淺談電動汽車充電站結(jié)構(gòu)與接入電源

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：本文首先進(jìn)行了電動汽車充電站概述，包括電動汽車發(fā)展概況， 電動汽車充電站分類及配置，電動汽車充電站結(jié)構(gòu)。之后，研究了充電站電源接入原則與充電樁負(fù)荷接入對配電網(wǎng)影響及應(yīng)對，包括充電站電源接入原則以及充電樁負(fù)荷接入對配電網(wǎng)影響及應(yīng)對措施。本文所做的研究可以為規(guī)劃充電站提供設(shè)計依據(jù)，也可以為尚擬建的充電站規(guī)劃設(shè)計提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電站；結(jié)構(gòu)；接入電源

一、發(fā)展背景

在2001年,國家發(fā)布關(guān)于《國家“863"計劃電動汽車重大專項》相關(guān)措施以確立新能源“三縱三橫"的重要研發(fā)布局；2009年通過啟動“十城千輛"節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程,大大地推動了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；此外，為了為進(jìn)一步加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改革與升級已發(fā)布《電動汽車科技發(fā)展“十二五"專項規(guī)劃》,明確了關(guān)于“純電驅(qū)動"技術(shù)的重要轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,這次明確、強(qiáng)調(diào)推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)以及制定總體發(fā)展規(guī)劃和充電設(shè)施技術(shù)的研究,并探索其商業(yè)運(yùn)營模式；2019年國家降低電動汽車補(bǔ)貼，為破除新能源汽車充電難題，各地大力補(bǔ)貼充電設(shè)施的建設(shè)，為充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定堅實地基。

二、電動汽車的基本情況

響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號召，開展電動汽車的應(yīng)用和推廣工作，切實發(fā)揮其節(jié)能減排的優(yōu)勢作用，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧共處。隨著鋰電池技術(shù)的成熟和應(yīng)用，有效的解決了電動汽車動力電池能量密度低的問題，電動汽車?yán)m(xù)航能力得到各方面的提升，目前續(xù)航里程基本達(dá)到350公里。解決了續(xù)航問題后，電動汽車在用車費用上的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢得以體現(xiàn)，加之的扶持政策，電動汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅速的發(fā)展，社會電動汽車的保有量逐年提升。伴隨當(dāng)前社會新能源汽車的廣泛使用，也為充電樁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的商機(jī)。

三、當(dāng)前電動汽車充電樁建設(shè)問題

現(xiàn)階段電動汽車的數(shù)量不斷增多，其充電體驗問題始終是困擾著相關(guān)用戶的重要問題，充電體驗影響到電動汽車行業(yè)的整體發(fā)展。目前國內(nèi)充電站運(yùn)營企業(yè)魚龍混雜，不少運(yùn)營商為了獲取補(bǔ)貼，不做合理規(guī)劃，盲目建設(shè)充電站，導(dǎo)致充電站無法為社會電動汽車車主提供充電服務(wù)，沒有形成較高的效率商業(yè)運(yùn)營模式。社會上出現(xiàn)大量的僵尸樁，無人管理、無法使用，造成社會資源的浪費。電動汽車充電樁產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十余年的發(fā)展已經(jīng)形成國家及行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前國產(chǎn)充電樁基本滿足國內(nèi)不同品牌的車輛和車型充電需求。但是由于充電站的運(yùn)營和管理上存在的問題，導(dǎo)致充電樁使用體驗差， 具體體現(xiàn)如下（：1）找不到充電樁：缺少必要的運(yùn)營平臺及移動應(yīng)用，導(dǎo)致車主無法通過移動應(yīng)用查找充電樁（；2）充電樁故障：不少充電站的充電樁處于故障狀態(tài)，沒有得到及時的維修和標(biāo)記，車主找到充電樁后無法使用（；3）充電車被占用：由于對充電車位缺乏管理方法，經(jīng)常出現(xiàn)燃油車占用充電車位的問題，導(dǎo)致電動汽車車主有充電需求而無法充電。

四、電動汽車充電站分類及結(jié)構(gòu)配置

1、電動汽車充電站的分類

充電站可根據(jù)規(guī)模數(shù)量、類型、用途及布置位置等進(jìn)行分類。按建設(shè)規(guī)模分為：大型充電站、中型充電站、小型充電站等；按類型分為：公共運(yùn)營充電站及充電站；按分布位置分為：高速公路充電站、城市集中充電站、商業(yè)綜合體充電站、社區(qū)充電站、城市離散充電站等

2、電動汽車充電站的結(jié)構(gòu)配置

雖然電動汽車充電站的分類方式不同，但是充電站的基本結(jié)構(gòu)和配置是相似的。充電站結(jié)構(gòu)主要包括：（1）充電設(shè)施部分，主要是充電樁及附屬部分（2）配電系統(tǒng)部分，主要是為充電樁提供電源的配電設(shè)施及附屬設(shè)施；（3）安防部分，主要是視頻監(jiān)控（4）消防部分，主要是消防設(shè)施。

五、充電站供電電源接入要求

在進(jìn)行充電站電源的選擇上，應(yīng)結(jié)合本地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)及本地區(qū)較大負(fù)荷預(yù)測相結(jié)合考。如較大用電負(fù)荷、較大高峰負(fù)荷預(yù)測、用戶報裝容量、供電半徑等,多方綜合選出電源點。

1、充電站供電電源接入要求

（1）屬于二級電力用戶的充電站宜由兩回路中壓供電電源供電，兩回路中壓供電電源宜引自不同變電站，也可引自同一變電站的不同母線段。每回供電線路應(yīng)能滿足百分之一百用電負(fù)荷的供電要求。（2）屬于三級電力用戶的充電站由單回路中壓供電電源供電。（3）充電站應(yīng)采用10kV電壓等級供電。（4） 交流充電樁應(yīng)采用380V或220V電壓等級供電。

2、充電站配電變壓器的配置原則

（1）變壓器應(yīng)采用節(jié)能環(huán)保的箱式變壓器。（2）在滿足消防條件下，宜優(yōu)先選用油浸式變壓器。（3）單臺變壓器的額定容量不宜大于160 0kVA。（4）變壓器的負(fù)載率取百分之八十，此時變壓器運(yùn)行效率較高。

3、充電站及充電樁電源導(dǎo)線的選擇

由于不同充電站的負(fù)荷容量不同，電源導(dǎo)線的選擇要根據(jù)充電站的負(fù)荷進(jìn)行選著，錯誤的選擇會導(dǎo)致電源導(dǎo)線橫截面偏小，充電電流強(qiáng)度較大，導(dǎo)線無法承受其沖擊，造成導(dǎo)線超載引起的火災(zāi)等事故。

六、充電樁負(fù)荷接入對配電網(wǎng)影響及應(yīng)對措施

1、負(fù)荷接入對配電網(wǎng)影響

對電網(wǎng)運(yùn)行可靠行性的影響。由于電動汽車充電機(jī)具有非線性的負(fù)荷特性，單個充電樁工作電流時，對網(wǎng)影響較小，但當(dāng)大規(guī)模電動汽車隨機(jī)接入電網(wǎng)充電，尤其在峰值時的大規(guī)模接入導(dǎo)致電網(wǎng)符合激增，造成電網(wǎng)過載運(yùn)行，可能會影響電力系統(tǒng)的安穩(wěn)與可靠運(yùn)行。

對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。電動汽車在充電時產(chǎn)生大量的諧波， 危害電網(wǎng)的電能質(zhì)量；大量單項電源的充電樁接入，如果電源接入設(shè)計不合理，產(chǎn)生電壓的三相不平衡，對配電網(wǎng)影響較大。

2、相關(guān)應(yīng)對措施

（1）充電站申請變，根據(jù)充電站建設(shè)規(guī)模到供電公司申請負(fù)荷，在享受政策補(bǔ)貼的同時，避免過載現(xiàn)象。（2）對充電站配電系統(tǒng)加裝無功補(bǔ)償及有源濾波設(shè)備，降低電動汽車充電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。（ 3） 合理規(guī)劃、合理設(shè)計，保證充電站運(yùn)行的安穩(wěn)，降低充電站運(yùn)營對電網(wǎng)的影響。（4）加大清潔能源的接入，充分利用區(qū)域能源優(yōu)勢，在分布式光伏發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電的豐富的地區(qū)，充電站易接入分布式電源，提高清潔能源的利用率，同時降低電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。

七、安科瑞充電樁運(yùn)營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運(yùn)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(jìn)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(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；和用戶通過微信小程序掃描二維碼，進(jìn)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(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運(yùn)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(yùn)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(fù)荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時，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(fù)荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)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(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁

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

l 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(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

l 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

l 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

l 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(jìn)入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示：

l 主功能頁

初次進(jìn)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(jìn)行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等。

l 充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，電價和預(yù)計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評價。

l 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：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

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)場硬件配置清單：

八、結(jié)束語

電動汽車充電車站作為為電動汽車供應(yīng)能源的基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)劃、建設(shè)的合理性、便利性都是電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展與普及的關(guān)鍵。部門增加對產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管及扶持、設(shè)計單位加強(qiáng)電動汽車充電站規(guī)劃設(shè)計的合理性、設(shè)備制造企業(yè)加大技術(shù)研發(fā)的力度、充電站運(yùn)營商提高運(yùn)營管理水平，都有利于促進(jìn)電動汽車行業(yè)及電動汽車充電樁產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 喬仕剛.電動汽車充電站結(jié)構(gòu)與接入電源探討

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用