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電動汽車充電站電氣系統(tǒng)設計淺談與應用

發(fā)布時間: 2024-10-16  點擊次數(shù): 95次

摘要:隨著科技的不斷發(fā)展和進步,大型電車研發(fā)并投入到運營當中,能有效滿足我國環(huán)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(wěn)定運行提供充足的電力保障?;诖耍疚膶Υ笮碗妱悠嚦潆娬倦姎庀到y(tǒng)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(guān)鍵詞:電動汽車;充電站;電氣系統(tǒng)

一、引言

大型電動汽車的設計和研發(fā)符合我國清潔能源利用的需求,有利于環(huán)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(nèi)建立大批的充電站,大型電動汽車充電站中電氣系統(tǒng)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(tǒng)組成

2.1供配電系統(tǒng)

供配電系統(tǒng)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(wǎng)設來給電站提供電能,在對該系統(tǒng)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(jù)這些來判定電負荷級別。根據(jù)國家相關(guān)部門出臺的相關(guān)政策規(guī)范可以得知,不同類型與規(guī)模的充電站電量負荷等級是有區(qū)別的,并且針對不同負荷級別有不同的建設規(guī)定。其中提到,通常情況下,普通規(guī)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(jīng)濟價值或政治意義,一旦出現(xiàn)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(tǒng)

充電系統(tǒng)是充電站的最終保障系統(tǒng),只有該系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài),電車才能夠圓滿完成充電任務。充電系統(tǒng)內(nèi)部主要是由各類充電機構(gòu)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(jù)自己的需求來自行選擇,如果充電站的規(guī)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(tǒng)的設計

3.1供電系統(tǒng)的相關(guān)設計要求

通常情況下,供電系統(tǒng)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(diào)節(jié)設備、繼電保護器、變壓器以及專用配電柜等設備。在對系統(tǒng)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(wǎng)應選擇10KV規(guī)格。負責供電的電源必須經(jīng)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(shù)量有限,而充電服務的模式也比較單一,因此對站內(nèi)可靠性的設計要求較高,主接線的出現(xiàn)數(shù)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(tài)時,其中的斷路器會直接將開關(guān)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(xiàn)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(tài)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(tài)的時候,都是獨立工作互不干擾。在該種電氣系統(tǒng)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(tǒng)還會受到其他眾多電子元件的影響,而產(chǎn)生部分諧波,從而降低供電質(zhì)量。因此技術(shù)人員要在該方面做出改進,盡量規(guī)避諧波的出現(xiàn)。

四、充電系統(tǒng)的設計

充電系統(tǒng)是由交流充電樁、直流充電樁以及相關(guān)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(huán)衛(wèi)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(nèi)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(qū)氣象狀況,能夠在*端天氣下正常工作,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(nèi),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(shù)。③充電樁采用 TN-S 供電接地系統(tǒng),即將工作零線與保護專用接地線 PE嚴格區(qū)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(tǒng)斷開,避免造成人身與財產(chǎn)傷害。④由于站內(nèi)設有單相充電樁與三相充電樁,所以,要通過調(diào)度確保三相負荷平衡。

五、充電站電氣系統(tǒng)設計解決方案

通過綜合考慮充電站的規(guī)模、布局、電網(wǎng)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(guī)劃、選擇適當?shù)某潆姌额愋秃凸β室?guī)格,以及引入穩(wěn)定可靠的運營平臺管理系統(tǒng),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(jié)能環(huán)保、靈活擴展和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等特點,能夠為充電站提供高效便捷的充電服務。

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圖1系統(tǒng)設計圖

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圖2 平臺結(jié)構(gòu)圖

充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設施管理系統(tǒng),可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)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(zhì)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(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進行實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)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(nèi)充電,避免對電網(wǎng)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(jiān)控外,還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理,提高充電站的運行可靠性,降低運營成本,平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

平臺架構(gòu)

圖2 充電樁運營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示:展示充電站設備統(tǒng)計、使用率排行、運營統(tǒng)計圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。

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圖3 大屏展示界面

站點監(jiān)控:顯示設備實時狀態(tài)、設備列表、設備日志、設備狀態(tài)統(tǒng)計等功能。

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圖4 站點監(jiān)控界面

設備監(jiān)控:顯示設備實時信息、配套設備狀態(tài)、設備實時曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

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圖5 設備監(jiān)控界面

運營趨勢統(tǒng)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。

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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。

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圖7 收益查詢界面

故障分析:提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

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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。

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圖9 訂單查詢界面

七、產(chǎn)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(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求。實現(xiàn)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(jiān)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(xiàn)實時監(jiān)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(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。

產(chǎn)品圖

名稱

技術(shù)參數(shù)

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AEV200-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP65

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV210-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV300-AC021D

額定功率:21kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV200-DC030D

額定功率:30kW

輸出電壓:DC200V-750V

充電槍:單槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC060D/

AEV200-DC080D

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:單槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC060S/

AEV200-DC080S

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC120S/

AEV200-DC180S

額定功率:120kW/180kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

AEV200-DC240M4/

AEV200-DC480M8/

AEV200-DC720M12

額定功率:240kW/480kW/720kw

輸出電壓:DC150V-1000V

充電終端支持:常規(guī)單雙槍終端

防護等級:IP54

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AEV200-DC250AD

*大輸出:250A

1個充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

圖片1

AEV200-DC250AS

*大輸出:250A

2個充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

八、現(xiàn)場圖片

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九、結(jié)論

隨后我國電動汽車市**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(nèi)急需構(gòu)建大規(guī)模的充電站建設。在充電站電氣系統(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的同時,還能夠提高電車充電的高效便捷性。

參考文獻:

[1]蔡海青代偉趙靜怡王城張志杰李書勇.基于多參數(shù)規(guī)劃的電動汽車充電站有效容量評估方法[J].中國電力,2022,55(11):175-183.

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[3]盧慧,謝開貴,邵常政,等,考慮燃油車和電動汽車動態(tài)混合交通流的電動汽車充電站規(guī)劃[J].高電壓技術(shù),2023,49(3):10-11.

[4]張端鴻、史一煒、馮冬涵、周云、李恒杰,含多類型充電設施的城市電動汽車充電站群協(xié)同規(guī)劃方法[J].電測與儀表,2020,57(20):7

 

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