探讨|电动汽车充电桩如何设计？

摘要：以住宅小区的电动汽车充电桩设计为例，介绍了电动汽车充电桩的分类、布置及安装方式、负荷计算及配电设计等需要注意的事项，结合实际工程案例，深入探讨了住宅小区充电桩的电气设计方案。

（来源：微信公众号“机电信息杂志” ID：JSJDXXZZ ）

0 引言

近几年来随着国家对节能减排要求的提高以及相关环保政策的推进，电动汽车保有量迅速增长，作为电动汽车大规模推广应用的重要前提和基础，电动汽车充电设施的建设显得尤为重要。目前，根据国家相关政策明确规定，新建住宅小区停车位要求100%建设充电设施或预留建设安装条件，可见充电桩已经成为目前住宅建筑电气设计的一项重要内容。本文笔者结合工程实践，对电动汽车充电桩的分类、布置、负荷计算及配电设计等进行深入探讨。

1 充电桩的分类

现阶段电动汽车充电桩主要分为直流充电桩和交流充电桩两种。直流充电桩自带整流器，可以将输入的三相交流电输出为电压和电流可调的直流电，充电速度较快（1～2h满载），又被称作“快充桩”，缺点是装置占地面积大、投资较高。交流充电桩需要通过电动车的车载充电机为电动汽车充电，车载充电机功率小，充电速度较慢（5～8h满载），又被称作“慢充桩”，优点是装置占地面积小、安装方便、投资较小。对于住宅小区而言，电动汽车充电桩均为住户自用，其充电时间基本集中在晚上休息时间，充电时间很充足，故无需快速充电也能满足日常使用。由此可见，住宅小区更适合采用交流充电桩，目前一般采用单相7kW慢充型，安装方式为壁挂或落地安装。

2 充电桩平面布置及安装方式

目前市面上的充电桩种类较多，产品参数及安装方式也各有不同。在选择设置充电设备的停车位时，其基本要求是不影响项目的整体规划布局，尤其是寸土寸金的住宅小区地下车库，不能因布置充电设备而影响车位划分。电气设计人员应与建筑专业密切配合，合理选择充电设备及安装方式。在选取设置充电桩的停车位时应考虑充电桩安装空间。优先选择靠墙或柱子的车位，在车尾墙上或柱子上设壁挂式充电桩，如图1所示；或选择临近车位之间有安装空间的车位，在车侧处设置落地式充电桩，如图2所示；其次为两排背靠背垂直后退停车的车位，在车尾处设置落地式充电桩，如图3所示；当车位既不靠墙柱也没有安装空间时，如仍有电动汽车充电需求，可选用车挡式充电桩，如图4所示。

充电桩应靠近停车位布置，以便于电动汽车停放和充电人员操作，且不应妨碍其他车辆的充电和通行。目前主流观点认为，充电设备外廓与停车位的净距应不小于0.4m。由于车尾处一般选择壁挂式充电桩，基本不占用空间，如靠近两车中间布置可以不考虑安全净距。结合目前主流交流充电桩的参考尺寸（厚0.2～0.4m），如不确定产品型号，可按如下要求布置充电车位：充电车位尾部与墙净距a不宜小于0.4m，充电车位车侧净距b、背靠背净距c不宜小于1.2m。考虑操作的便利及使用习惯，充电设备操作屏的中心线距地面宜为1.4～1.5m，落地式充电桩的基础应比车库地面高出0.2m。

3 负荷计算

对于住宅小区地下车库而言，充电桩均为物业统一配置安装，其选用型号也是一致的，目前标准型号为单相7kW交流充电桩，故地下车库充电桩的总计算容量可按以下公式确定：

式中——N台充电桩的总计算容量（kVA）；

——充电桩的需要系数；

——充电桩的计算数量；

——单台充电桩的输出功率（kW）；

——充电桩的工作效率，可取0.9；

——充电桩的功率因数，可取0.95。

从公式可以看出，仅充电桩的需要系数取值是未知的，并且没有能够参照的规范和手册，可见合理选择需要系数是充电桩负荷计算的关键。众所周知，需要系数K为电动汽车充电桩同时充电的概率，与充电桩数量有直接关系。当前常见家用电动汽车的续航里程为150～300km，按每天通勤里程30～40km考虑，再计入天气、路况、驾驶习惯、计量误差及居民的充电习惯等多种因素，私家车在小区停车库充电的间隔时间约为3天左右。再者，目前市场上主流电动汽车的车载充电机功率一般为3.3kW和6.6kW，在充电时实际消耗的功率并没有达到7kW，所以负荷计算时需要系数可进一步降低。供电干线或区域配电箱和变压器侧充电桩的需要系数如表1所示。

4 配电设计注意事项

（1）住宅小区充电车位一般设在地下车库内，短时间停电也不会造成较大损失，故住宅小区的充电设备按三级负荷配电设计即可。（2）充电桩配电一般可从专用变压器引出独立回路，如当地供电局不允许，则需要预留专设变压器或配电房，以方便计量及物业管理。（3）充电桩尽量集中分区域布置，并就近设置区域配电箱，区域配电箱采用三相进线，进线断路器应带分励脱扣器，火灾时自动切断供电电源。（4）充电桩的末端配电回路采用断路器，应具备短路保护和剩余电流保护功能，其剩余电流保护的额定动作电流为30mA，动作时间不大于0.1s。

5 典型案例分析

根据资料显示，截至2019年6月份，全国电动汽车保有量为344万辆，仅占汽车总量的1.37%。从数据来看，目前电动汽车的占比仍然较小，在新建住宅配建停车位时，可按先期和远期两个阶段考虑，先期可考虑按10%～20%比例设置充电桩，并预留远期100%比例的建设安装条件。以一个建筑面积28万m2的住宅小区为例，地下车库的车位数量为2268个。先期按15%车位数建设充电设施，共计340个充电桩，全部选用7kW单相交流桩，K取0.25，根据公式可得出此负荷不单独设置变压器，可按区域划分到6台小区专用变压器内。远期剩余85%车位数的充电桩用电为（K取0.24），此负荷可选用6台800kVA的变压器。此变压器先期不安装，仅预留变配电房位置，高低压电房均按充电桩为100%容量预留电柜的位置。此方案先期可以满足15%的充电桩用户需求，在后期随着充电桩需求量的增加，再进行简单的工程改造，在预留位置增加相应的配电设备，即可满足用户要求。这样既能满足国家政策和使用要求，又不至于造成浪费。

6结语

充电桩的设计较为繁琐，贯穿于整个规划、方案设计、施工阶段，电气设计人员应与相关专业密切配合，只有确定合理的配置数量，选取合适的安装位置，确定合理的供电方案，选择合理的需要系数，充电桩设计才能达到经济节能、远近兼顾的目标。