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1、电动汽车充电桩设计实例分析随着国家的大力推广，充电桩在项目中越来越常见，但在实际设计过程还是存在各种各样的问题，既有设计层面的，也有政策层面的。基于此，笔者深感有必要将自己在项目中的经验教训做一个全面的总结。本文选取的工程实例为一火车站站前广场综合工程，包括站前广场、地下人行通道、市政道路、公交办公楼、公交停车场、地下车库等，根据车位数量按要求设置充电桩。1、建设模式目前主流的充电站建设模式主要有：（1）业主将场地租赁给第三方，由第三方投资建设充电站，运营收入归第三方，业主收取一定的租金或者是收益分成。此时设计由第三方完成，第三方既是设计方又是运营方，多为以充电桩运营为主业的企业。（2）业主出
2、资建设，但设计与施工均由第三方完成。此时电源报装、设计、施工全部由第三方打包完成，不需要设计院介入，该第三方多为与供电部门比较熟络的单位，此种方式多见于公交充电站。（3）常规的设计院设计、业主建设并自营模式。上述三种模式中，前两种都不需要设计院做具体设计，所以在设计前必须要搞清楚该项目意向采用哪种模式，以免做无用功。不同建设模式比较见表Io不同建设模式比较表1建设模式建设方设计方运营方场地租赁式第三方第三方第三方打包式业主第三方业主自营式业主设计院业主本工程中的公交充电桩即是采用的第二种模式，地下车库停车场的私家车充电桩采用的是第三种模式。2、计量模式计量模式是充电桩设计的重点，不同计量模式下
3、的电费相差很大,这直接关系到充电站的运营成本。为了鼓励充电桩的建设，2015年10月，国务院办公厅印发关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见，部署大力推进充电基础设施建设，解决电动汽车充电难题。并且，早在2014年，国家发改委就颁布了关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知，确定对电动汽车充换电设施用电实行扶持性电价政策，明确对经营性集中式充换电设施用电实行价格优惠，整体执行大工业电价，并且实行峰谷分时电价政策。表2所示为峰谷分时时间段。峰谷分时时间段表2尖峰时段20：00-22：00共2h高峰时段9：00-15：00共6h平段7：00-9：00,15：00-20：00,22：00-23：0
4、0共8h低谷时段23：00-次日7：00共8h本工程地下车库设置有7kW交流桩36个，30kW直流桩13个，设置一台500kVA专用变压器。设本工程充电桩需用系数为0.6,总功率为385kW,使用时间段为7:00-19:00共12h,则平段和高峰段时间各为6h。电费分为两部分，基本电费和电度电费，执行工商业用电需支付基本电费，执行大工业用电免收基本电费。2.1 基本电费计算基本电费按最大需求或变压器容量计算，每月缴纳。按最大需求容量计算时单价为28元kVA月，则基本电费为:28元X50OkVAX12月=16.8万元/年。按变压器容量计算（设负载率为70%）单价为42元kVA月，基本电费为:42
5、X50OkVAX70%X12月=17.6万元/年。当负载使用率70%左右时，两种选择费用相近，目前每月可向供电部门调整一次，本工程按最大需求容量计算，基本电费为16.8万元/年。2.2 电度电费计算电度电费跟单价及实际使用的电量相关，其计算结果如表3所示。电度电费计算比较表3电量指标大工业电价工商业电价电价/（元/千瓦时）平段0.601高峰段0.61140.6907用电量/（千瓦时/天）231123114622电费/（元/天）1388.91412.93192电费/（万元/年）50.6951.57116.5总费用/（万元/年）102.26116.5执行大工业电价后每年可以节约电费（116.5T0
6、2.26）+16.8=31.04万元。从表3可以看到,如果能够享受到电价补贴，每年可以节省大量的电费，如此就能以更加低廉的充电价格吸引到电动车主，此举也成为了充电桩运营的关键。要享受此项优惠政策，武汉地区需要先到发改委备案，获得固定资产备案证。每个地方的流程会有所不同，具体需要咨询当地政策。2.3 供电计量方案除了拿到备案证以外还有一个重要的问题，那就是如何给充电桩做单独计量，这个需要与供电局充分沟通供电方案。以笔者的经历,遇到过设置开闭所然后给充电桩单独配置变压器并挂表的方案（图D,也有整个项目挂一块总表，充电桩单独设置箱变，再挂一块分表的方案（图2）。不同的项目具体挂表方案都会有所不同，这
7、个需要结合项目实际情况和供电局的要求确定。以本工程为例，考虑到充电车位分属在不同的地块，且后期管理运营部门也不同，最终采用设开闭所然后给充电桩变压器或箱变单独挂表的方案，图1即为供电答复函中的供电方案简图。r-E 一路灯IOOkVA、500/5II GJ)通道3l5kVA、20/5充电 3l5kVA、20/5WD-H-充电500k VA、办公800 k VA、30/550/5图1开闭所计量供电方案简图图2分表计量供电方案简图3、充电桩配电设计解决了建设模式和计量模式的问题后才正式进入充电桩的配电设计，充电桩配电设计需考虑负荷计算、配电系统设计、平面设计、充电管理系统设计。3.1 负荷计算依据1
8、8D705-2电动汽车充电基础设施设计与安装,单台充电桩的计算负荷见式(1)：S=Pcos(1)式中，S为单台充电桩的输入容量，kVA；P为单台充电桩的输出功率，kW;n为充电桩的工作效率，一般取095;cos为充电桩的功率因数，取0.95。各类充电桩的计算负荷见式(2)：PV=KrPP=K(2)式中，Pp2为慢充/快充的输入功率，kW；L为需要系数，可查18D705-2电动汽车充电基础设施设计与安装表格或曲线，本工程慢充取0.4,快充取0.7。充电桩总计算容量见式(3):s”KtSn(3)I式中,SjS为总的计算负荷，kVA;KT为同时系数，取0.9；Sn为某一类充电桩的输入容量，kVA；得
9、到本工程的计算容量为Sis=0.9(0.4X36X7/0.950.95+0.7X13X30/0.95X0.95)=41妹VA,需要设置一台500kVA的充电桩专用变压器。1.1 2配电系统设计充电桩配电系统的设计为常规设计，但也有几点需要注意：(1)按照GB51348-2019民用建筑电气设计标准，充电桩回路需要设置限流式防火保护器；(2)配电箱进线需设置计量装置；(3)配电回路应设置漏电保护，系统图如图3所示。t j W1-7.flW-lJPE-81kWIU=9Coaf-0.8l13w 国51 2QMNDBlL:*O2PftO3lM)ZC-YWy IO)-Scio-WSW2d L21LptW
10、DZC-YJYxlO)-SC40-WS W- L2MPE WDzc-YjY(JxIO)-SCiO-WS N1-3W-1123HPE-nuDM2-2rC180yWDZC-YJTHxii+10)-SC50-WSN2JOkW-U 2JMPE而花ME57丽史匚而-1*xMbD40 ( *40 8/20u)卜11顿画讪JB闽NPB1L02P0.03l 1DM2l-J2C0JP , 4DCL-1C80y ;NDBI 中200/5iHOtTtf n.,f-FtfO2.n图3充电桩配电箱系统图3.3 充电桩平面设计平面布置时需要注意以下几点：(1)充电桩应尽量集中布置，且尽量靠近配电房，以缩短供电距离。充电设
11、备外廓距充电车位边缘的净距不宜少于O.4mo(2)室内充电设备基础应高出地坪50mm,室外充电设备基础应高出地面200mmo(3)充电车位宜设置车档，以防止车辆倒车时撞坏充电设备。3.4 充电桩管理系统设计根据规范充电站应当设置充电监控系统，系统宜具备数据采集、控制调节、数据处理与存储、事件记录、报警处理、设备运行管理、用户管理与权限管理、报表管理与打印、可扩展、对时等功能。同时充电桩需要安装计量装置，监测和管理收费数据，目前缴费方式主要有刷卡缴费和APP支付缴费。针对以上需求，需要设置一套充电桩管理系统(图4)o需要特别指出的是，如果采用APP支付方式，则需要引入Internet网。如果项目
12、内的单体已经接入外网，只需要将管理系统接入已有外网即可;如果该停车场是单独的项目，且周边不方便接入有线网络，也可以采用4G卡接入无线网络。接入网络后用户只需要扫描充电桩上的二维码或者直接在APP上操作即可完成缴费。桃HA”g* IO 工做图4充电桩管理系统图4、设备形式选择目前主流的充电桩设备有三种，不同形式的设备配电设计也会有所不同。(1)充电主机系统将配电模块、充电功率模块和管理模块全部集中到一个集装箱中,类似于一个箱变与充电管理模块的结合体，可以直接给直流充电末端供电，中间无需再设配电箱(图5)。充电主机最大可以做到1250kVA,需要占用较大的空间，但直流充电末端设备比较小巧，其体积仅
13、比交流充电桩稍大，可以大大节约空间，也比较美观。交流充电桩功率小，直接从充电主机接引会占用过多资源，经济上不划算，通常做法依然是由充电主机出回路给配电箱，配电箱再给IO kVWkV充电主机低压配电箱交流桩供电。充电主机的接入电源一般为IOkV,所以配电设计时需要注意在开闭所或中心配预留IOkV回路。AC38OVGPRS手机APP中心U控系铳充电监控计计费 视算瞌控云端服务器上最以太网工业交换机GPRS ：以太网F；KOy I -以太网J3AC22OV.Gr-视频Ift控烟雾探1IaC22()VAC3W)V以太网TwiFIr图5充电主机系统简图(2)充电堆顾名思义，就是将多个充电模块堆在一起，现
14、场设置直流充电堆柜，每面柜子可以给多个充电车位充电(图6)。如4个或者6个车位为一组共用一面充电柜，可以将其看做是缩小版的充电主机。充电堆柜内含有管理单元，具备功率分配功能，可以根据本组内的充电情况实时调配充电功率。以一个6桩360kW充电堆为例，当本组内只有2个桩位充电时,可以给每个桩各调配180kW的功率使其快速充电；当有6个车位充电时，给每个桩各调配60kW的功率。这样能够大大提高充电效率，节省充电时间，对于经营方来说,则意味着更快的流转，更多的现金流。另外在车位较多且集中的情况下，选择充电堆系统，可有效降低线缆成本。云蟠服务器H流充电城AuK(NAC58OV充电监控计量计费视频监控 0
15、手机APP中心监控系统GPRS :以太网 ,*,GPRS-,1以太河 AEN以太网工业交换机以太网WlFI视X监控图6充电堆系统简图(3)一体机每个桩内均含有功率模块和管理单元，箱变或变压器与充电桩之间需要设置配电箱，也是市面上最常见的，可以一桩一枪也可以一桩双枪(图7)。以上三种模式，充电主机多用于大功率的充电站，如城市公交、大巴车充电站等。充电堆和一体机常用于私家车充电站，相对来说充电堆模式的充电效率更高，末端设备比较小巧，美观性也更好。而一体机模式比较简单，故障时影响面较小。三种模式各有优缺点,需要根据项目实际情况及业主需求合理选择。本项目为站前广场综合工程，车流量大，直流桩设置比例高于一般项目，且主要的充电车位设置在地下室，不宜设置箱变，地下室设置有充电桩专用变压器，故本工程直流桩采用充电堆模式、交流桩采用一体机模式。5、结束语设计师在接触充电桩设计时，往往仅关注充电桩本身的配电设计,却对国家优惠政策和供电报装的了解不够，而这些恰恰是充电桩设计的关键，很大程度上影响到充电站能否在竞争中取得优势，能否盈利，进而影响到充电桩的推广。本文对设计师平常疏于了解的部分进行了介绍，希望能够抛砖引玉，引发更多更深刻的讨论。
