住宅建筑电动汽车充电桩的电气设计及方法分析

住宅建筑电动汽车充电桩的电气设计及方法分析

曾海坤

广东众诚电力建设工程有限公司 528137

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。近几年来随着国家对节能减排要求的提高以及相关环保政策的推进，电动汽车保有量迅速增长，作为电动汽车大规模推广应用的重要前提和基础，电动汽车充电设施的建设显得尤为重要。目前，根据国家相关政策明确规定，新建住宅小区停车位要求100%建设充电设施或预留建设安装条件，可见充电桩已经成为目前住宅建筑电气设计的一项重要内容。本文就住宅建筑电动汽车充电桩的电气设计及方法展开探讨。

关键词：住宅小区；充电桩；电动汽车；电气设计

引言

电动汽车是国家大力发展绿色能源，清洁能源的一项措施，各住宅小区及商业公建今后都将建设充电桩为电动汽车服务，合理规范的充电桩供配电设计是确保电动汽车充电安全，及排除消防安全隐患的有力保障。

1发展背景

节能减排已成时代主题，新能源汽车应运而生，得到了国家的大力扶持，车辆保有量不断增加。据国际能源署分析结果显示，在强有力的政策支持和电池成本快速下降的双重驱动下，到2030年，插电式汽车的保有量将增至1.25亿～2.20亿台。中国作为全球最大的插电式汽车市场，销售数量不断增长，爆发出了强劲的发展态势。与之相对的是充电设施紧张，限制了电动汽车消费。国务院印发了《节能与新能源汽车产业发展规划》，各地政府积极响应。《上海市电动汽车充电设施建设管理暂行规定》要求，新建住宅小区应按照不低于总停车位10%的比例预留充电设施安装条件;广东省《关于加快新能源汽车推广应用的实施意见》要求，新建住宅停车位必须全部建设充电设施或预留安装充电设施接口等。电气设计作为住宅小区电动汽车充电设施配备的关键，应考虑安全、便捷等服务需求。

2充电桩的分类

现阶段电动汽车充电桩主要分为直流充电桩和交流充电桩两种。直流充电桩自带整流器，可以将输入的三相交流电输出为电压和电流可调的直流电，充电速度较快（1～2h满载），又被称作“快充桩”，缺点是装置占地面积大、投资较高。交流充电桩需要通过电动车的车载充电机为电动汽车充电，车载充电机功率小，充电速度较慢（5～8h满载），又被称作“慢充桩”，优点是装置占地面积小、安装方便、投资较小。对于住宅小区而言，电动汽车充电桩均为住户自用，其充电时间基本集中在晚上休息时间，充电时间很充足，故无需快速充电也能满足日常使用。由此可见，住宅小区更适合采用交流充电桩，目前一般采用单相7kW慢充型，安装方式为壁挂或落地安装。

3住宅小区电动汽车充电桩的电气设计

3.1充电设备的安装位置探讨

充电设备总体布置应便于使用、管理、维护及车辆进出，应保障人员及设施的安全，并符合下列要求：一个电动汽车停车位宜设置一个充电接口；充电设备的布置宜接近供电电源，不应设在室外地势低洼易产生积水的场所和易发生次生灾害的地点，不宜设在有爆炸危险场所的正上方、正下方；不宜设在有剧烈振动或高温的场所，不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所，不宜设在浴室或其他经常积水场所的正下方。充电设备防护等级应GB4208-2008《外壳防护等级（IP代码）》的要求，室内型的充电设备防护等级不低于IP32；在室外安装的应具有防尘、防水的功能，其防护等级不低于IP54，对于在沿海地区或易内涝地区充电设备防护等级宜不低于IP56。为方便充电操作，充电设备应靠近充电车位的后侧或侧面布置，充电设备的布置位置不应影响其他车辆的通行及操作人员安全。电动汽车停车位的充电设备布置可按“一位一桩”原则设置，也可“多位共桩”设置。

3.2负荷计算

对于住宅小区地下车库而言，充电桩均为物业统一配置安装，其选用型号也是一致的，目前标准型号为单相7kW交流充电桩，故地下车库充电桩的总计算容量可按以下公式确定：

S_js=K×N×P÷（η×cosφ）

式中Sjs———N台充电桩的总计算容量（kVA）；

K———充电桩的需要系数；

N———充电桩的计算数量；

P———单台充电桩的输出功率（kW）；

η———充电桩的工作效率，可取0.9；

cosφ———充电桩的功率因数，可取0.95。

从公式可以看出，仅充电桩的需要系数取值是未知的，并且没有能够参照的规范和手册，可见合理选择需要系数是充电桩负荷计算的关键。众所周知，需要系数K为电动汽车充电桩同时充电的概率，与充电桩数量有直接关系。当前常见家用电动汽车的续航里程为150～300km，按每天通勤里程30～40km考虑，再计入天气、路况、驾驶习惯、计量误差及居民的充电习惯等多种因素，私家车在小区停车库充电的间隔时间约为3天左右。再者，目前市场上主流电动汽车的车载充电机功率一般为3.3kW和6.6kW，在充电时实际消耗的功率并没有达到7kW，所以负荷计算时需要系数可进一步降低。供电干线或区域配电箱和变压器侧充电桩的需要系数如表1所示。

表1住宅小区停车库交流充电桩需要系数

3.3地下车库交流充电桩配电系统设计

地下车库的交楼充电桩的配电设计一般采用放射式供电，在地下车库防火分区内的低压配电间内设置交流充电桩配电箱，交流充电桩配电箱可按地下车库充电桩区域设置，由建筑物变配电房的低压配电馈线柜引出馈线回路，采用低烟无卤交联聚乙烯绝缘、聚烯烃护套A级阻燃型电缆经电缆桥架引至交流充电桩低压配电柜，由交流充电桩配电箱引出各充电桩出线回路经电缆桥架及穿管引至各交流充电桩。交流充电桩配电箱系统图如下图1所示：交流充电桩配电箱的出线断路器需要具有漏电保护功能，交流充电桩配电箱为多台交流充电桩供电时应考虑供电电源的三相平衡，此系统图按照7kW交流充电桩设备进行设计。

图1充电桩配电箱系统图

3.4线路敷设

线路敷设作为住宅小区电动汽车充电设施电气设计不可或缺的一环，应结合充电设施位置采取相应的解决方案。当电动汽车充电设施处于住宅小区室外停车场时，应在合理位置预留户外配电箱，并由此分流到各个充电设备上。如果选择落地式充电桩，还需注意其与充电位边缘净距离不得低于0.4m，但也不可过度远离，应满足使用便利性和安全性要求。当电动汽车充电设施位于住宅小区地库时，则建议选择放射式或树干式的配电方案，注意明确敷设线路路由，或采取预留专用电缆桥架的方式，为后续物业和电力公司施工提供便利。针对准许电动汽车不指定地下车库区域的全覆盖项目，则应采取插接式母线槽系统，线槽直身段标准化设计密集插接口，双面灵活设计插口，以有效解决用户变更或增加充电桩位置的电源供应问题。若线缆敷设不规范，极有可能发生碰撞风险，诱发短路电弧火灾事故。根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》，要严格执行国家相关标准，规范住宅小区电动汽车充电设施安装行为，通过电气设计优化，采用合理的开关线缆和剩余电流动作断路器，同时与电气火灾监控系统关联，实现有效防控。

结语

充电桩的设计较为繁琐，贯穿于整个规划、方案设计、施工阶段，电气设计人员应与相关专业密切配合，只有确定合理的配置数量，选取合适的安装位置，确定合理的供电方案，选择合理的需要系数，充电桩设计才能达到经济节能、远近兼顾的目标。

参考文献

[1]赵蕾.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案[J].智能建筑电气技术，2019（3）：8-11.

[2]吴斌，孟焕平.住宅小区车库交流充电桩需要系数取值探讨[J].建筑电气，2019（12）：3-8.

[3]丁学鹏，唐建.新建住宅小区电动汽车充电桩配电设计[J].智能建筑电气技术，2018（3）：1-4.

[4]盛健.新能源汽车充电设施的电气设计与实施研究［J］．武汉勘察设计，2019，(05):28－34.

[5]王宇.电动汽车充电设施建设与电气设计［J］．现代建筑电气，2019，(S1):19－22.