地下车库汽车充电桩的变压器容量指标设计

webmaster 发表于 2019-11-15 16:57:11 | 打印


随着经济发展、环保低碳理念的提升,我国逐渐加大对新能源汽车的推广。工信部数据显示,仅2015年我国新能源汽车累计生产37. 9万辆,其中纯电动车29.07万辆、插电式混合动力车8. 82万辆 。2020年中国新能源汽车的年销量将达到汽车市场总需求的5 % 以上,2025年增至20 % 左右。


随着新能源汽车的推广,对电动汽车充电桩的需求也进一步激增。研究发现,目前造成电动汽车推广困难的主要原因是充电桩数量较少、充电速度慢、充电对象单一。


为协助新能源汽车推广,我国正在逐步加大汽车充电桩配置。2015年10月国务院指导意见中指出,大型公共建筑物配建停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10 %。


然而我国现有配电设计规范中,对车库容量的设计指标尚未提及关于安装汽车充电桩对车库配电指标的影响。对于新建建筑而言,车库充电桩的配置及带有充电桩的车库配电容量设计依旧比较模糊。


本文通过调研现有车库用电特征、汽车充电设施使用情况、充电桩配置类型及用电特征,结合分析我国现行充电桩的设计方法,以为新建建筑设计车库充电桩的配电容量提供指导思路。


我国现行充电桩设计方法及汽车充电桩使用情况


目前,我国新建商业建筑地下车库配建充电桩时变压器容量设计,充电负荷计算主要参照南方电网充电桩设计规范中的计算方法:


式中:

P1、P2 …… PN —— 各台充电桩的输出功率,kW;


S —— 充电机的输入总容量,kW;


cos φ —— 充电机的功率因数,取0. 9;


η —— 充电机的效率,取0. 9;


K —— 充电机同时工作系数,取0. 8。


调研目前已投入使用的公共充电桩主要有以下几种,如表1所示。


车库变压器容量设计指标问题及现状


车库变压器容量设计时,方案设计阶段通常采用单位指标法计算。规范中给出各类建筑物的单位建筑面积用电指标,非机械汽车库用电指标为8 ~ 15 W / m2,变压器容量指标为12 ~ 34 VA / m2


现行设计规范中对于车库是否安装充电桩、充电桩比例如何并未进行详细说明,设计中在未考虑是否设置充电桩时,车库配电也常按照最大值34VA / m2计算。在施工图设计阶段,常规车库变压器容量设计采用需要系数法,充电桩配电容量根据公式(1)计算。


公式(1)中各台充电机的输出功率因设计人员缺少实际测试数据,采用充电桩额定输出功率计算,表2中数据显示,实际充电功率为充电桩额定输出功率的58 % ~ 99. 5 %,表中仅不到一半车型充电效率在80 % 以上,保守估计根据公式(1)计算结果偏大10 % 左右。



公式(1)中同时工作系数为0. 8,对于安装充电桩较少(如20台以下)的变压器容量影响较小,充电桩越多变压器容量越大,安装充电桩大于100台时,用于充电桩供电的变压器富余量预计将达10 % ~ 30 %。


影响同时工作系数的主要因素:


a. 由于汽车电池充电特性,电池充电0 ~ 80 % 时为恒流充电、80 % ~ 100 % 时为保护电池改为恒压充电。同一时间,不同车辆的充电开始阶段不同、充电百分比不同,充电桩的同时工作系数也不同。


b. 对于商业建筑而言,日常充电桩服务对象主要为通勤人群和购物人群,有研究显示,用于上下班和社交 / 休闲目的的平均往返里程约30 km,对于交流慢充而言充电时间约为1. 5 h,直流快充约为0. 5 h。


对于通勤人群而言,占用充电桩时间等于工作时长;对于购物人群而言,占用充电桩时间等于购物时长。设定好充电时间后,充电完成时车主未达到工作时长 / 购物时长,将不会离开车位。此时充电桩的同时工作系数有所下降。



电动汽车充电桩对车库变压器容量设计影响


1 充电桩数量影响


调研各大商业地产集团设计指引中发现,单车位均摊面积均在25 ~ 45 m2 / 辆范围内。下文针对平均单位停车面积:25 ~ 45 m2 / 辆、充电桩安装比例:10 % ~ 30 % 时,同一充电桩类型、不同充电桩数量对车库变压器容量设计指标的影响进行分析。单位停车面积指标A和充电桩安装比例a对充电桩负荷设计指标的影响见图4。



相同充电桩安装比例下,随着单车位均摊面积增加,充电桩变压器装置指标降低。单车位均摊面积为45 m2 / 个时,充电桩变压器装置指标为单车位均摊面积为25 m2 / 个时的55. 6 %;相同单车位均摊面积下,充电桩安装比例每增加1 %,充电桩变压器装置指标上升10 %。充电桩安装比例为30 % 时,充电桩变压器装置指标为充电桩安装比例10 % 时的3倍。


2 充电桩类型影响


由于电动汽车多采用锂电池,充电电流较大的快速充电易对锂电池寿命造成影响甚至发生爆炸,因此国内电动车在充电时厂家与充电桩通信协议多限制充电电流。


就目前充电技术而言,即使充电桩配置电压、电流增大,实际充电时也无法达到充电桩额定功率。因此,下面将对国内车型常见充电限值参数进行分析(如表3所示)。



分析充电桩安装比例10 %、充电桩安装数量100个、单车位均摊面积为40 m2 / 个时,根据公式(2)~(4)不同充电桩类型组合对充电桩变压器装置指标的影响,如图5、图6所示。




研究结果显示,在图5的5 151个充电桩组合中,约有35 % 的充电桩组合形式其充电桩变压器装置指标为10 ~ 20 VA / m2,24 % 的充电桩组合形式使充电桩变压器装置指标为20 ~ 30 VA / m2,约有74 %的不同充电桩类型组合形式使得充电桩变压器装置指标落在30 VA / m2以内,可满足大型直流快充充电桩安装比例不超过充电桩总安装数量48 % 的配置要求。


当大型快速充电桩安装比例超过73 % 时,充电桩变压器装置指标超过40 VA / m2,此时对于充电桩的投资较大。

不设置充电桩时,停车场电耗容量设计优化指标推荐值为1. 8 ~ 10. 5 W / m2,约2. 3 ~ 13. 4 VA / m2;设置充电桩时,应在上述停车场电耗容量设计优化指标推荐值基础上增加0 ~ 60 VA / m2,具体增加充电桩配电容量指标应根据充电桩型号配比进行计算。


不同充电桩组合配置应综合考量商业建筑使用性能和投资经济性能。对于商业综合体而言,商场停车位较多时,应适当增加大型快速充电桩的配置满足人们快充需求;办公停车位较多时,应适当增加中型中速和小型低速充电桩配置。


虽然配置在住家停车位、工作地停车位、公共停车场和酒店停车场的充电桩多采用中低速充电,充电总需求占比约80 %,快速充电占比约20 %。


但是鉴于我国目前已建住宅的充电限制,有很多小区不能满足电动汽车充电需求,因此商业建筑应综合考量经济性和使用性,适当配置大型快速充电桩安装比例。



作者:

王雪,北京博锐尚格节能技术股份有限公司,设计咨询工程师。

肖贺,北京博锐尚格数据技术有限公司,工程师,运维总监。


本文有删减,全文载于《建筑电气》2017年第3期,详文请见杂志。


版权归《建筑电气》所有。


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