城市某电动汽车 充电站的电气设计要点探讨

杨雯琦

陕西省现代建筑设计研究院有限公司 陕西省西安市 71000

摘要

随着我国新能源汽车的不断发展，充电桩作为其必备的配套设备，也受到了社会的广泛关注。城市内充电站的建设，对于保证新能源汽车的使用具有重要的推广作用。本文根据国家及地方的相关规范要求中有关电动汽车充电桩的电气设计方面的国家规范要求，对充电桩的设计原则、配电、计量、监控以及接地安全等内容进行分析、探讨。希望能

关键词：电动汽车充电桩；配电；电气设计；城市；

1、前言

2021年11月4日，西安市印发《加快推动新能源汽车产业高质量发展的实施意见》，到2025年，力争全市新能源汽车产业规模以上工业总产值占全市汽车制造业的40%以上，产销规模稳居全国前列。近年来，电动汽车发展较为迅速，为满足电动汽车的充电需求，根据电动汽车充电需求预测，计划在某住宅小区旁建设快速充电站，以满足电动汽车用户的出行需求。

2、地方规定及充电桩建设必要性

2.1.充电设施发展需求预测

1. 西安市充电设施发展规划

根据《西安市推进新能源汽车充电基础设施建设三年行动方案（2020—2022年）》的印发，到2022年底，全市基本建成适度超前、车桩相宜、智能高效的充电基础设施体系，确保满足新能源电动汽车充电服务需求。

2.2充电桩建设必要性

1.减少环境污染，改善城市环境

城市充电站的建设将推动电动汽车的广泛应用，有利于减少环境污染，改善城市环境。

2.有利于推动西安电动汽车产业的发展

随着国家实施中心城市战略，西安将成为我国西北地区的经济增长极。同时，电动汽车的商业化应用与西安城市建设和绿色交通体系建设的需求相符合，城市充电站的建设将推动西安电动汽车产业的发展。

3.改善能源结构，缓解能源危机

一次能源资源越来越匮乏，能源结构的不合理给资源采购、运输和环境带来很大压力。因此，有必要发展清洁能源。城市充电站的建设有利于缓解能源紧缺矛盾，改善能源结构。

4.满足电动汽车的充电需求

近年来，电动汽车发展较为迅速，为满足电动汽车的充电需求，需根据电动汽车充电需求在一定程度上增设充电站。

3充电站建设方案

3.1概述

3.1.1工程建设规模

（1）本次计划在某小区，利用现有停车场共计44个停车位，建设21台120kw双枪直流充电桩，2台60KW单枪直流充电桩，确保该站点车辆充电需求。后期可根据市面充电车辆逐年递增的情况，增加充电桩位置。

（2）配套建设2台容量为1250kVA的箱式变压器，电压等级为10/0.4kV。

3.1.2 主要技术原则

（1）每台分体式直流充电机功率为120kW，1机2充，即每台充电机可同时为2辆电动车进行充电，并可对2个充电枪的输出电能根据策略进行自动负荷分配；直流充电机功率为60kW，1机1充，即每台充电机可同时为1辆电动车进行充电。

（2）44个车位采用单双列结合布置，为现有停车场车位。

3.2总平面布置

3.2.1 功能区域划分

（1）功能区域分充电车位、箱式变压器等部分。

（2）车位为现有单双列结合布置。

3.2.2 充电系统布置

本次共布置44个车充电工位，其中42个车位，按照每2个车位为1组，每组车位配置1台分体式直流充电机120kW；剩余2个车位个配置1台直流充电机功率为60kW。

3.2.3 供配电系统布置

配置2台容量为1250kVA的箱式变压器，电压等级为10/0.4kV，根据现场情况就近布置。

3.3充电系统

充电桩选型主要考虑两个方面，一是现行市面新能源汽车电池容量和充电电流大小，二是综合场站现场环境来确定充电桩功率大小，保证充电桩长期的广泛的适用度，以及节约相关投入成本。

3.3.1 主要功能

具备自动负荷分配功能。

具备直流输出侧计量功能。

具备刷卡启动、停止功能。

具备运行状态、故障状态显示。

具备充电连接异常时自动切断输出电源的功能。

具备通过CAN接口与电池管理系统通信的功能，获得车载电池状态参数。

具备和上级通信管理单元之间通信的功能。

具有根据电池管理系统（BMS）提供的数据，动态调整充电参数、自动完成充电过程的功能。

具备输出过压、欠压、过负荷、短路、漏电保护、自检功能。

具有实现外部手动控制的输入设备，可对充电机参数进行设定。

自带APF单元，补偿后功率因数应达到0.95以上。

3.4供配电系统

3.4.1供配电系统

（1）供电电源接入方案

根据现场情况，暂定为采用1回10kV进线就近接入停车场最近的10kV接入点，暂按电缆型号采用ZC-YJV22-8.7/15-1×185mm²，最终以供电部门意见。

3.4.2 电气接线方案

10kV、0.4kV侧均采用单母线接线；采用中性点直接接地运行方式。

3.4.3 短路电流控制水平及主要设备选型

（1）短路电流控制水平

10kV、380V短路电流水平分别按25kA、50kA考虑。

（2）主要设备选型

选用美式箱式变压器，容量为2台1250kVA接线组别采用Dyn11，阻抗电压4.5%，变比10±2×2.5%/0.4kV；10kV进线采用真空断路器，变压器出线采用负荷开关配合熔断器；低压侧采用框架、塑壳断路器。

（3）电力电缆选型

箱式变0.4kV出线至充电桩分别采用ZC-VV22-0.6/1.0-4×95＋1×50mm²、ZC-VV22-0.6/1.0-4×35＋1×25mm²电缆。

3.4.4 接地

主接地网以水平接地体为主，辅以垂直接地体，水平接地体采用-50×6热镀锌扁钢，垂直接地体采用63×6等边角钢。全站接地电阻应不大于4欧姆。

低压配电采用TN-S系统，电气设备所有不带电的金属外壳均应可靠接地。

3.4.5 照明

照明利用停车场现有照明设施。

3.5 二次系统

3.5.1 监控系统

监控系统实现功能包括充电监控功能、安防监控功能、计量功能和通信功能：

3.5.1.1充电监控功能

分体式直流充电机整流柜内嵌监控装置，监控装置完成面向单元设备的检测及控制功能，向运营监控系统转发数据并接受运营监控系统下发的控制命令。

（1）数据采集

采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等。

（2）控制调节

向充电机下发控制命令，遥控充电机起停、校时、紧急停机、远方设定充电参数等。

（3）数据处理与存储

a）充电机的越限报警、故障统计等；

b）系统对站内数据根据性质、重要性进行分类，当数据量大时，可以根据预定策略，选择或自动屏蔽信息，保证重要信息的实时上送；

c）对充电机遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询。

（4）事件记录

操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录、电池组参数异常记录等；

3.5.1.2安防监控功能

由摄像头、硬盘录像机等装置实现。对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候的监视，以满足电力系统安全生产所需的监视设备关键部位的要求，同时，该系统可实现充电站安全警卫的要求。

安防监控的监视范围如下，但不限于此：

a）监视站内区域内的充电机、车位；

b）监视站内变压器栅栏。

3.5.1.3计量功能

电网与充电站之间的计量：采用高供高计，在箱变进线侧配置高压关口表。

3.5.1.4通信功能

利用通讯管理单元通过无线通道将信息上传至上级运营监控系统。

3.5.2 设备布置方案

充电监控功能：分体式直流充电机内嵌测控装置。

安防监控功能：摄像头在车位四周对角安装，中间根据需要增设。

计量功能：低压关口表布置于箱变内，直流智能电能表布置于分体式直流充电机内。

通信功能：1台通讯管理单元布置于箱变内。

结语：汽车充电桩在新型城市建设中已成为必须配套设计，电气设计应合理安排充电桩及线槽等设备的布局、充分考虑安全配置要求，同时应采用节能、环保等设备材料。为城市居民提供一个舒适、高效安全的电动汽车条件，进一步推动新能源汽车应用及发展。

参考文献：

[1]周志敏，周爱华.电动汽车充电桩（站）设计与施工【M】.中国电力出版社.2016

GB/T50966-2014 《电动汽车充电站设计规范》

GB/T 18487.2-2001《电动车辆传导充电系统 电动车辆与交流/直流电源的连接要求》

Q/GDW478-2010《电动汽车充电设施建设技术导则》

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