電動汽車充電站設(shè)計初探

王毓林

摘 要:根據(jù)國家電網(wǎng)電動汽車充電設(shè)施典型設(shè)計,以國網(wǎng)公司“換電為主,插充為輔,集中充電,統(tǒng)一配送”的電動汽車充換設(shè)施的建設(shè)方針為指導(dǎo),列出了站址選擇原則,供配電系統(tǒng),充換電系統(tǒng),綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容。

關(guān)鍵詞:電動汽車充電站設(shè)計構(gòu)思技術(shù)方案

中圖分類號:TM910 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0047-01

1 電動汽車充電站設(shè)計依據(jù)

以《國家電網(wǎng)公司電動汽車充電設(shè)施建設(shè)指導(dǎo)意見》和《國家電網(wǎng)公司電動汽車充電設(shè)施典型設(shè)計》為指導(dǎo),以電動車國家標準,國家電網(wǎng)公司電動汽車充換電站相關(guān)的6項行業(yè)標準等技術(shù)規(guī)范文件為建設(shè)依據(jù),以電動汽車市場需求發(fā)展為導(dǎo)向,采用模塊化設(shè)計方法,充分體現(xiàn)系統(tǒng)擴展性和開放性,以標準化、通用化為工程實施原則,為今后充電機推廣使用奠定基礎(chǔ)。

2 設(shè)計構(gòu)思

電動汽車充電站系統(tǒng)主要組成部分:

(1)供配電系統(tǒng):供配電系統(tǒng)主要為充電設(shè)備提供電源,主要由一次設(shè)備(包括開關(guān)、變壓器及線路等)和二次設(shè)備(包括監(jiān)測、保護和控制裝置等)組成。

(2)充換電系統(tǒng):充換電系統(tǒng)是整個充換站的核心部分,主要為電動汽車動力電池系統(tǒng)安全自動的充滿電。主要包括充電樁、充電機、計費裝置、電池更換設(shè)備等。

(3)綜合監(jiān)控系統(tǒng):監(jiān)控系統(tǒng)是充換站安全高效運行的保證,它實現(xiàn)對整個充換站的監(jiān)控、調(diào)度和管理,主要包括充換電監(jiān)控系統(tǒng)、計量計費系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、安保監(jiān)視系統(tǒng)。

(4)配套設(shè)施:充換電站配套設(shè)施包括照明設(shè)備、溫控系統(tǒng)、消防設(shè)施、自助交易終端、電池維護設(shè)備等。

3主要技術(shù)方案

3.1 站址選擇依據(jù)

站址應(yīng)位于經(jīng)濟發(fā)展重區(qū),綜合考慮行車線路進出走廊,負荷位置,站用電源,交通運輸,土地用途等多種元素,并符合市區(qū)土地利用總體規(guī)劃。站址規(guī)劃區(qū)內(nèi)公用服務(wù)設(shè)施齊全,建設(shè)后將利用就近的生活,給排水,防洪的設(shè)施和其最終規(guī)模的統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電動汽車充電設(shè)施建設(shè)指導(dǎo)意見》的要求,大型充換電站進線電源采用10kV雙路供電。

電動汽車充電設(shè)備屬于諧波源負荷,為確保電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行,需采取諧波電流的措施10kV每段母線配置一套有源濾波器(APF),APF是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的電力電子裝置,它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償,。電動汽車充換電站有源濾波器(APF)容量的大小,是由電動汽車充換電站總體充電機容量大小所決定的。

3.3 充換電系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 整車充電系統(tǒng)設(shè)計

整車充電系統(tǒng)主要針對未來市區(qū)電動公交和其它中型車輛等的整車充電。一般情況下整車充電采用慢速充電方式進行充電,即按0.4C(C是電池容量)的充電電流充電,充電時間為3～4h(按深度放電后的再充滿電的最長時間計算),根據(jù)以上原則,選擇充電機充電電流為150A。

配置200kW(輸出電壓范圍:DC350-700V;額定輸出電流:300A)分體式直流充電機,對大型車輛進行整車充電;配置105kW(輸出電壓范圍:DC350-700V;額定輸出電流:150A)分體式直流充電機,對中型車輛進行整車充電;配置40kW(輸出電壓范圍:DC250-500V;額定輸出電流:80A)分體式直流充電機,對小型車輛進行整車充電,配置7kW(220V/32A)交流充電樁對車輛進行充電。

充電機采用分體式,分體式充電機指交直流功率變換和直流輸出控制兩部分分立為兩個單體的形式,它們之間通過電纜連接組成一套完整的充電機。

3.3.2 電池更換系統(tǒng)設(shè)計

電池更換系統(tǒng)是電池充換站的核心組成部分,由電池箱、電池充電架、換電設(shè)備等組成。電池箱是指由若干單體電池、箱體、電池管理系統(tǒng)及相關(guān)安裝結(jié)構(gòu)件(設(shè)備)等組成的成組電池,具備符合標準的電池箱結(jié)構(gòu)、電池箱監(jiān)控設(shè)備(電池電壓、內(nèi)阻、溫度、充放電電量、電池箱身份識別、充放電過程管理等)、電池箱接插件、電池箱環(huán)控設(shè)備等。電池充電架由若干充電單元組成,每個充電單元由若干充電機、電池組及電池管理系統(tǒng)、煙霧傳感器、電池存儲架(和快速更換系統(tǒng)匹配)等組成。換電設(shè)備指針對不同類型電動汽車,適應(yīng)不同標準等級電池箱能力的電池更換設(shè)備及其配套附件。具有方便、快捷、準確更換電池箱的功能。

3.4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.4.1 充換站監(jiān)控系統(tǒng)

充換站監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層:第一層為充換站中央監(jiān)控管理系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、監(jiān)控主機等設(shè)備;第二層為配電監(jiān)控、充電監(jiān)控、煙霧監(jiān)視和視頻監(jiān)視四個子監(jiān)控系統(tǒng);第三層為現(xiàn)場智能設(shè)備。各子監(jiān)控系統(tǒng)通過局域網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議與中央監(jiān)控管理系統(tǒng)連接,實現(xiàn)對整個充換站的數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計、故障顯示及監(jiān)控。

3.4.2 計量計費系統(tǒng)設(shè)計

充換電站內(nèi)由用電采集終端負責(zé)采集各個關(guān)口電表、直流電表、交流電表的實時電量信息,通過本地工業(yè)以太網(wǎng)與計費工作站通訊,將整個充換電站的總電量、各充電機的每次充電電量傳送到后臺進行處理,并把電量和計費信息存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中;通過充換電站計量管理機完成與用電信息采集系統(tǒng)或上級監(jiān)控中心的通信,確保上級系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取充換電站內(nèi)的電量信息。

3.4.3 配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

(1)保護部分

10kV進線保護:光纖電流差動保護,三相一次重合閘,具備三段式過流保護功能;分段開關(guān)需配分段保護裝置,具備三段式過流保護功能;10kV電壓并列裝置,具備兩段母線的電壓并列功能;變壓器配變壓器保護裝置,具備三段式過流保護、過負荷保護、低壓側(cè)零序電流保護、超溫告警或跳閘、低壓保護等保護功能;0.4kV開關(guān)采用開關(guān)自帶的過流保護功能。0.4kV側(cè)設(shè)分段備投裝置。

(2)測控部分

具備配電系統(tǒng)各間隔的電流電壓等電氣參數(shù)的遙測功能、開關(guān)位置的遙信功能以及重要開關(guān)(10kV開關(guān)、0.4kV進線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)線開關(guān))的遙控功能。

3.4.4 安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要考慮對全站主要電氣設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備安裝地點以及周圍環(huán)境進行全天候的圖像監(jiān)視,以滿足電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)所需的監(jiān)視設(shè)備關(guān)鍵部位的要求,同時,該系統(tǒng)可實現(xiàn)充換電站安全警衛(wèi)的要求。

主要監(jiān)視范圍及監(jiān)視對象: 監(jiān)視充換電站區(qū)域內(nèi)場景情況,監(jiān)視充換電站內(nèi)常規(guī)敞開式刀閘的分、合狀態(tài),監(jiān)視充換電站內(nèi)變壓器等重要運行設(shè)備的外觀狀態(tài),監(jiān)視充換電站內(nèi)主要室內(nèi)場景情況,并實現(xiàn)雙向通話;監(jiān)測充換電站內(nèi)主要室內(nèi)(主控室、設(shè)備室等)溫度、濕度和場地電纜溝的水浸情況;實現(xiàn)充換電站防盜自動監(jiān)控,可進行周界、室內(nèi)、門禁的報警及安全布/撤防;實現(xiàn)站內(nèi)消防系統(tǒng)報警聯(lián)動,并對消防系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視;實現(xiàn)對空調(diào)等設(shè)備的遠方狀態(tài)監(jiān)視和控制。

4 結(jié)語

作為國家的一項節(jié)能、環(huán)保政策,國家將加大力度推廣新能源汽車進入市場化的應(yīng)用,電動汽車充電站設(shè)計和建設(shè)也日將增多,本文通過簡介,使大家了解電動汽車充電站的基本組成。隨著更多的電動汽車站項目的開始,國家電網(wǎng)政策及技術(shù)的新生事物,充電站工程建設(shè)將日趨完善。