電動汽車充電站電氣系統設計淺談與應用

摘要:隨著科技的不斷發展和進步，大型電車研發并投入到運營當中，能有效滿足我國環保工作和清潔能源的使用需求。隨著我國大型電車市場保有量的不斷增多，相應的充電站配套充電設施也應加強建設，這樣才能為不同類型的電動汽車的穩定運行提供充足的電力保障。基于此，本文對大型電動汽車充電站電氣系統設計實施深入的分析，為電動汽車充電站的設計和建設提供可靠的參考。

關鍵詞:電動汽車;充電站;電氣系統

一、引言

大型電動汽車的設計和研發符合我國清潔能源利用的需求，有利于環境保護工作的落實。大型電動汽車在運行過程中需要利用蓄電池滿足其運行需求，可以說電動汽車充電設施的設計和建設是保證其安全運行的前提。隨著電動汽車市場保有量的不斷增多，充電需求也隨之增加，這就需要在全國范圍內建立大批的充電站，大型電動汽車充電站中電氣系統作為核心基礎設施，需要確保設計的科學合理性，從而滿足不同類型電動汽車的充電需求。

二、電動汽車充電站系統組成

2.1供配電系統

供配電系統是充電站極為重要的一部分，其主要功能就是借助外部電網設來給電站提供電能，在對該系統進行設計的時候，需要全面考慮，然后分析電站的用電情備，況，并且掌握準確的電容量，根據這些來判定電負荷級別。根據國家相關部門出臺的相關政策規范可以得知，不同類型與規模的充電站電量負荷等級是有區別的，并且針對不同負荷級別有不同的建設規定。其中提到，通常情況下，普通規格的充電站，負荷等級都會定性為三級但是如果充電站的建設背景較為特殊，有重大經濟價值或政治意義，一旦出現供電問題會嚴重阻礙社會的正常秩序，那么就要將此類充電站定性為二級負荷級別。

2.2充電系統

充電系統是充電站的最終保障系統，只有該系統處于正常運行狀態，電車才能夠圓滿完成充電任務。充電系統內部主要是由各類充電機構成。充電機的類型主要包括三種，分別為慢速充電機、中速充電機以及快速充電機。在進行充電的時候可根據自己的需求來自行選擇，如果充電站的規模較大，充電需求較多，則要同時配備三種充電機，由于快速充電機的使用頻率較高，因此不管哪種類型的充電站，首先都應注重快速充電機的配備。

三、供電系統的設計

3.1供電系統的相關設計要求

通常情況下，供電系統由兩部分組成，一部分是一次設備，另一部分是二次設備。這些設備都包括諧波調節設備、繼電保護器、變壓器以及專用配電柜等設備。在對系統進行設計的時候必須遵循科學的設計方法，設計時要重點注意以下幾個方面，首先，電動汽車充電站的配電網應選擇10KV規格。負責供電的電源必須經過降壓處理之后才能進行使用。其次，由于大型電動汽車所用的充電站的電量負荷等級一般都屬于二級，為了滿足電車的供電需要，其中設置了多種類型的充電樁，在進行設計的時候必須保證供電的可靠性和安全性。

3.2電氣設備的選擇和配置

這一部分需要注意三個方面。第一，設備主接線的設計。由于我國大型電動汽車的充電站分布數量有限，而充電服務的模式也比較單一，因此對站內可靠性的設計要求較高，主接線的出現數量也比較多。因此設計人員通常會使用單一分段的接線方法，進線部分要選擇雙回路設計，且要等到降壓處理之后再進線。此外，還應注意控制進線時的傳輸容量，至少要超過最高容量的 70%左右，當充電站處于正常運行的狀態時，其中的斷路器會直接將開關分隔開來。雙回路線此時均處于獨立的運行當中。如果其中的一條回路出現了故障，或者進行檢修的時候，分段線路中的斷路器會快速閉合，而充電則會從運行狀態正常的回路中獲取電源。第二，要注重變壓器的選擇。一般情況下，雙回路中的變壓器在處于正常運行狀態的時候，都是獨立工作互不干擾。在該種電氣系統當中，并沒有設置明備用設備，而其中的變壓器則作為暗設備來使用。第三，要注意其中無功補償設備的設置以及濾波裝置。對于大型電車充電站來說，其整流器以及逆變器等設備負載電量較大，因此對于無功功率有較大需求，如果不設置無功補償裝置，會給供電效果帶來負面影響。但是在使用補償裝置的時候，由于系統還會受到其他眾多電子元件的影響，而產生部分諧波，從而降低供電質量。因此技術人員要在該方面做出改進，盡量規避諧波的出現。

四、充電系統的設計

充電系統是由交流充電樁、直流充電樁以及相關附屬設備所組成。交流充電樁主要采取充模式，即:電流在10~60A 之間，充電功率在5~20kW之間，一般采用單相220V或者三相 380V電壓等級。充電時間長，但是電費較便宜、建設成本較低，適用于公交車、環衛車等社會公共用戶。直流充電樁充電電流為150~400A，功率在50~100kW之間，采用三相四線制 380V電壓，能夠在10~30min內將電池電量由10%提升到90%。直流充電適用用戶范圍廣，充電時間短，故在充電站中廣泛采用，然而存在著建設與維護成本高，電費相對較高等不足。充電樁設計應當考慮適應安設地區氣象狀況，能夠在極duan天氣下正常工作，因此需要考慮防塵、防雨、放強光照射，同時保證樁體能夠正常通風散熱。對于充電樁電氣部分設計，有如下要求:①設計要基于“一車一樁"原則，即在同一時間內，一輛汽車對應一臺充電樁進行充電。②)設備選擇需要滿足充電樁設計輸入功率要求，且留有裕度。充電輸入功率為:

P:充電樁輸出有功功率;η:充電樁效率;cosφp:充電樁功率因數。③充電樁采用 TN-S 供電接地系統，即將工作零線與保護專用接地線 PE嚴格區分開。配置帶脫扣功能的低電壓斷路器，斷路器應具有短路保護與剩余電流保護功能。確保充電樁金屬外殼因故障斷電時斷路器可以迅速、可靠且有效地將充電樁與供電系統斷開，避免造成人身與財產傷害。④由于站內設有單相充電樁與三相充電樁，所以，要通過調度確保三相負荷平衡。

五、充電站電氣系統設計解決方案

通過綜合考慮充電站的規模、布局、電網配電情況以及訪客的充電需求，進行合理的充電設施布局規劃、選擇適當的充電樁類型和功率規格，以及引入穩定可靠的運營平臺管理系統，以提升用戶體驗和滿足日益增長的新能源車輛充電需求。此解決方案具備智能化管理、多樣化設備、安全可靠、節能環保、靈活擴展和數據統計等特點，能夠為充電站提供高效便捷的充電服務。

圖1系統設計圖

圖2 平臺結構圖

充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統，可以實現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數進行實時監控，及時發現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網造成過大的負荷

六、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監控外，還對充電站的光伏發電系統、儲能系統以及供電系統進行集中監控和統一協調管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營成本，平臺系統架構如圖3所示。

圖2 充電樁運營管理平臺系統架構

大屏顯示：展示充電站設備統計、使用率排行、運營統計圖表、節碳量統計等數據。

圖3 大屏展示界面

站點監控：顯示設備實時狀態、設備列表、設備日志、設備狀態統計等功能。

圖4 站點監控界面

設備監控：顯示設備實時信息、配套設備狀態、設備實時曲線、關聯訂單信息、充電功率曲線等。

圖5 設備監控界面

運營趨勢統計：顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。

圖6 運營趨勢界面

收益查詢：提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營商應收信息、充電明細、交易流水查詢、充值余額明細等功能。

圖9 訂單查詢界面

七、產品選型

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業快速、經濟、智能運營管理的市場需求。實現對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時為提高公共充電樁的效率和實用性，具有有智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進行升級；保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合國標的電動汽車，適應不同車型的不同功率。下面是具體產品的型號和技術參數。

八、現場圖片

九、結論

隨后我國電動汽車市場zhan有率的不斷提高，與之相配套的充電基礎設施建設相對緩慢，為了能夠有效滿足不同類型電動汽車充電的需求，在全國范圍內急需構建大規模的充電站建設。在充電站電氣系統設計和建設過程中，應充分考慮多方面的因素，尤其是充電安全性和可靠性，盡可能地保留充足的擴建余量，保證電網系統運行穩定性的同時，還能夠提高電車充電的高效便捷性。

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作者介紹：

任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。