新能源汽车充电设施的电气设计

2018-02-16李锋

现代制造技术与装备 2018年1期

李锋

（武汉英康汇通电气有限公司，武汉 430040）

国家政策要求加快新能源汽车的使用，并建设相应的充电设施，满足新能源汽车的行驶需要。随着新能源汽车的使用和普及，与其相关的充电设施进入快速建设阶段，下文将对此开展详细的介绍。

1 新能源汽车充电设施电气设计主要内容及相关政策规范

新能源汽车充电设施电气设计的主要内容如下。第一，了解国家的现行政策以及各地方的政策等，提供咨询服务。设计人员不仅需要为客户提供高质量的设计作品，还需要了解各项法律法规，解答客户的疑问，提高客户决策的准确性。第二，各项方案之间的合理配合。主要包括与之相关的电气设计法律法规、建筑施工特点和电气设计方案之间的有效配合，并根据建筑功能确定新能源汽车的数量，从而确定充电设施的数量和设置方案等。同时，在设计电气方案的过程中，科学合理地估算新能源汽车充电所需的容量和其对变压器的需求等内容，确保新能源汽车充电设施的经济效益。第三，新能源汽车充电设施配电方面的设计。主要是结合建筑物的作用以及新能源汽车的实际使用情况，科学选择充电设施，同时设计与之相匹配的配电系统，提升配电系统的设计水平。

新能源汽车充电设施电气设计的相关政策规范，要求设计人员在实施设计工作之前，掌握电气设施建设当地的政策规范，根据规范的具体内容设计电气方案，设计工作中一般可以按照《电动汽车充电站设计规范》等政策规范实施设计[1]。此外，我国的供电部门为新能源汽车充电提供优惠政策，促进新能源汽车的使用，并与国家政策相适应，且满足新能源汽车使用者的需求。设计人员掌握并运用新能源汽车充电设施电气设计的相关政策规范落实设计工作，是新能源汽车发展的必然要求。

随着新能源汽车走进千家万户，我国新能源汽车保有量不断上涨，这也给充电设施的设计与建设提出了更高的要求。相关部门加快了建设步伐，国家也陆续出台了一系列鼓励政策和指导意见来促进新能源汽车的发展。由于我国在电池、电机及电控等领域长期以来的积累，我国在新能源汽车领域已经取得了长足的进步，相关政策更加务实，目标更加准确，尤其是在技术路线的选择方面更加符合实际，由当初的以纯电动为主，到现在以插电式混合动力为主。而且具体的推广方式也发生了转变，前期以公共交通领域的纯电动汽车为主，在完善充电设施建设后，可以在私人领域推广插电式混合动力汽车。但是就目前来看，我国的新能源汽车的发展仍然面临诸多问题，其中充电设施的建设问题亟待解决。

2 新能源汽车充电设施的电气设计

2.1 充电设施技术特点及选型

新能源汽车充电设施一般可以分为慢充和快充两种形式。慢充形式的充电设施是指交流充电设备，输入的是单相交流电，而输出的同样是交流电，不能直接为新能源汽车的蓄电池充电，而是需要通过新能源汽车配备的充电机，才能实现充电功能。慢充形式的充电设施又可以按照不同的用途分为公用型和家庭型两种。公用型慢充设施的输出功率相对于家庭型的慢充设施稍大，但是最大的输出功率也被控制在7.5kW左右，需要的充电时间相对还是比较长。家庭型的慢充设施输出功率相对比较低，一般最高不超过2.8kW，需要较长的时间充电，其优点是投资成本较低，且很多的新能源汽车售卖点提供赠送服务，因此比较受欢迎。同时，家庭型的慢充设施设计相对简单，施工操作简单，有利于控制施工单位的建筑成本。快充的形式采用的是直流充电，充电设备内部安装有整流设备，可以直接为新能源汽车提供直流电源，为蓄电池充电[2]。直流快充的充电设施生产厂家不同，其最大的输出功率有所不同，但最低不低于22kW，最高不高于220kW。通常质量较高的品牌直流快充设施，其对应的输出电流和电压的变化范围较大，可以适应不同类型的新能源汽车，满足不同的充电需要。一般情况下，新能源汽车快充设施的安装方式为落地式。

对于新能源汽车充电设施的选择，则需要根据建筑物的作用，总结附近人群以及使用建筑物的人群特点、使用新能源汽车的类型和特点，合理选择充电设施。通常情况下，充电设施会选择快充和慢充合理分配、共同拥有的形式，以便满足不同用户的需求。

2.2 充电设施配电系统设计

第一，需要根据充电设施的使用场所、新能源汽车蓄电池的容量以及充电设施的类型等因素，确定配电系统设计需要的参考数据。充电设施使用的场所不同，其充电高峰期的需求和时间也有所不同，因此，需要考虑变压器工作的载荷情况，确定配电系统系数。此外，若是需要改建或是扩建，则重点审核变压器的容量和载荷情况，确定其是否满足改建、扩建的需求。第二，确定配电系统的负荷等级。通常情况下政府部门的充电设施可看作是二级负荷，而民用建筑的负荷等级则为三级，相关的监控系统和计量系统可以看作是二级负荷。此外，对于有特殊用途的场所则需要根据实际情况确定负荷等级。第三，充电设施配电箱的设计。新能源汽车的充电设施需要按照区域配电，而配电箱提供的配电范围则不宜过大，应以不跨越防火分区为主，线路的回路设计最好不超出十回，安装时配电箱最好与地面保持约30cm的距离，并结合相应的防护等级实施安装。配件箱一般需要安装在附近的配电车间或是管理室中，若是安装在车库等室外场所，则需要安装一定的防护措施，避免撞击等损坏配电箱，影响新能源汽车充电设施的安全使用。

3 新能源汽车充电设施电气设计应注意的事项

3.1 充电设施所产生谐波的治理

谐波对新能源汽车充电设施的影响主要表现在三个方面：一是导致充电设施内部的电力计量仪表不能正常工作，共振谐波变大时，对仪表的影响更为明显；二是配电监控的智能系统会因受到谐波的影响而失效；三是谐波造成的温度变化，影响配电开关的使用。其治理措施主要是，安装滤波器等相关设备，安装位置一般选择在低压母线的侧面，进行集中安装。谐波的主要来源是充电设施的整流器，可以通过改变整流脉动次数的形式减少谐波造成的影响。同时，在电气设计和施工中采用屏蔽方法，分开设计通信电路和电力线路，从而促使配电监控智能系统稳定运行[3]。

3.2 充电设施电能计量及其管理

新能源汽车充电设施的电能计量及其管理，应满足智能化的需求。部分充电设施有自身的电能计量仪表，且拥有人机交互的智能界面，用户可以按照智能系统的提示自行操作。新能源汽车较多的场所中还需要配有配电监控智能系统，准确计量新能源汽车充电需要的电能，且配电监控智能系统还可以保护、监控相关的配电系统，确保配电系统安全、稳定运行。充电设施自带的电能计量仪表应具有不同费用标准的计量性能，自身带有与主机相连的通讯接口，可以将充电数据及时传送至后台管理。