技术规范》，应保证充电设备外廓距离充电车边缘的净距大于0.4ｍ，同时应预留检修空间。根据工程经验，该类停车泊位尺寸应以大于5.7×3.0米为宜。在设计过程中，应与建筑专业配合，合理布置大功率直流快充桩的泊位。部分超快型直流充电桩的电磁辐射超标。今年Ａ公司在自动化设备巡展中，推出了一款“超快型充电桩”，12分钟即可充满续航里程为400ｋｍ新能源汽车，输出功率达到220ＫＷ。笔者现场实测，充电桩附近工频磁感应强度一度达到23.7μｔ，是日常磁感应强度的千倍，已超过公众暴露磁感应强度限值。故在当前技术条件下，设计中应审慎选用超快型直流充电桩。

3、新能源汽车充电设施的电能计量和管理

国务院发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设指导意见》中明确指出：应建设充电智能服务平台。大力推进“互联网＋充电基础设施”，提高充电服务智能化水平，提升运营效率和用户体验，促进电动汽车与智能电网间能量和信息的双向互动；鼓励围绕用户需求，运用移动互联网、物联网、大数据等技术，为用户提供充电导航、状态查询、充电预约、费用结算等服务，拓展平台增值业务。

新能源汽车充电设施的电能计量和管理应充分贯彻上述要求。目前多数充电桩均自带电力仪表，并配有人机交互界面。电动汽车充电泊位数量较多的小区或公共建筑，还应设置整体化的智能配电监控系统对电能进行精准计量，同时有效监测、保护、控制相关配电系统。智能配电监控系统可对所有充电桩的电能数据、运行参数和设备状态进行实时监测和控制。充电桩上配置的智能电力仪表应具备多费率分时计量功能，并自带通讯接口。相关信号线路应同期施工，埋管暗敷至后台管理主机

4、新能源汽车充电设施的谐波治理

由于直流快充桩与车载充电机均为非线性设备，运行时产生的谐波会影响电力系统的电能质量。谐波污染严重时，给新能源汽车充电设施带来的影响主要有以下三个方面：

4.1、充电桩内置电力计量仪表失常。因谐波污染而影响表计正常运转，特别是在谐波因共振而放大时，电能计量仪表可能产生更明显的误差。

4.2、智能配电监控系统失效。充电桩供电线路中的谐波电流或谐波电压会产生感应电磁场，从而影响敷设在临近的智能配电监控系统通信线路的信号质量。同时高谐波会造成计算机和电子设备的误动作，扰乱智能配电监控系统的正常运行。

4.3、配电开关降容。谐波往往造成额外的温升和损失，导致开关电器的额定容量降低。谐波含量越高，对开关电器影响程度就越大。

结束语

综上所述，新能源汽车的普及和发展离不开充电设施的建设。充电设施的电气设计工作在未来几年仍会是设计师们关注的焦点。电气设计师应立足规范，积极跟上新政策的步伐，收集相关数据，提升设计水平。希望以上的分析和总结，能对今后新能源汽车充电设施的设计有所帮助。

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