电动汽车充电设施建设与电气设计

王 宇

(华东建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

随着环境污染和能源形势的日益严峻，发展新能源汽车已作为国家战略。据悉，目前国内已建成的充电桩与充电站的数量，远远低于新能源汽车的销量增长。以上海为例，截止2014年底，本市共销售新能源车辆约1.1万辆，而建成的充电桩为4 500多个;2015年将新增1.6万辆新能源车，其中新增新能源社会车辆约1万辆。伴随着新能源车辆规模的增长，充电设施配套难、充电桩建设缺口大，已成为制约新能源汽车发展的突出问题。本文针对上海市对电动汽车的充电设施要求，思考电气设计中应同步关注的问题。

1 充电设施建设背景

自国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)的通知(国发〔2012〕22)后，各地政府积极推出相关政策，上海市政府各部委发布了不少推广方案及政策，大力发展新能源汽车。

1.1 上海市出台的技术规范与相关规定

(1)DGTJ 08-2093—2012《电动汽车充电基础设施建设技术规范》2012年7月1日起执行。

(2)沪交科〔2015〕553号《上海市电动汽车充电设施建设管理暂行规定》2015年7月1日起执行。

(3)充电设施设置原则:遵循“自(专)用为主、公用为辅、快慢结合、分类落实”原则，在设施建设方式上做到“合建为主，单建为辅”。

(4)指标要求:

①新建住宅小区、交通枢纽、超市卖场、商务楼宇，党政机关、事业单位办公场所，园区、学校以及独立用地的公共停车场、停车换乘(P+R)停车场应按照不低于总停车位10%的比例预留充电设施安装条件(包括电力管线预埋和电力容量预留)。

②鼓励根据实际条件在以上规定基础上增建。

③已建项目鼓励建设结合旧区改造、停车位改造、道路改造等实施。

2 充电设施分类

(1)按照权属划分为三类:

①自用充电设施，即专为某个私人用户提供充电的充电设施，主要分布在居住小区内。

②专用充电设施，即专为某个法人单位及其职工提供充电服务的充电设施，以及在住宅校区内为全体业主提供服务的充电设施。

③公用充电设施，即服务于社会电动车辆的充电设施，包括经营性集中式充换电设施。

(2)充电设施充电模式如表1所示。

表1 充电设施充电模式

(3)充电设施种类分为统刷卡式充电桩和智慧型交流智能充电终端。

智慧型交流智能充电终端集合了电动汽车分时租赁、电动汽车公共充电桩、手机APP、LBS地理位置服务、后台动态监控、实时信息推送、互联网移动支付七大功能模块于一体，可实现O2O商业模式的综合运营平台。充电设施分为壁挂式(室内/地下)和桩体式(室外/地面)。

①壁挂式包括智能充电终端、集成配电中心、多功能操作中心三部分组成，实现1个集成配电中心可供给10个智能充电终端。多功能操作中心可分别独立控制每个智能充电终端，也可通过手机APP完成定位、二维码扫描、校验、充电、支付等一些操作，实现高度集成化、操作简易化、视觉美观化。

②桩体式集合了智能控制面板、交流枪充电口、便携式充电口组成，通过手机APP进行充电桩定位、二维码扫描、校验，实现“三定一自”，即定电量、定时间、定金额和自动四种模式进行充电及支付。

设备基本参数如表2、表3、表4所示。

表2 壁挂式智能充电终端基本规格参数

表3 桩体式智能充电终端基本规格参数

表4 集成配电中心基本规格参数

智慧型与传统刷卡式充电桩主要区别在于，前者采用了“互联网+”的新型模式，可以通过手机APP自动定位最近的充电桩位置，通过二维码进行扫码认证、校验、计量、充电、监控，最终通过互联网移动支付，完成全部充电环节，避免了各个物业分散式管理，减少了用户使用上的不便。

3 建筑电气相关设计

目前多数项目电气设计仅根据预测的充电桩数量，将用电量预留在配电房内。对于大型项目，地下空间层高有限，管线较为复杂密集，竣工时室外地面铺装已完成，如未在土建施工阶段进行容量预留及管线预埋，建成后增加充电桩设施，免不了进行改造，给业主造成二次浪费。

3.1 供配电

(1)应按照项目所在地政府要求的充电设施占总停车位的比例估算用电容量，拟定供电方案需报所在地供电部门申请，并得到批复。

(2)充电设施不占用住宅小区自用的公共电力容量(包括用于向住宅小区路灯、电梯、水泵等公用设施以及物业服务企业供电的电力容量)，对小区常规的用电容量不造成影响。

(3)原则上利用已有配电设施，已有设施无法满足容量要求时，进行增容改造。

(4)交流充电桩由桩体、电器主回路、控制模块、人机交互模块组成，采用单相供电，一般每桩功率不大于7 kW。

(5)低压配电设备及线路的保护应满足GB 50053—2004《低压配电设计规范》中的相关规定，剩余电流保护装置应安装在供电电缆进线侧;在充电桩进线端加装防雷器，带有信号输出;采用微断配置操作机构，具有带负荷分断能力和过流保护能力。

(6)谐波治理:充电桩为非线性负载，工作时产生谐波。依据GB/T 14549—1993《电网质量公用电网谐波》要求，需符合0.38 kV电压总谐波畸变率低于5%的规定，避免污染电网及对用户计量造成偏差，影响楼内的设备正常运行或造成干扰等。

3.2 线路敷设建议

(1)室外停车场地，应选择合适的部位预留户外配电箱，再分配电到各充电桩。如使用地面充电桩方式，充电桩应靠近充电位布置，以便于充电，同时设备外廓距充电位边缘的净距宜保持不小于0.4 m的安全距离，以满足充电设施的安装空间同时，注意使用安全。

(2)地下车库电动汽车停车区域规划明确的项目，采用放射式或树干式配电方式，明确线路路由，或预留专用电缆桥架，用电点管线到位，方便将来物业和电力公司施工安装工作。

(3)地下车库电动汽车停车不指定区域，要求全覆盖的项目，可采用插接式母线槽系统，母线槽直身段标准化设计密集插接口，插口设置灵活，双面都可以，结合车位群组，更方便用户变更充电桩位置或增加时，就近解决电源问题。

3.3 安装与运维各方关系

了解安装与运维各方关系，设计相应配合，如表5所示。

表5 安装与运维各方关系

3.4 智能化要求

(1)通信。小区、办公场所建设的充电设施，可视情况考虑接入充电服务信息公共平台，有效促进充电设施资源共享。作为电网配用电侧的电动汽车充电桩，其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。因此，电动汽车充电桩通信方式的选择应考虑以下问题。

①可靠性:通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪声干扰的考验，并保持通信的畅通。

②双向通信:不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。

③多业务的数据传输速率:随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

④灵活性和可扩展性:由于充电桩具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着ALL IP网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

(2)安防。必要、专业的安防设施对于预警、控制、取证、服务有着非常重要的作用。充电站及充电桩安防监测是电动汽车充电站监控系统的一部分。实施目的如下:

①对进入充电区的车辆，人员进行监控并提供服务。

②对配电室、监控室、更换电池操作间、休息室等的温/湿度进行监测记录。

③对分布式充电桩的运行情况进行实时监测，对异常情况进行拍照并上传。

④对火灾等异常情况进行报警、录像、上传。

⑤对非法闯入进行判断并报警。

(3)消防方面注意充电设施配套的电缆桥架、配电箱(柜)的安装位置、高度，不影响建筑的疏散体系、消防设施等公共区域消防安全为前提。

(4)专用、公用充电设施应建设充电数据采集与监测系统，并接入市级监测平台。

4 结语

上海自(专)车桩比现状为1∶0.4，而国外车桩比指标为1∶1.2，深圳为1∶1.5，以一桩一充为主，不低于1∶1.2。相关的发展指标有待大幅提高的趋势。

结合《上海市充电设施建设管理暂行规定》推进住宅小区、办公场所建设充电桩的同时，按照公私比1∶5积极推进商业地块、公建配套、路边停车、高速服务区等公用充电设施的建设。上海市新能源2个大型示范区和6个中小型示范区(2个大型示范区为嘉定国际汽车城、崇明岛，6个中小型示范区为上海国际旅游度假区、临港新城、虹桥商务区、杨浦新江湾城、闵行交大校区以及奉贤南桥新城)。这些区域的项目设计时，设计人员应做好充分的配合预留准备。

据已接触的各地项目观察，各地政府对新能源汽车产业发展规划推出相关要求，对于新建小区(公建)充电设施规划占总停车位的要求指标，北京为18%，江苏为10%～20%，珠海为20%等。同时，国家可能将充电设施标准作为示范城市考核标准，相关的设计和建设标准有待统一，建筑电气设计时应有适当超前的意识。

［1］ DGTJ 08-2093—2012 电动汽车充电基础设施建设技术规范［S］.

［2］ 沪交科〔2015〕553号 上海市电动汽车充电设施建设管理暂行规定［G］.