基于平衡用电充电站配线浅析

郭雄伟 马科 杜克强

摘要：本文通过分析现有充电桩用特性，选择8台直流充电桩和4台单相交流充电桩，进行分析，得出一种优化的配线方案，促使三相达到用电平衡，降低充电站的电力损耗，最后降低运营成本。

关键词：电动汽车;充电桩;无序充电（V0G）;配线

0 背景：

随着电动汽车的保有量的增加，為了解决充电难问题，各地也大面积建设充电桩和充电站。加上2020年国家的大基建的东风，充电站建设更是越来越多。随之而来的充电桩的配线问题也成为建站的关键问题。本文主要通过分析现有的直流充电桩、交流充电桩的用电特性，结合负荷计算，提供出一种更优的配线方案，并给出每相的接入桩类型和数量，从而达到三相平衡，来降低电力损耗，即线损耗。

1 充电桩用电特性

（1）交流充电桩用电特性

交流充电桩分为单相和三相，三相只有在待机时，不均衡，与单相待机功耗一样，所以只考虑单相交流充电桩。单相交流充电桩无论充电，还是在待机，由固定某相提供电能，会导致不平衡，需要调整接入每相数量，使得三相平衡。

（2）直流充电桩用电特性

直流充电桩高压部分使用三相平衡供电，低压部分使用固定某相进行供电，在接线时，注意相序，使三相平衡。

2.负荷计算

（1）交流桩负荷

根据《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》的规定，单相单台交流充电桩的最大电流为32A，而三相的单台交流充电桩最大电流为63A。工频电压的规定单相电压为220V，而三相线电压为380V。则单台单枪单相交流充电桩额定功率最大为 P=UI=220V*32A=7.040kW ，一般交流充电桩待机功耗在15W以下（电流小于0.07A）。而单台三相交流充电桩额定功率最大为。

市面上除了比亚迪的车有三相交流充电为其它都是单相的，所以，选择单相交流充电桩7KW的交流充电桩（单枪），也就是单相过载电流为32A。

（2）直流桩负荷

根据《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》的规定，输出端额定电压700v/1000V， 电流范围为80A、125A、200A、250A，按照最大的功率P=UI=1000V*250A =250kW，实际充电达不到这个值。

根据浮充电压取电池额定电压的 1.125 倍，均充电压取电池额定电压的 1.175 倍，最大不超过1.2倍的标准计算，结合最小电池包（速达329.4V*135Ah）和最大电池包（宇通618V*228AH），得充电最大电压在387V到726V。电池的充电率在0.1C到1C之间根据电池厂家决定，根据速达充电桩显示的充电需求电流在0.1～1C 之间，所以取0.7，根据最大的电池包（宇通客车电池包618V*228AH）来计算P=1.175*618*228*0.7=116kW。

市面上的直流充电桩单桩功率在60kW@750VDc（双枪、单枪）、120kW@750VDc（双枪）、120kW@1000VDc（双枪）的直流充电桩居多。

选取120kW@1000VDc作为计算依据，直流桩一般分为低压控制部分和高压电源模块部分，上边讨论的120kW都说的是高压电源模块部分在充电中最大的功率。低压部分一般功耗小于30～100W（有通讯模块的功率比较大），现在桩都时联网桩，待机功耗比较大，按照中等偏上计算，低压功耗66W（0.3A）计算。输入最大电流为

3.配线截面积选择

常见配线截面积有1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2、240mm2、300mm2。结合第2部分计算的负荷电流，单相交流充电桩选择6mm2的铜线就能满足通过32A电流的要求;考虑直流充电桩，长时间工作电流只能达到峰值电流90%，故选择70mm2的铜线比较适合，在低压电缆选用交联聚乙烯绝缘类型，即YJV22-1kV开头的线缆。

4.三相接入充电桩数量和类型分配

根据充电桩的用电特性，结合现阶段都是无序充电（V0G），尽量做到三相平衡用电。以8台直流120kW（假设低压部分使用C相）和4台交流充电桩为例说明。考虑直流充电特性的特殊性我们先考虑直流充电桩，直流充电桩在待机时，只有一相给低压电路提供电能，所以需要A、B、C 在每个充电桩上进行错相连接，达到三相平衡的原则。即第一台直流桩A、B、C与电源的A、B、C连接，第二台直流桩A、B、C与电源的B、C、A连接，第三台直流桩A、B、C与电源的C、A、B连接，第四台与第一台接法相同，一直循环下去。最后我们发现，A相和C项接入3台桩的低压用电，B 相接入2台低压供电，待机时，A、B、C相电流为0.9A、0.6A、0.9A，三相电流不平衡率=（0.9-0.6）/0.9=0.33。

所以我们把交流桩的4台接入到B相中，待机时B相增加0.07*4=0.28A，最后A、B、C相电流为0.9A、0.88A、0.9A，三相电流不平衡率=（0.9-0.88）/0.9=0.022。与国家规定的三相电流不平衡率小于15%（即0.15）。

5.结束语

在建设充电站时能调节三相负载，使得三相负载的不平衡率，国家规定范围降低到最低。使得三相达到尽可能的平衡，从而降低电力损耗（线损耗），降低充电站的运营成本。随着电动汽车的三电技术的不断提高，推动汽车的充电技术要不断的提高，促使充电站的布局方案不断的优化，以达到低碳、低成本、环保、便捷的要求。

参考文献

[1]GBT 20234.2-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》[S]

[2]GBT 20234.3-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》[S]

[3]全国安全生产教育培训教材编审委员会.《低压电工作业》[M]

[4]GB 50966-2014《电动汽车充电站及充电桩设计规范》[S]

[5]GB 50052-2009 《供配电系统设计规范》[S]

项目：三门峡速达交通节能科技股份有限公司研究项目《智能充电系统能量损耗分析研究》

（三门峡速达交通节能科技股份有限公司 472000）