民用建筑地下车库充电桩配电策略探讨

池 涛

（孝感市公共检验检测中心，湖北 孝感432000）

长期以来，人类对不可再生资源的大量开发与应用，使得当下的石油资源面临枯竭的情况。石油资源的枯竭将给国家的发展带来严重的影响，因此为减少对石油资源的使用，各国相继研发与设计出了不同类型的电动汽车。电动汽车的设计与投入使用使得人们对石油资源的开采有了一定程度的减少。与此同时，使用电动汽车的过程中不会对环境造成污染，因此属于新型绿色环保型汽车，受到众多环保主义者的喜欢与推崇。电能是电动汽车重要的动力来源，在使用电动汽车之前均需要对其进行充电。并且随着市场上电动汽车数量的增加，国家相关政府部门将充电桩建设增加到了民用建筑地下车库建设项目中，建设团队在进行民用建筑地下车库建设时，有必要将电动汽车充电桩建设考虑进来。

1 充电桩类型与技术要求

1.1 充电桩类型

当下，快充充电桩与慢充充电桩是我国主要的电动车充电桩类型。其中，快充充电桩具有充电速度快的优点，是一种快速解决充电需求的充电桩类型，主要通过调整电流与电压幅度的方式实现快速充电功能。使用快充充电桩，能够在较短的时间内完成对电动汽车的充电，对于需要快速充满电量的用户来讲，快充充电桩是一个较好的充电选择。但是有优点就有缺点，对电动汽车电池损耗大就是快充充电桩的缺点，因此为减少对电动汽车电池的损耗，要适当控制对快充充电桩的使用。与此同时，快充充电桩主要由直流充电桩与充电机组成，具有占地面积大的特点，这在一定程度上限制了快充充电桩的建设数量。对于慢充充电桩而言，充电速度慢是其存在的明显缺点，不能满足急需用车的用户的电量需求。但在没有时间要求的情况下，建议使用慢充充电桩对电动汽车进行充电，根本原因是使用慢充充电桩对电动汽车进行充电，不会对电动汽车电池造成损耗。慢充充电桩是当下民用建筑地下车库中最常用的充电桩类型，慢充充电桩又可分为单相慢充充电桩和三相慢充充电桩，该类充电桩具有占地面积小、安装方便、使用方便等优点，因此成为了民用建筑地下车库的使用主流。从电流的角度，又可将充电桩分为两种类型，分别为交流充电桩与直流充电桩。根据充电桩生产厂家提供的数据，本文将两种类型充电桩的主要技术参数列举如表1所示。

表1 两种类型充电桩的主要技术参数

1.2 技术要求

对于民用建筑地下车库而言，一般使用交流式充电桩作为主要充电桩类型，根本原因是使用该类型充电桩的过程中，当电动汽车充满电后，充电桩就会自动断开电源。当发生电路短路、漏电以及过载等故障时，交流充电桩会自动启动报警功能发起报警，警报器响起后维修人员将在最短的时间内来到故障现场，对故障充电桩进行维修。从这一点来看，在技术方面，民用建筑地下车库充电桩配电设计应当满足现有的法律法规以及相关规范。此外，还要充分考虑充电桩的阻电、阻燃以及预警与报警。其中，对于阻燃，可使用阻燃电缆与耐高温材料对充电桩进行配电设计。对于阻电，可通过安装空气开关的方式达到该目的，在漏电以及短路的情况下，充电桩空气开关会直接自动关闭电源进行自我保护。同时，可通过对TN-S系统的使用，实现对充电桩的漏电保护与短路保护。对于预警报警，可将智能预警报警系统应用进来，实现对充电桩故障的及时预警与报警[1]。

2 民用建筑地下车库充电桩存在的问题

2.1 用电成本高，经济性不足

在当前电动汽车充电桩市场上，普遍按照峰平谷不同时间及不同电价标准来收费，而往往用户在使用充电桩时要付出相应的服务费，这样的综合收费方式使得使用充电桩的费用要远远高于民用电费，这就造成了电动汽车在出行过程中所消耗的成本与燃油车之间差距并不大，并没有体现出电动车的独特优势。

2.2 充电桩标准不统一，兼容性不足

一方面，由于公用充电桩与专用充电桩运营部门的不同，在使用客户端上没有形成统一的支付标准，这使得用户在使用过程中受到了许多困扰，对于实际使用也形成了极大阻碍，是当前充电桩使用过程中的突出问题。而由于行业标准的不统一，也造成了充电桩兼容性的不充分。另一方面，由于当前电动汽车充电速度并不快，车主等待时间相对较长，而公用充电桩充电环境也相对较差，这在一定程度上更延长了用户等待充电的时间，用户使用体验相对较差，既浪费了电动车用户时间，也造成了地下车库资源的极大浪费。

2.3 充电桩管理制度缺乏

充电桩作为一种共享的公共社会资源，对于电动汽车车主而言，自助体验相对较好，然而公共充电桩在管理制度上的匮乏也导致了公用充电桩损坏程度的加重。一方面，相关部门没有制定严格的使用标准，部分电动车车主在不规范的使用情况下，对充电桩造成了一定的损坏。而由于充电桩建设过程中对保护设施设置的缺乏，使得充电桩遭到人为破坏的情况屡屡出现，也造成了充电桩损坏率较高的突出现状，极大程度上增加了充电桩维护运营费用，经济效益相对较低。此外，由于管理制度的不明确，充电桩并没有专业人员进行统一管理维护，在停车位相对紧张的情况下，部分燃油车会霸占充电桩，使得电动汽车车主无法充分使用充电桩，造成了充电桩资源的极大浪费。

3 充电桩配电设计中的注意点

民用建筑地下车库充电桩配电设计中要注意的点很多，主要包括充电桩的位置设置、选择充电桩的安装方式、设置充电桩配电箱以设置配电箱回路等，下面主要对这几个方面的内容进行详细阐述。

3.1 充电桩位置设置

充电桩的位置选择与设置是一个重要的内容，为保证充电桩的设置符合要求且满足民用建筑住宅住户的使用需求，设计人员需要将住户使用电动器类别、进出车流情况、电动汽车车位数以及配电设备等考虑进来，全方位考虑才能提高充电桩的配电设计合理性。在电动汽车使用用户不多的情况下，配置少量充电桩即可满足住户的电动车充电需求。同时，在充电桩配置数量较少的情况下，可对充电桩进行集中配置设计，安装于同一个防火区域内，同时在不远处配置与设计相应的配电设备，实现对充电桩的科学集中管理。在民用建筑电动车使用用户较多的情况下，就需要增加充电桩的配置数量。当需要配置的充电桩数量较多时，需要熟悉与明确不同类型充电桩的不同特性，并根据这些特性将不同类型的充电桩配置安装在固定的区域。例如，对于直流充电桩，一般可配置安装于民用建筑地下车库进出口防护区域。对于交流充电桩，可安装于不同的防火区域中[2]。

3.2 充电桩安装方式选择

根据表1可知，充电桩的安装方式主要有两种，分别为壁挂安装方式与落地安装方式。一般而言，充电桩的落地安装过程比较简单。为保证充电桩的落地安装符合要求，需要提前对民用建筑住户使用的电动车类型、高度等信息进行调查。对于壁挂安装方式，主要是指将充电桩安装在建筑墙壁或者建筑柱子上。在充电桩的壁挂式安装过程中，要尽可能降低与避免对消防栓等基础设施带来的影响。对于安装高度，一般高于落地安装方式的安装高度，即壁挂式安装的安装高度应当高于30厘米。

3.3 充电桩配电箱设置

配电箱设置是充电桩配电设计中的重要内容，配电箱的设置合理与否直接关系到充电桩的运作和使用情况。因此，在实际的充电桩配电设计过程中，要特别重视对配电箱的设置。对于配电箱的数量，可根据实际需求进行设置。在充电桩数量需求不多的情况下，一般设置一个配电箱即可。在充电桩数量要求较多的情况下，一般需要设置一个以上的配电箱才能满足用户的充电需求。对于配电箱的安装位置，最好的选择为安装于车库附近的强电间。除此之外，安全也是配电箱设置中注重的点，为提高配电箱设置与使用的安全系数，需要对配电箱进行隔离，避免用户直接接触配电箱，增加安全事故的发生概率。

3.4 配电箱回路设置

回路设置是配电箱设置中的重要内容，进行配电箱回路设置的过程中，要特别注意对短路电流以及剩余电路的保护。对于短路保护，可将低压断路器应用进来，实现对发生短路故障时的电路保护。对于剩余电流保护，可通过选用额定动作电流的方式，降低电流过载等带来的负面影响。通过科学设置配电箱回路，可有效提升配电箱使用过程中的安全系数，最大限度保障用户在充电桩使用过程中的人身安全[3]。

4 民用建筑地下车库充电桩配电策略

在进行民用建筑地下车库充电桩配电设计过程中，要根据民用建筑区域基本情况，对充电桩进行全面配电设计。下面将以某大型住宅小区为案例，探讨民用建筑地下车库的充电桩配电策略。

4.1 项目概况及方案设计

某市一民用建筑住宅小区建筑面积为30万平方米，该建筑小区住宅于2019年年初建设完毕，并于2020年年初投入使用。按照国家相关部门制定的标准，可将该住宅小区归类到大型住宅小区的行列中。对该小区的地下车库进行调查后，确定该小区地下车库停车车位数为2260个。我国国家规划部门出台的相关条例规定，对于新建的建筑住宅，应当按照20%的车位数对地下车库充电桩进行配电设计。随着建筑住宅住户数量的增加，应当逐渐加大对充电桩的配电设计。因此，开始进行充电桩配电设计时，可按照20%车位数，将相应数量的充电桩电源连接到建筑住宅小区配电所中，同时根据小区用户数量，适当增加配电所的容量。此外，为避免对资源的浪费，降低充电桩配电设计成本，有必要对充电桩分步配置建设于配电所周围。同时为应对配电所故障带来的影响，还应当在建筑住宅小区中心配置建设一个单独的配电室。总而言之，在民用建筑地下车库充电桩配电设计初始阶段，可为充电桩设计独立的配电室，同时将容量等因素考虑进来，逐步完成对充电桩的配电设计[4]。

4.2 充电桩输入总容量核算

在案例住宅小区先期设计中，由于小区地下车库总车位数为2260个，按照20%车位数进行先期设计，则需要考虑到的停车位数量约为450个。根据表1中的数据与案例民用建筑住宅地下车库具体情况，可计算出先期设计20%停车位数的充电桩最大容量为2359kVA。对于远期设计100%停车位数的充电桩总容量，则可定为6975kVA。与此同时，对电动车的市场使用情况进行调查后，得出的结论为：将市场上比较受欢迎的电动车充满电后，电动车最大续航里程可达到200km。对该市的电动车使用情况进行调研分析后，认为该市人均电动车每天的行驶里程可达到20km。在20%停车位数的先期设计中，可将这些数据信息考虑进来，这样才能保证配置完毕的充电桩能够满足住宅用户的使用需求。另外，一般情况下电动汽车充电机输入功率小于充电桩的最大输出功率，仅仅根据这一点计算与确定充电桩的输出功率是无法满足要求的，因此在实际的配电设计中，有必要适当增加充电桩的输出功率。

4.3 20%车位数的先期充电桩配电设计

在20%车位数的先期充电桩配电设计阶段，对于该民用建筑小区而言，每一个配电所平均需要为80-100个充电桩提供充电服务，因此经过计算可认为该小区配电所总负荷高于450kVA。根据该民用建筑小区地下车库建设情况以及充电桩使用需求，可为每一个防火分区设置25个左右的充电桩。与此同时，不同防火分区的面积大小不一样，因此能够设置的停车位数量不尽相同。为保证充电桩配电设计的科学性，可根据不同防火分区设计停车位数，对充电桩的配电安装数量进行合理调整与确定。此外，为保证充电桩的正确和长期使用，应当为充电桩配置相应的监控与计费系统，这样既能方便住户的使用，还能保证建设者的利益。当充电桩的设置初具规模时，即可对监控系统进行简化设计，同时预留有线以及无线网络接口，保证后期能对监控系统的功能进行扩展和完善。对于监控与计费系统主机，可设置与安装于相应管理室或者值班室，方便管理人员对充电桩的使用情况实时监督，同时当充电桩发生故障时，还能方便维护人员第一时间达到现场对充电桩进行维修管理[5]。

4.4 100%车位数的远期充电桩配电设计

100%车位数远期充电桩配电设计建立在20%车位数远期充电桩配电设计的基础上。理想状态下，根据该民用建筑地下停车位数量情况，应当为所有充电桩配置8台左右800kVA容量的变压器。同时，在配置与设计100%车位数充电桩的过程中，应当充分考虑到当下电动汽车车载充电机具体情况、充电桩安全技术情况以及电池研发技术情况等，通过市场调研的方式为100%车位数的远期充电桩配电设计工作的顺利进行与完成建立良好的数据与技术理论基础。与此同时，为满足用户日益上涨的电动车充电需求，应当定期增加充电桩、电源变压器的数量与容量，同时对于故障充电桩，要及时进行维修与更换。另外，在进行充电桩配电设计的过程中，为保证配电设计完毕的充电桩能够顺利投入使用，满足广大用户的电动车充电使用要求，不仅需要严格按照国家出台的相关条例进行配电设计，还需要与住宅业主沟通，在充分了解业主各方面使用需求的前提下进行充电桩配电设计，这样才能最大化充电桩配电设计的经济效益与社会效益。

5 结束语

综上所述，在电动汽车使用数量呈直线上升趋势的情况下，为方便建筑住宅业主进行电动车充电，有必要在建筑住宅地下车库增加对充电桩的配电设计，同时这也是国家规划部门等近几年出台的条例规定。在实际的充电桩配电设计过程中，设计单位要注重对建筑住宅小区具体情况的调查以及电池开发技术等各方面技术发展情况的调研，在充分了解充电桩使用需求的情况下进行充电桩配电设计，才能最大化享受充电桩配电设计带来的效益，同时还能提高对民用建筑住宅用户的电动车充电服务水平。