浅谈电动汽车充电站结构与接入电源
2021-08-19 11:49:19 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：本文首先进行了电动汽车充电站概述，包括电动汽车发展概况， 电动汽车充电站分类及配置，电动汽车充电站结构。之后，研究了充电站电源接入原则与充电桩负荷接入对配电网影响及应对，包括充电站电源接入原则以及充电桩负荷接入对配电网影响及应对措施。本文所做的研究可以为规划充电站提供设计依据，也可以为尚拟建的充电站规划设计提供一定的参考。
关键词：电动汽车；充电站；结构；接入电源
一、发展背景
在2001年,国家发布关于《国家“863”计划电动汽车重大专项》相关措施以确立新能源“三纵三横”的重要研发布局；2009年通过启动“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程,大大地推动了新能源汽车产业的发展；此外，为了为进一步加快新能源汽车产业的技术改革与升级已发布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》,明确了关于“纯电驱动”技术的重要转型战略,这次明确、强调推进充电设施建设以及制定总体发展规划和充电设施技术的研究,并探索其商业运营模式；2019年国家降低电动汽车补贴，为破除新能源汽车充电难题，各地政府大力补贴充电设施的建设，为充电设施产业的发展奠定坚实地基。
二、电动汽车的基本情况
响应生态文明建设的号召，开展电动汽车的应用和推广工作，切实发挥其节能减排的优势作用，优化生态环境，促进人与自然的和谐共处。随着锂电池技术的成熟和应用，有效的解决了电动汽车动力电池能量密度低的问题，电动汽车续航能力得到各方面的提升，目前续航里程基本达到350公里。解决了续航问题后，电动汽车在用车费用上的经济优势得以体现，加之政府的扶持政策，电动汽车产业得到了迅速的发展，社会电动汽车的保有量逐年提升。伴随当前社会新能源汽车的广泛使用，也为充电桩产业的发展创造了良好的商机。
三、当前电动汽车充电桩建设问题
现阶段电动汽车的数量不断增多，其充电体验问题始终是困扰着相关用户的重要问题，充电体验影响到电动汽车行业的整体发展。目前国内充电站运营企业鱼龙混杂，不少运营商为了获取政府补贴，不做合理规划，盲目建设充电站，导致充电站无法为社会电动汽车车主提供充电服务，没有形成较高的效率商业运营模式。社会上出现大量的僵尸桩，无人管理、无法使用，造成社会资源的浪费。电动汽车充电桩产业经过十余年的发展已经形成国家及行业统一标准，目前国产充电桩基本满足国内不同品牌的车辆和车型充电需求。但是由于充电站的运营和管理上存在的问题，导致充电桩使用体验差， 具体体现如下（：1）找不到充电桩：缺少必要的运营平台及移动应用，导致车主无法通过移动应用查找充电桩（；2）充电桩故障：不少充电站的充电桩处于故障状态，没有得到及时的维修和标记，车主找到充电桩后无法使用（；3）充电车被占用：由于对充电车位缺乏管理方法，经常出现燃油车占用充电车位的问题，导致电动汽车车主有充电需求而无法充电。
四、电动汽车充电站分类及结构配置
1、电动汽车充电站的分类
充电站可根据规模数量、类型、用途及布置位置等进行分类。按建设规模分为：大型充电站、中型充电站、小型充电站等；按类型分为：公共运营充电站及专用充电站；按分布位置分为：高速公路充电站、城市集中充电站、商业综合体充电站、社区充电站、城市离散充电站等
2、电动汽车充电站的结构配置
虽然电动汽车充电站的分类方式不同，但是充电站的基本结构和配置是相似的。充电站结构主要包括：（1）充电设施部分，主要是充电桩及附属部分（2）配电系统部分，主要是为充电桩提供电源的配电设施及附属设施；（3）安防部分，主要是视频监控（4）消防部分，主要是消防设施。
五、充电站供电电源接入要求
在进行充电站电源的选择上，应结合本地区配电网建设及本地区较大负荷预测相结合考。如较大用电负荷、较大高峰负荷预测、用户报装容量、供电半径等,多方综合选出电源点。
1、充电站供电电源接入要求
（1）属于二级电力用户的充电站宜由两回路中压供电电源供电，两回路中压供电电源宜引自不同变电站，也可引自同一变电站的不同母线段。每回供电线路应能满足百分之一百用电负荷的供电要求。（2）属于三级电力用户的充电站由单回路中压供电电源供电。（3）充电站应采用10kV电压等级供电。（4） 交流充电桩应采用380V或220V电压等级供电。
2、充电站配电变压器的配置原则
（1）变压器应采用节能环保的箱式变压器。（2）在满足消防条件下，宜优先选用油浸式变压器。（3）单台变压器的额定容量不宜大于160 0kVA。（4）变压器的负载率取百分之八十，此时变压器运行效率较高。
3、充电站及充电桩电源导线的选择
由于不同充电站的负荷容量不同，电源导线的选择要根据充电站的负荷进行选着，错误的选择会导致电源导线横截面偏小，充电电流强度较大，导线无法承受其冲击，造成导线超载引起的火灾等事故。
六、充电桩负荷接入对配电网影响及应对措施
1、负荷接入对配电网影响
对电网运行可靠行性的影响。由于电动汽车充电机具有非线性的负荷特性，单个充电桩工作电流时，对网影响较小，但当大规模电动汽车随机接入电网充电，尤其在峰值时的大规模接入导致电网符合激增，造成电网过载运行，可能会影响电力系统的安稳与可靠运行。
对电网电能质量的影响。电动汽车在充电时产生大量的谐波， 危害电网的电能质量；大量单项电源的充电桩接入，如果电源接入设计不合理，产生电压的三相不平衡，对配电网影响较大。
2、相关应对措施
（1）充电站申请专用变，根据充电站建设规模到供电公司申请专用负荷，在享受政策补贴的同时，避免过载现象。（2）对充电站配电系统加装无功补偿及有源滤波设备，降低电动汽车充电对电网电能质量的影响。（ 3） 合理规划、合理设计，保证充电站运行的安稳，降低充电站运营对电网的影响。（4）加大清洁能源的接入，充分利用区域能源优势，在分布式光伏发电及风力发电的丰富的地区，充电站易接入分布式电源，提高清洁能源的利用率，同时降低电网的负担。
七、安科瑞充电桩运营管理平台
1、系统架构
安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：
资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表
用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理
充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等
微信小程序：扫码充电，账单支付等功能
数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析
变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。
2、平台功能
2.1平台登录
在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。
2.2平台首页
平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。
2.3实时监控
l 充电站监控
充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。
l 充电枪监控
充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。
2.4微信小程序
l 搜索与使用
微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示
l 授权登录界面
用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：
l 主功能页
初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。
l 充电
扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。
l 个人信息
个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能
3、硬件配置
3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）
若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：
3.2现场推荐硬件配置清单：
八、结束语
电动汽车充电车站作为为电动汽车供应能源的基础设施，其规划、建设的合理性、便利性都是电动汽车产业发展与普及的关键。政府部门增加对产业的监管及扶持、设计单位加强电动汽车充电站规划设计的合理性、设备制造企业加大技术研发的力度、充电站运营商提高运营管理水平，都有利于促进电动汽车行业及电动汽车充电桩产业的长期健康发展。
参考文献
[1] 冯立艳.电动汽车充电站规划方法及运营模式研究[J].内燃机与配件,2011(15).
[2] 乔仕刚.电动汽车充电站结构与接入电源探讨
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
作者简介：王蒙蒙，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用
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