基于平衡用電充電站配線淺析

郭雄偉 馬科 杜克強

摘要：本文通過分析現有充電樁用特性，選擇8臺直流充電樁和4臺單相交流充電樁，進行分析，得出一種優化的配線方案，促使三相達到用電平衡，降低充電站的電力損耗，最后降低運營成本。

關鍵詞：電動汽車;充電樁;無序充電（V0G）;配線

0 背景：

隨著電動汽車的保有量的增加，為了解決充電難問題，各地也大面積建設充電樁和充電站。加上2020年國家的大基建的東風，充電站建設更是越來越多。隨之而來的充電樁的配線問題也成為建站的關鍵問題。本文主要通過分析現有的直流充電樁、交流充電樁的用電特性，結合負荷計算，提供出一種更優的配線方案，并給出每相的接入樁類型和數量，從而達到三相平衡，來降低電力損耗，即線損耗。

1 充電樁用電特性

（1）交流充電樁用電特性

交流充電樁分為單相和三相，三相只有在待機時，不均衡，與單相待機功耗一樣，所以只考慮單相交流充電樁。單相交流充電樁無論充電，還是在待機，由固定某相提供電能，會導致不平衡，需要調整接入每相數量，使得三相平衡。

（2）直流充電樁用電特性

直流充電樁高壓部分使用三相平衡供電，低壓部分使用固定某相進行供電，在接線時，注意相序，使三相平衡。

2.負荷計算

（1）交流樁負荷

根據《電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》的規定，單相單臺交流充電樁的最大電流為32A，而三相的單臺交流充電樁最大電流為63A。工頻電壓的規定單相電壓為220V，而三相線電壓為380V。則單臺單槍單相交流充電樁額定功率最大為 P=UI=220V*32A=7.040kW ，一般交流充電樁待機功耗在15W以下（電流小于0.07A）。而單臺三相交流充電樁額定功率最大為。

市面上除了比亞迪的車有三相交流充電為其它都是單相的，所以，選擇單相交流充電樁7KW的交流充電樁（單槍），也就是單相過載電流為32A。

（2）直流樁負荷

根據《電動汽車傳導充電用連接裝置 第3部分：直流充電接口》的規定，輸出端額定電壓700v/1000V， 電流范圍為80A、125A、200A、250A，按照最大的功率P=UI=1000V*250A =250kW，實際充電達不到這個值。

根據浮充電壓取電池額定電壓的 1.125 倍，均充電壓取電池額定電壓的?1.175?倍，最大不超過1.2倍的標準計算，結合最小電池包（速達329.4V*135Ah）和最大電池包（宇通618V*228AH），得充電最大電壓在387V到726V。電池的充電率在0.1C到1C之間根據電池廠家決定，根據速達充電樁顯示的充電需求電流在0.1～1C 之間，所以取0.7，根據最大的電池包（宇通客車電池包618V*228AH）來計算P=1.175*618*228*0.7=116kW。

市面上的直流充電樁單樁功率在60kW@750VDc（雙槍、單槍）、120kW@750VDc（雙槍）、120kW@1000VDc（雙槍）的直流充電樁居多。

選取120kW@1000VDc作為計算依據，直流樁一般分為低壓控制部分和高壓電源模塊部分，上邊討論的120kW都說的是高壓電源模塊部分在充電中最大的功率。低壓部分一般功耗小于30～100W（有通訊模塊的功率比較大），現在樁都時聯網樁，待機功耗比較大，按照中等偏上計算，低壓功耗66W（0.3A）計算。輸入最大電流為

3.配線截面積選擇

常見配線截面積有1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2、240mm2、300mm2。結合第2部分計算的負荷電流，單相交流充電樁選擇6mm2的銅線就能滿足通過32A電流的要求;考慮直流充電樁，長時間工作電流只能達到峰值電流90%，故選擇70mm2的銅線比較適合，在低壓電纜選用交聯聚乙烯絕緣類型，即YJV22-1kV開頭的線纜。

4.三相接入充電樁數量和類型分配

根據充電樁的用電特性，結合現階段都是無序充電（V0G），盡量做到三相平衡用電。以8臺直流120kW（假設低壓部分使用C相）和4臺交流充電樁為例說明。考慮直流充電特性的特殊性我們先考慮直流充電樁，直流充電樁在待機時，只有一相給低壓電路提供電能，所以需要A、B、C 在每個充電樁上進行錯相連接，達到三相平衡的原則。即第一臺直流樁A、B、C與電源的A、B、C連接，第二臺直流樁A、B、C與電源的B、C、A連接，第三臺直流樁A、B、C與電源的C、A、B連接，第四臺與第一臺接法相同，一直循環下去。最后我們發現，A相和C項接入3臺樁的低壓用電，B 相接入2臺低壓供電，待機時，A、B、C相電流為0.9A、0.6A、0.9A，三相電流不平衡率=（0.9-0.6）/0.9=0.33。

所以我們把交流樁的4臺接入到B相中，待機時B相增加0.07*4=0.28A，最后A、B、C相電流為0.9A、0.88A、0.9A，三相電流不平衡率=（0.9-0.88）/0.9=0.022。與國家規定的三相電流不平衡率小于15%（即0.15）。

5.結束語

在建設充電站時能調節三相負載，使得三相負載的不平衡率，國家規定范圍降低到最低。使得三相達到盡可能的平衡，從而降低電力損耗（線損耗），降低充電站的運營成本。隨著電動汽車的三電技術的不斷提高，推動汽車的充電技術要不斷的提高，促使充電站的布局方案不斷的優化，以達到低碳、低成本、環保、便捷的要求。

參考文獻

[1]GBT 20234.2-2015 《電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》[S]

[2]GBT 20234.3-2015 《電動汽車傳導充電用連接裝置 第3部分：直流充電接口》[S]

[3]全國安全生產教育培訓教材編審委員會.《低壓電工作業》[M]

[4]GB 50966-2014《電動汽車充電站及充電樁設計規范》[S]

[5]GB 50052-2009 《供配電系統設計規范》[S]

項目：三門峽速達交通節能科技股份有限公司研究項目《智能充電系統能量損耗分析研究》

（三門峽速達交通節能科技股份有限公司?472000）