电动无人集卡充电桩供配电系统 设计

庄启迪

舟山甬舟集装箱码头有限公司 浙江 舟山 316100

摘要：随着电动无人集卡的不断发展，充电桩建造数量与日俱增，如何设计一套合理的电动汽车充电桩方案成为日益突出的问题。

针对存在的问题,结合2018D705《电动汽车充电设施设计与安装》编制中的研究成果,兼顾无人驾驶车辆的充电问题,设计了一套电动无人集卡充电桩供配电系统设计方案。

关键词：电动汽车；充电桩；设计方案

1前言

近年，我国电动无人集卡的蓬勃发展，电动汽车智能充电桩常在恶劣的自然环境和强电磁环境中运行。因此，如何有效保障充电系统的稳定性和工作效率，已成为困扰电动汽车产业发展的重要问题。

结合2018D705《电动汽车充电设施设计与安装》编制中的研究成果，提取已经建成的电动汽车充电系统的工程项目的方案作为分析依据，在此基础上讨论电动汽车无人集卡充电桩供配电系统设计。

2 引用标准

《电工电子产品环境试验概述和指南》（GB/T 2421.1）

《电磁兼容　试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》（GB/T 17626.2）

《电动汽车非车载充电机电能计量》（GB/T 29318）

《电动汽车充电机与电池管理系统之间的通信协议》(GB/T 27930)

3系统整体设计

3.1负荷等级

负荷等级是电动汽车充电设施配电设计的基础。根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》中相关规定为评判标准，避免因负荷定级过高导致资源浪费。

根据GB 50052-2009有关条款规定，对于大型公共建筑内配建停车场或各类附建式停车库内的充电设施可靠性的要求与一般照明类负荷并无区别，因此按照三级负荷供电就可以满足要求。

4.主要硬件

4.1箱式变电站

充电箱变产品型号选用特来电TEVC-10，具体参数如下：

1. 产品尺寸6700mm×2600mm×2500mm（L×W×H）。

2. 额定输入电压10000V AC，电源频率50Hz。

3. 额定输出容量1250KVA，整机效率≥93%。

4. 工作环境温度-20~+50℃，工作环境湿度5%RH~95%RH。

5. 防护等级IP43。

充电箱变由高压柜体、配电变压器、低压配电柜及外壳四部分组成。箱变高压环网柜高压单元采用630A母线、电缆带电指示装置，其他绝缘部分采用加强绝缘型，并采用加强绝缘材料。变压器选用干式变压器。

箱体采用高精度焊装式结构。箱体采用密封、防腐蚀、隔温结构，内部采用钢板及阻燃绝缘隔板严密分割成高压室、变压器室、低压室，各室防护等级为IP3X。箱体必须都采用2mm厚度以上的冷轧钢板制作。箱体的底架部件由槽钢焊接而成，框架及门采用优质冷轧钢板，框架钢板厚度不得小于2.5mm，门和顶盖钢板厚度不得小于1.5mm。箱变整体防护等级IP33。

4.2直流充电终端

产品型号选用特来电TZD-A-L-250，具体参数如下：

1. 额定输出电流250A DC，充电线长8米。

2. 机械寿命：空载插拔＞10000次。

3. 防护等级IP54。

4.2.1充电设定方式

在充电过程中，充电桩依据电动汽车电池管理系统提供的数据动态调整充电参数，执行相应动作，完成充电过程。

4.2.2充电模式和连接方式

充电桩采用GB/T18487.1-2015附录B中规定的充电模式4和连接方式C对电动汽车进行充电。充电接口应满足GB/T20234.1-2015和 GB/T20234.3-2015的规定。

4.2.3充电控制（通过配置集中控制器与招标人运营平台连接）

1. 具备VIN自动识别充电：通过插枪，自动识别车辆BMS传回的VIN码，集中控制器识别正确，自动启动充电或遵循后台设置的启动充电时间，自动启动；充电结束后，自动停止，充电未结束时，通过手机、PAD、PC等终端，可直接选择充电枪，终止充电，提供实现方案。

2. 定时充电功能：可以自动或手动设置充电时间，充分利用低谷电价，降低运营成本。

3. 智能充电功能；区域组网，本地所有充电桩协同，智能错峰充电。

4.2.4功率智能分配

功率智能分配充电技术，能够根据充电车辆充电要求，自动分配输出功率。即：在满足首先接入充电车辆功率需求的前提下，可以根据充电过程中功率需求变化，智能分配多余功率(智能分配以单模块功率15kW为一个自动调节单元)，给后接入的充电车辆；既能够满足日间大功率快速充电，又能满足夜间所有充电车位车辆同时充电，且不超过每个场站供电负荷上限。

4.2.5集中管控功能

所有直流充电桩可区域组网实现集群控制和管理功能，通过实时变压器容量，进行动态负荷调度或设定固定负荷上限，实时调控充电桩功率输出。

4.2.6充电策略

1. 均充充电策略：当只有一辆车在充电时，充电桩所有充电模块最大限度满足车辆需求。第二辆车来到时功率自动进行均分，每辆车输入的最大功率为充电桩最大输出功率的一半,以此类推。此策略适合夜间慢平衡充电，最大限度保护电池。

2. 有主有次充电策略：当第一辆车进行充电时，充电桩所有充电模块最大限度满足第一辆车的充电需求，当第二辆车进行充电时，优先保障第一辆车充电的同时，剩余模块自动分配给第二辆车使用，依此类推，但是至少保证后来车辆至少有一个模块使用。此策略适合白天快补充电。

3. 至少分配一个模块单元充电策略：当有车辆接入充电时，至少保证所有接入的车辆至少有一个充电模块为其充电，多余模块按顺序分配或按发车需求分配。

4. 三种模式可自由切换。

4.2.7并机输出功能

直流充电车位，任意相邻两车位可实现主机最高300kW并联输出，即两个主机可并机实现双枪大功率快充，并机输出模式可手动配置在集中控制器，也可根据VIN自动识别充电模式自动配置，或根据车辆需求设置日间双枪大功率快充，夜间均分或有主有次慢充。

4.2.8主动防护过充设计

具备主动监测电动汽车BMS运行状态、电池特性参数及充电桩自身的运行状态等功能，须采用安全冗余设计，主动诊断并处理故障和异常，实现电动汽车充电过程的主动防护。

5.安全要求

充电桩的安全性要求应满足GB/T 18487.1-2015附录B中对应的描述及技术参数要求。

5.1充电桩应具备电源输入侧的过压保护和欠压保护。

5.2充电桩应具备输出过压保护。

5.3充电桩应具备输出过电流和短路保护。

5.4充电桩应具备内部过温保护，当内部温度达到保护值时，采取降功率或停止输出。需具备超温断电功能，当温度过高时，可自动切断充电，防止发生高温自燃等意外，保护充电设备及新能源汽车安全。

5.5充电过程中20分钟内温度升高超过15度保护。

充电过程中当发生下列情况时，充电桩应能在100ms内断开直流输出接触器，且直流输出电压应在1s内下降至60V以下。

1. 启动急停开关；

2. 控制导引故障。

5.6充电桩在启动充电时应人工确认启动。

5.7充电桩应具备软启动功能，软启动时间为3s～8s。

5.8充电桩冲击电流不应超过额定输入电流的110%。

5.9充电桩应具备电池反接保护功能。

6.结束语

充电桩供配电系统在满足供电可靠，同时兼顾实现安全节能、易维护的设计理念。本文在一定程度上为充电基础设施方案提供了思路，以便为其他类似工程提供参考。

参考文献

[1]王旭,齐向东. 电动汽车智能充电桩的设计与研究[J]. 机电工程,2014,31(03):393-396.

[2]田剑. 电动汽车智能充电桩的设计与实现[J]. 科技与创新,2016(01):22.

[3]薛冰,蔡磊,王鹏,蔡文昌,王嗣举. 电动汽车智能充电桩管理方案[J]. 低碳世界,2016(09):221-222.