电动汽车充电站设计初探

王毓林

摘 要:根据国家电网电动汽车充电设施典型设计,以国网公司“换电为主,插充为辅,集中充电,统一配送”的电动汽车充换设施的建设方针为指导,列出了站址选择原则,供配电系统,充换电系统,综合监控系统设计内容。

关键词:电动汽车充电站设计构思技术方案

中图分类号:TM910 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0047-01

1 电动汽车充电站设计依据

以《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》和《国家电网公司电动汽车充电设施典型设计》为指导,以电动车国家标准,国家电网公司电动汽车充换电站相关的6项行业标准等技术规范文件为建设依据,以电动汽车市场需求发展为导向,采用模块化设计方法,充分体现系统扩展性和开放性,以标准化、通用化为工程实施原则,为今后充电机推广使用奠定基础。

2 设计构思

电动汽车充电站系统主要组成部分:

(1)供配电系统:供配电系统主要为充电设备提供电源,主要由一次设备(包括开关、变压器及线路等)和二次设备(包括监测、保护和控制装置等)组成。

(2)充换电系统:充换电系统是整个充换站的核心部分,主要为电动汽车动力电池系统安全自动的充满电。主要包括充电桩、充电机、计费装置、电池更换设备等。

(3)综合监控系统:监控系统是充换站安全高效运行的保证,它实现对整个充换站的监控、调度和管理,主要包括充换电监控系统、计量计费系统、配电监控系统、安保监视系统。

(4)配套设施:充换电站配套设施包括照明设备、温控系统、消防设施、自助交易终端、电池维护设备等。

3主要技术方案

3.1 站址选择依据

站址应位于经济发展重区,综合考虑行车线路进出走廊,负荷位置,站用电源,交通运输,土地用途等多种元素,并符合市区土地利用总体规划。站址规划区内公用服务设施齐全,建设后将利用就近的生活,给排水,防洪的设施和其最终规模的统筹规划。

3.2 供配电系统设计

根据《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》的要求,大型充换电站进线电源采用10kV双路供电。

电动汽车充电设备属于谐波源负荷,为确保电能质量和电力系统的安全、经济运行,需采取谐波电流的措施10kV每段母线配置一套有源滤波器(APF),APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,。电动汽车充换电站有源滤波器(APF)容量的大小,是由电动汽车充换电站总体充电机容量大小所决定的。

3.3 充换电系统设计

3.3.1 整车充电系统设计

整车充电系统主要针对未来市区电动公交和其它中型车辆等的整车充电。一般情况下整车充电采用慢速充电方式进行充电,即按0.4C(C是电池容量)的充电电流充电,充电时间为3～4h(按深度放电后的再充满电的最长时间计算),根据以上原则,选择充电机充电电流为150A。

配置200kW(输出电压范围:DC350-700V;额定输出电流:300A)分体式直流充电机,对大型车辆进行整车充电;配置105kW(输出电压范围:DC350-700V;额定输出电流:150A)分体式直流充电机,对中型车辆进行整车充电;配置40kW(输出电压范围:DC250-500V;额定输出电流:80A)分体式直流充电机,对小型车辆进行整车充电,配置7kW(220V/32A)交流充电桩对车辆进行充电。

充电机采用分体式,分体式充电机指交直流功率变换和直流输出控制两部分分立为两个单体的形式,它们之间通过电缆连接组成一套完整的充电机。

3.3.2 电池更换系统设计

电池更换系统是电池充换站的核心组成部分,由电池箱、电池充电架、换电设备等组成。电池箱是指由若干单体电池、箱体、电池管理系统及相关安装结构件(设备)等组成的成组电池,具备符合标准的电池箱结构、电池箱监控设备(电池电压、内阻、温度、充放电电量、电池箱身份识别、充放电过程管理等)、电池箱接插件、电池箱环控设备等。电池充电架由若干充电单元组成,每个充电单元由若干充电机、电池组及电池管理系统、烟雾传感器、电池存储架(和快速更换系统匹配)等组成。换电设备指针对不同类型电动汽车,适应不同标准等级电池箱能力的电池更换设备及其配套附件。具有方便、快捷、准确更换电池箱的功能。

3.4 综合监控系统设计

3.4.1 充换站监控系统

充换站监控系统的网络结构分为三层:第一层为充换站中央监控管理系统,包括数据服务器、WEB服务器、监控主机等设备;第二层为配电监控、充电监控、烟雾监视和视频监视四个子监控系统;第三层为现场智能设备。各子监控系统通过局域网和TCP/IP协议与中央监控管理系统连接,实现对整个充换站的数据汇总、统计、故障显示及监控。

3.4.2 计量计费系统设计

充换电站内由用电采集终端负责采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息,通过本地工业以太网与计费工作站通讯,将整个充换电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理,并把电量和计费信息存储到数据库服务器中;通过充换电站计量管理机完成与用电信息采集系统或上级监控中心的通信,确保上级系统能够实时获取充换电站内的电量信息。

3.4.3 配电监控系统设计

(1)保护部分

10kV进线保护:光纤电流差动保护,三相一次重合闸,具备三段式过流保护功能;分段开关需配分段保护装置,具备三段式过流保护功能;10kV电压并列装置,具备两段母线的电压并列功能;变压器配变压器保护装置,具备三段式过流保护、过负荷保护、低压侧零序电流保护、超温告警或跳闸、低压保护等保护功能;0.4kV开关采用开关自带的过流保护功能。0.4kV侧设分段备投装置。

(2)测控部分

具备配电系统各间隔的电流电压等电气参数的遥测功能、开关位置的遥信功能以及重要开关(10kV开关、0.4kV进线开关和联络线开关)的遥控功能。

3.4.4 安防监控系统设计

视频监控系统主要考虑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图像监视,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,该系统可实现充换电站安全警卫的要求。

主要监视范围及监视对象: 监视充换电站区域内场景情况,监视充换电站内常规敞开式刀闸的分、合状态,监视充换电站内变压器等重要运行设备的外观状态,监视充换电站内主要室内场景情况,并实现双向通话;监测充换电站内主要室内(主控室、设备室等)温度、湿度和场地电缆沟的水浸情况;实现充换电站防盗自动监控,可进行周界、室内、门禁的报警及安全布/撤防;实现站内消防系统报警联动,并对消防系统运行状态进行监视;实现对空调等设备的远方状态监视和控制。

4 结语

作为国家的一项节能、环保政策,国家将加大力度推广新能源汽车进入市场化的应用,电动汽车充电站设计和建设也日将增多,本文通过简介,使大家了解电动汽车充电站的基本组成。随着更多的电动汽车站项目的开始,国家电网政策及技术的新生事物,充电站工程建设将日趋完善。