從式(2)可以看出,充電樁輸入容量值的獲取,關(guān)鍵是需要系數(shù)K的合理確定。南方電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG 1巧16.2 -2010《電動汽車充電站及充電樁設(shè)計規(guī)范》中的推薦值為0.8,該值對商用充電站雖然適用,但對住宅小區(qū)的交流充電樁而言明顯偏大,如果直接套用計算,結(jié)果需要的充電容量是非常大的,因此0.8的需要系數(shù)不適用住宅小區(qū)交流充電樁的輸入容量計算。目前還沒有針對充電樁負荷計算的專門的需要系數(shù)可選擇,根據(jù)文獻[ 3 ] 可知,新能源電動汽車充電功率具有大量不確定性因素,電網(wǎng)、充電樁、汽車動力電池的荷電狀態(tài)及用戶行為之間的相互特性非常復(fù)雜,難以獲得量化充電需求特性及分布規(guī)律。需要說明的是,目前常用的用電負荷預(yù)測方法(如蒙特卡洛法、時間序列法、回歸分析法)都有一定的局限性,無法得到準(zhǔn)確的期望值,故可以借鑒一些得到廣泛認(rèn)可的、與充電樁類似的現(xiàn)有使用狀態(tài)參數(shù)。
根據(jù)前述,假設(shè)普通住宅小區(qū)每1個新能源車位均投入使用,則每1輛新能源汽車基本對應(yīng)1個家庭,即基本可以近似認(rèn)為新能源車與所屬家庭數(shù)量是一對一的關(guān)系。每戶家庭的用電量在不同地區(qū)有不同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),但在確定變壓器容量及導(dǎo)線開關(guān)的過程中,基本都遵循相似的需要系數(shù),即JGJ 242一20H《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》3.4.1條說明提供的住
但是充電樁的負荷計算需要系數(shù)在借鑒表1的數(shù)據(jù)之前,需要先考察二者負荷性質(zhì)是否具有相似性。住宅小區(qū)每戶的用電量是一個隨機量,每戶在不同時段的用電量是不同的,對多達上干戶的住宅小區(qū)而言,這個值就具有不確定性。雖然如此,但是從整體來看整個小區(qū)的用電負荷變化情況符合一定的統(tǒng)計規(guī)律,表1的數(shù)據(jù)就是根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律及經(jīng)過實測修正后得到廣泛認(rèn)可的需要系數(shù)。新能源汽車與家庭基本可認(rèn)定為1:1對應(yīng)關(guān)系,充電樁的使用時段也是隨機的,充電樁的充電功率也是變化的,為保護汽車的動力電池,充電樁充電過程是一個智能過程,文獻[ 5 ]描述電池充電過程大體上分為定電流、定電壓兩段充電方式(在一段時間內(nèi)是以恒定的電流對電池充電,能夠另一段時間是以恒定的電壓對電池充電),達到既保護電池又能充滿電的目的,即新能源汽車的充電負荷是變化的,不是恒定不變的。圖1為某動力電池充電曲線
通過圖1可以看出,電池的充電功率在恒流階段較大,在恒壓階段會隨著充電電流的減少而逐漸降低直至某一穩(wěn)定值,這一過程與住宅用電具有類似性,即是一個變化的過程。新能源電動汽車充電一般是在用戶外出歸來之后進行,這與住戶大量用電規(guī)律一樣,二者具有高度的相似性,所以在目前沒有更準(zhǔn)確的針對充電樁負荷計算的需要系數(shù)推出之前,表1的數(shù)據(jù)是可以借鑒使用的??紤]到目前新能源汽車正逐步進入居民家庭,新建住宅小區(qū)充電樁負荷的實際增長是一個緩慢的過程,設(shè)計時參考表1的需要系數(shù)時宜取下限。
二、住宅小區(qū)電動汽車充電樁供電與居民用電共用變配電室可行性探討
為新能源汽車提供可靠的充電**是新能源汽車推廣的一項重要基礎(chǔ)項目,對新建住宅小區(qū)而言,建設(shè)為充電樁提供電力的變配電室無疑是實現(xiàn)這一**的較大措施之一,文獻[ 6 ]通過分析電動汽車不同類型的充電行為可知,當(dāng)大量的充電樁投入使用后,充電負荷與電網(wǎng)原始負荷的疊加將導(dǎo)致電網(wǎng)高峰負荷水平增加約12%,對電網(wǎng)的規(guī)劃及運行造成很大的影響。除此之外,還需要**的房間來建設(shè)變配電室并配備相應(yīng)的高、低壓設(shè)備,這些都會造成房屋建造成本的上升。
為找到一種既滿足充電需求,又不增加或少增加投資的穩(wěn)妥方案,筆者研究發(fā)現(xiàn),每戶居民生活用電的用電負荷指標(biāo)在不同的地區(qū)差異微小,但是一般戶型的用電指標(biāo)多數(shù)不會**6kW/戶,對于面積> 120m2的用戶,其用電指標(biāo)可達到8kW,甚至更多。而小區(qū)交流充電樁的用電負荷一般不過 7kW,由此可見每戶的平均用電負荷與交流充電樁的用電負荷基本相當(dāng)。
此外,與高速公路休息區(qū)、繁華市區(qū)不同,住宅小區(qū)內(nèi)的充電樁使用頻率有明顯的自身特征,居民工作日白天基本是騭車上班。根據(jù)國外相關(guān)調(diào)查,一天當(dāng)中約有14%的私家車處于停駛狀態(tài),工作日下班后是充電樁使用高峰期,大約出現(xiàn)在19:00 一24 00,從隔天0:00一8:00基本屬于低谷期,8.00一19 00基本屬于平穩(wěn)期,這種情況與居民生活用電的峰谷期類似。新能源電動汽車都有自己的固定停車位及**充電樁,可以通過峰谷電價或者一定的管理措施引導(dǎo)車主在隔天0:00一8:00的時間內(nèi)充電,這樣可以減少變配電室的數(shù)量及變壓器的安裝容量,節(jié)省投資,同時也提高了既有變配電設(shè)備的利用率,當(dāng)然此種方案涉及到計費及管理分界問題,需要當(dāng)?shù)毓╇姽九鷱?fù)后方可實施。
隨著電網(wǎng)智能化程度的提高,新能源電動汽車充電樁可以與電網(wǎng)實現(xiàn)實時通信,根據(jù)電網(wǎng)的運行情況,調(diào)整對汽車動力電池的充電負荷,實現(xiàn)智能單向有序充電,即VIG充電模式。充電樁與電網(wǎng)智能互動的更高在模式是除了實現(xiàn)VIG充電模式之外,汽車動力電池作為電網(wǎng)的電力儲備,在緊急狀態(tài)下具備向電網(wǎng)輸送電力、支援電網(wǎng)運行的能力,即實現(xiàn)了雙向有序充電(V2G充電模式)的應(yīng)用。由此可見,隨著VIG、V2G充電模式的相繼實現(xiàn),新能源汽車在夜間用電低谷期進行充電的可行性將大大提高。
三、住宅小區(qū)電動汽車充電樁平面布置
近期投入的充電樁應(yīng)盡量安排在地下車庫內(nèi),這樣的室內(nèi)環(huán)境便于敷設(shè)線路和維護管理,對充電樁防護等級的要求低。充電樁的安裝位置應(yīng)靠近變配電室,且應(yīng)集中布置或分區(qū)域集中布置,宜首先選擇掛墻或柱子的安裝方式,其次選擇落地安裝,但不論哪種安裝方式均不應(yīng)妨礙其他車輛的充電和通行。在沒有采暖的寒冷地區(qū),充電柱設(shè)置位置應(yīng)遠離車庫出入口,盡量減少冬季低氣溫對汽車動力電池充電效率的不利影響。
四、需要注意的電氣問題
因為新能源汽車采用的動力電池在充電過程中不會釋放氫氣,所以不需要做可燃氣體探測,與常規(guī)車庫的消防設(shè)計沒有區(qū)別,但需要特別注意的是,一旦新能源汽車電池著火,因其著火點是在電池內(nèi)部,一般屬于A類及E類火災(zāi),除了配備磷酸銨鹽干粉火火器之外,較有效的常規(guī)滅火劑應(yīng)是水,需要對著電池噴灑大量的水來冷卻火火。
GB 50016-2014《建筑設(shè)計*規(guī)范》L7 ] 3.1條表1規(guī)定電動車庫屬于戊類庫房;CB 50058-2014 《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》[ 8 ]附錄B23 條規(guī)定,新能源汽車電池符合蓄電池?zé)o通氣口、總體積小于該封閉區(qū)域容積1%的條件,且車庫內(nèi)設(shè)置平時送排風(fēng)機,通風(fēng)良好,因此可劃為非危險區(qū)域,車庫內(nèi)的電氣設(shè)備不需要采取防爆設(shè)計。充電樁需要做好等電位聯(lián)結(jié),消除靜電確保人身及設(shè)備安穩(wěn)。
小區(qū)新能源充電柱負荷等級可按照三級確定,但需從變配電室接引**回路,以方便電費計量及管理。小區(qū)也可以根據(jù)實際情況在公共部位設(shè)置部分直流充電柱,以滿足用戶的應(yīng)急充電需求,需注意的是,直流充電柱的負荷等級不應(yīng)**二級。
五、安科瑞充電樁運營管理平臺
1、系統(tǒng)架構(gòu)
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警;用戶通過微信小程序掃描二維碼,進行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。
充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng),配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù),基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,具體功能如下:
資源管理:充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁運行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測
交易結(jié)算:充電價格策略管理,預(yù)收費管理,賬單管理,營收和財務(wù)相關(guān)報表
用戶管理:用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理
充電服務(wù):充電設(shè)施搜索,充電設(shè)施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導(dǎo)航等
微信小程序:掃碼充電,賬單支付等功能
數(shù)據(jù)服務(wù):數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲和解析
變壓器監(jiān)控:監(jiān)控充電站變壓器負荷,每個充電站配備一塊ARCM300T無線表,負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理,即當(dāng)負荷過百分之五十時,系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率,降為百分之五十,當(dāng)變壓器負荷過百分之八十時,系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電,直到負荷下降為止。
2、平臺功能
2.1平臺登錄
在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼,進行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。
2.3實時監(jiān)控
?充電站監(jiān)控
充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等,匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長,進行負荷限制、故障查詢。
充電槍監(jiān)控
充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。
2.4微信小程序
搜索與使用
微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到,點擊后可以加入到小程序列表,如下圖所示
授權(quán)登錄界面
用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時,會進入這個頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面,如圖所示
主功能頁
初次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能,在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站,查看充電站信息,可以進行掃碼充電操作,地圖導(dǎo)航等
個人信息
個人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額,同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能
3、硬件配置
3.1平臺服務(wù)器:建議按照我方推薦配置購買,或者客戶自己租用阿里云資源。
推薦硬件配置清單:(如申請阿里云可忽略)
若客戶自己租用阿里云服務(wù)器,服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同,分別如下:
3.2現(xiàn)場推薦硬件配置清單:
六、總結(jié)
在進行新建住宅小區(qū)的設(shè)計時,按照國家相關(guān)規(guī)定須設(shè)置新能源電動車位,配套1:1設(shè)置充電樁。能源電動車位占總車位的比例由地方標(biāo)準(zhǔn)或的相關(guān)文件確定,除了設(shè)置充電樁的車位之外,其余車位應(yīng)預(yù)留設(shè)置充電樁的條件。
新能源電動車位充電樁一般考慮交流樁,負荷一般不過7kW,所有充電樁總充電負荷計算采用單個充電樁充電負荷代數(shù)相加,考慮三相平衡后乘以需要系數(shù)確定,然后再根據(jù)充電負荷計算結(jié)果選擇配電線纜及保護開關(guān)。這種方法只是借鑒住宅負荷計算比較成熟的需要系數(shù),新能源充電樁充電負荷計算的準(zhǔn)確系數(shù)的確定也將需要一個較長過程,并需要后續(xù)使用檢驗,根據(jù)具體使用情況陸續(xù)加以修正。設(shè)置新能源充電樁的車庫的其他電氣設(shè)計可以按照普通車庫標(biāo)準(zhǔn)進行,不需要進行特殊考慮。
新能源汽車是一種很有優(yōu)勢的交通工具,踴躍穩(wěn)妥的推進與其配套的充電樁設(shè)計與安裝,能夠促進新能源汽車的推廣與普及,降低居民的出行成本,減少城市生活環(huán)境中污染物的排放。
參考文獻
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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版