建筑物充电桩初设比例和功率选择浅谈

2020-05-28李光曦蔡雄飞

智能建筑电气技术 2020年1期

关键词：充电机保有量充电站

李光曦，蔡雄飞

（中信建筑设计研究总院有限公司，武汉430014）

0 引言

新能源汽车市场的发展之快已经超出了所有人的想象。

图1 近几年我国电动汽车保有量

由图1可知，从2015年至2018年，电动汽车规模扩大了6.4倍，以平均每年约1.856倍速度增加，但随着基数的增大，增速逐渐放缓。

中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布数据显示，从2018年7月到2019年6月，月均新增公共类充电桩1.16万台。截至2019年6月，我国充电桩保有量已超过100万台，其中公共充电桩保有量超过41万台（包括交流桩23.6万台、直流桩17.5万台、交直流一体桩0.05万台），私人充电桩保有量超过59万台。全国范围内，车桩比达到 2.8 ∶1。

以上数据表明，无论电动汽车或是充电基础设施均发展迅速。充电基础设施已基本满足电动汽车的发展需求。

充电桩建设主要分为充电站和分散充电设施建设。充电站通常由运营单位单独建设，而分散充电设施属于建筑电气设备的一部分，与建筑物共同建设（或预留）。目前来看，充电站建设起步较早，相对较为成熟；而关于建筑物分散充电设施的设计和安装，由于相关设计标准、图集均推出不久，设计中很多地方尚在摸索阶段。因此，本文将对建筑物分散充电设施设计过程中关于充电车位数量、充电车位选址及快慢充（本文将交流充电桩简称为“慢充桩”、非车载充电机简称为“快充桩”）选择等方面进行探讨。希望能抛砖引玉，为设计同行提供一定的借鉴和参考。

1 充电车位数量的确定

1.1 全国部分城市电动汽车保有量现状

表1列出了我国部分城市新能源汽车累计注册登记数量和汽车保有量，计算了不同区域电动汽车保有量与汽车总数的比值。

我国部分城市新能源汽车保有量表1

由前文可知，全国纯电动汽车占汽车总量的1.12%。表1数据显示，对于样本城市，纯电动汽车占汽车总数比，最大为6.4%、最小为0.58%，最大值与最小值差异接近10倍。

根据武汉市电动汽车的现状，目前住宅小区内停泊的电动汽车数量较少，道路上行驶的电动汽车大多属于出租车公司、网约车公司等。这些电动汽车属于运营型车辆，对充电时间要求较高，通常到快速充电站进行补给，而对住宅、办公等建筑小区地下室充电车位的依赖性相对较小。由此可知，表1数据对于分散充电设施设计分析而言，是相对保守的。因此，对不同城市的住宅、办公等建筑物附属车位，其初装充电桩数量应区别对待，以符合电动汽车实际的使用和发展需要。

1.2 充电站与电动汽车保有量

根据燃油车辆的相关数据，我国近年来机动车保有量与加油站数量关系如表2所示。

我国机动车保有量与加油站数量表2

表2数据显示，平均每座加油站可服务2 300～3 300辆燃油机动车。根据建规〔2015〕199号《住房城乡建设部关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作的通知》，每2 000辆电动汽车至少配套建设一座快速充换电站。由此可见，电动汽车充电站的配比略优于燃油车辆加油站的配比。

由GB 50966-2014《电动汽车充电站设计规范》第2.1.2条定义，电动汽车充电站，应包含3台以上电动汽车充电设备（至少有一台非车载充电机）。笔者认为专用充电站宜采用全直流充电机的模式，建议每一标准充电站采用4台非车载充电机（场地有限时也可采用每组2台非车载充电机分开布置）。考虑远期平均每户购置一辆电动汽车，建议城区每2 000户住宅小区宜配置4台直流充电桩（非车载充电机）。而对于较偏僻的住宅小区，由于市政快速充电站分布间距较远，缺乏相应辅助快充点，则应适当增加直流充电桩与住宅小区规模的桩／户比值。

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1.3 充电车位与总车位占比

为引导电动汽车市场的发展，国家及地方均出台了保障充电车位数量的相关规定。本文列举了几个关于分散充电设施数量占总车位比例设置要求的标准（或文件），如表3所示。

不同文件关于停车场充电车位比例要求表3

对表3进行分析，可知：（1）基本充电车位可由汽车固有停车位设分散充电设施实现，其设置数量应符合当地实际运行的电动汽车保有量规模及其发展速度。（2）住宅小区可采取按一定比例进行初次安装，剩余车位均应预留安装条件。初装比例应符合当地标准要求。（3）大于2万m2的新建公共建筑物及新建社会公共停车场，按不低于10%停车位比例进行安装，小型公共建筑可不设充电车位，同时应符合当地标准要求。（4）工业类项目停车位充电桩配置比例可参考10%配置。（5）既有停车位配建的分散充电设施，宜结合充电需求和配电能力分步实施。

电动汽车替代燃油汽车是一个循序渐进的过程，且电动汽车充电技术、充电桩制造标准也在逐渐进步和完善过程中。与此同时，其他类型的新能源汽车技术也在积极发展，电动汽车不是未来新能源汽车的唯一模式。考虑到电气设备及元器件的老化速度，如果按照100%充电车位进行设计、安装，将会有大量充电桩及相应供电系统设备在地下室或户外停车场所长期闲置，开始使用时就可能面临超过质保期（1～2年）或设计寿命（7～15年）的情况，造成较大的资源浪费，有悖电动汽车节能环保的初衷。

因此，各地宜建立本地电动汽车数据库，用于指导本地充电桩的建设规模。在当前的设计过程中，宜参考实际需要以一定比例进行设计和初次安装，同时按远期需求进行预留规划。对住宅建筑物初装充电车位应集中设置，剩余的车位预留安装条件（包括预留变压器位置、配电回路路由、按规范要求设置独立的防火单元等），并对预留部分设计方案进行存档。另外，如果甲方有增加充电车位的要求，则以甲方要求为准。

2 分散充电车位的选址

2019年4月21日，上海某小区地下车库发生电动汽车自燃，监控视频显示，电动汽车自燃具有燃烧速度快，存在爆燃现象；火灾易蔓延，危害大；伴随大量浓烟，能见度大大降低等特点。

据统计2018年1～10月间，纯电动汽车火灾占新能源汽车95%；由于配电箱短路、充电中自燃、电池短路故障等车辆内部原因造成的起火事故占比80%；未被碰撞、停放中自燃的起火事故占比15%。

由GB／T 51313-2018第3.0.4条可知，分散充电设施宜就近供电，不应靠近有潜在火灾或爆炸危险的地方，如锅炉房、柴油发电机房的储油间等；不宜设在有可能积水的场所；应选取消防力量便于到达的场所。第6.1.5条规定，分散充电设施在同一防火分区内应集中布置，并应符合下列规定：（1）当设置在地下或半地下时，宜布置在地下车库的首层，不应布置在地下建筑四层及以下。（2）地下汽车库分散充电设施，应设置独立的防火单元，每个防火单元的最大允许建筑面积为1 000m2。

以武汉某住宅项目为例，该项目地下车库共2层，包含1 180个停车位，按20%停车位设置充电车位、剩余80%停车位预留充电车位安装条件，防火分区与防火单元划分示意图如图2所示（限于篇幅，仅选取地下一层某防火分区）。

图2 防火分区与防火单元示意图

设计中对防火单元采取的防火措施是：大范围仍然以防火分区为单位，每一防火分区再细分防火单元；每个防火单元与相邻防火单元之间采用防火墙进行分隔，车道上设置防火卷帘（防火卷帘需分两次落下）；各防火单元至少保证两个疏散出口，疏散出口可为直通室外的安全出口或通向相邻防火单元的常开防火门；每个防火单元均设置独立的防排烟系统和自动喷水灭火系统；各防火单元设置独立的应急照明回路，穿越防火单元隔墙的报警总线均设置短路隔离器。

对于改建型建筑物或建筑物群，由于建筑物设计年代通常稍远，且多为多层建筑，往往没有大型地下车库，但地面空间充裕。因此，分散充电车位往往设置在户外。此时，应注意充电车位不应靠近有潜在火灾或爆炸危险的地方，当与有爆炸危险的建筑物毗邻时，应满足GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》的有关要求。另外，还应避免多尘、腐蚀性气体的下风侧、易积水等场所。

3 快充与慢充的充电功率及规模分配

3.1 快充与慢充的充电功率选择

关于快、慢充充电桩的额定充电功率，随着电动汽车市场的不断成熟化、标准化，也在不断地变化。国标图集18D705-2《电动汽车充电基础设施设计与安装》附页中，提供了大量的充电桩参数，其中关于充电桩的充电功率分别为，慢充桩功率：2.86kW、3.5kW、7kW；快充桩功率：21kW、30kW、40kW、42kW、45kW、60kW、75kW、120kW、150kW、160kW、180kW、、320kW、350kW 等；矩阵式柔性充电机：（270×4）kW、（360×3）kW。

根据部分厂家提供的数据，市场上慢充功率有：可调功率充电器如 1.6kW／3.3kW、3.3kW／6.6kW，固定功率充电桩如7kW（杆式或壁挂式）。快充充电桩包括：15kW（小型壁挂式）、30kW、45kW、60kW、120kW等落地式充电柜。

根据汽车厂家提供的不同型号电动汽车数据，本文对几种典型电动汽车充电参数进行对比，如表4所示。

由表4可以看出，尽管电动汽车的厂家和型号不同，但对应的充电功率基本接近，除去最大值和最小值，慢充充电功率计算值主要分布在5.7～6.8kW之间（车载充电机功率，早期车型以3.3kW为主，目前推出的车型大多采用6.6kW），快充充电功率计算值主要分布在37.9～54.8kW之间。

本文认为，简化充电功率级别、统一标准有利于电动汽车行业的健康有序发展和配套设施建设成熟技术的推广实施。同时也有利于进口电动汽车向国家标准靠齐。因此，对于建筑物分散充电设施，其主要充电对象为家用型乘用车，采用慢充功率7kW、快充功率60kW是相对合适的。其他充电功率档位也可根据当地标准和甲方需要选择。

3.2 快充与慢充的规模和安装位置

GB／T 51313-2018第3.0.3条规定：在用户居住地停车位、单位停车场配建的充电设备宜采用交流充电方式，公共建筑物停车场、社会公共停车场、路内临时停车位配建充电设备宜采用直流充电方式。该条条文说明指出，交、直流充电桩的选择主要是根据停车时间长短来确定。

由于直流充电具有充电时间短（约为交流充电时间的1／8）、充电电压高（直流充电电压可高达DC 700V，交流充电电压为AC 220V）、充电电流大（直流电流峰值可达400A，交流电流≤32A）等特点。因此，直流快速充电过程的火灾危险性更大。

文献［5］及本文均认为，不建议将大功率的充电设施（如非车载充电机等）设在建筑物的地下层。另外，考虑到直流桩的结构复杂、维护难度大、造价更高，且未来大量市政专业型快速充换电站的辅助作用。对于住宅小区和办公楼建筑物配建车位，由于人员相对固定，建议全部采用（或预留）交流充电桩。对于商场等流动性较大场所，建议地下充电车位也采用全交流充电桩，同时室外场地或路边设置独立式小型直流充电站相结合的方式。

不同型号电动汽车充电参数实例表4

当地面条件受限，而业主有在地下室设置快充要求时，由于当前国家标准尚未明确不能在地下室设置快充桩，为方便消防救援和维护管理，建议将少量快充桩集中设置在地下室出入口附近，同时应加强该处的消防措施。如利用防火墙或防火卷帘形成独立的分隔，设置独立的防排烟系统并适当增大排烟量，提高喷淋布置密度；为提高报警反应速度，除设置常规感烟探测器外，还应增设点型火焰探测器或图像型火焰探测器；同时建议设置视频监控装置对电动汽车状态进行实时监控，后期物业管理人员也应对此处的消防管理予以重视等。