0前言
隨著“雙碳"目標的提出以及新能源汽車行業(yè)利好政策不斷，電動汽車的市場規(guī)模不斷擴大，截至2022年已達到25.6%，提前3年完成國家《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》提出的到2025年達到20%的目標。充電樁作為新能源汽車的配套基礎設施，早在2020年已被納入新基建當中，其需求與新能源汽車的發(fā)展呈正相關。
但目前充電樁的建設存在以下問題：城市土地資源緊張，新增充電站用地選址難；電動汽車充電站初始投入大，回報周期長；加裝充電樁周期長，難以配合充電需求靈活擴展；缺少光伏發(fā)電及儲能等功能系統(tǒng)，經(jīng)濟效益低。
因此，針對以上問題，提出一種電動汽車集成一體式充電站的方案，與傳統(tǒng)充電站的對比如表1所示，其具有高度集成、體積小、擴展靈活以及功能配置豐富等特點，主要包括5部分：高壓部分、變壓器部分、低壓部分、充電部分、光伏部分和儲能部分。
表1電動汽車集成一體式充電站與傳統(tǒng)充電站的對比表
方案 | 占地面積/m2 |
電動汽車一體式充電站 | 10.35 |
箱變+充電堆+直流充電樁 | 16.10 |
箱變+一體式直流充電樁 | 19.70 |
1關鍵設計
1.1外箱結構設計
為使充電站的占地面積盡可能小，故須對各個部分采用小型化設計或特殊結構設計。但考慮到可替換性以及經(jīng)濟性，高壓柜、變壓器以及充電設備應采用常規(guī)方案，這樣方便出現(xiàn)設備故障時進行快速更換。而低壓部分由于電壓為0.4kV，柜內(nèi)帶電體的電氣距離較之于高壓側小很多，且低壓側的故障多數(shù)為單個零件的異常，整柜更換的情況較少，因此可對低壓柜進行小型化設計，這樣可以在高度方向縮小尺寸，進而設置變壓器部分在低壓部分的上層，形成外箱的雙層結構。
另外，為使充電設備與充電站集成一體化，外箱的底框設計了相應的底座，便于充電設備的安裝，此外，底框的內(nèi)部還設計了電纜通道，這樣就可以使低壓部分能方便地給充電設備供電，出廠前可以安裝調(diào)試完成，減少現(xiàn)場工作量。對于充電站不能
覆蓋的車位，可以設計電纜槽延伸至相應處，并設充電樁在電纜槽上方，這樣無論是前期規(guī)劃充電樁還是后期增加，都無須開挖電纜溝做基礎。
外箱頂蓋設計為覆蓋整個充電站，這樣可以為充電設備提供更好地工況，即使多數(shù)充電設備可戶外使用，但長期暴曬雨淋還是會使其故障率增加；另外，頂蓋設計有光伏組件，頂蓋的面積越大，發(fā)電量也會越大，因此全覆蓋式的頂蓋更適合此充電站，如圖1所示。
圖1電動汽車集成一體式充電站外箱結構設計
1.2光伏設計
光伏系統(tǒng)的設計可分為2部分，充電站的外箱頂蓋的光伏、充電站車棚的光伏。目前，市場上有多種光伏發(fā)電組件，如單晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、銅銦鎵硒和碲化鎘等，雖然這些組件已標定了功率，但是在相同的運行條件下，實際發(fā)電效率卻有所不同，碲化鎘在太陽輻射量較高，少云或多云地區(qū)有優(yōu)勢，廣東多為此氣候。另外，外箱頂蓋上安裝光伏發(fā)電組件，*好選用體積小、重量輕的組件，避免頂蓋受壓過重而變形。故此，頂蓋上選用碲化鎘光伏發(fā)電玻璃，車棚上的光伏組件的選擇應與頂蓋光伏組件一致，這樣可使逆變器的輸入?yún)?shù)一致，運行更穩(wěn)定。
光伏逆變器的選擇應根據(jù)光伏組件的發(fā)電功率以及充電站的功能需求來選擇。光伏發(fā)電總功率由車位以及充電站設備占地面積所決定，箱式變電站的容量一般在800kV·A以下，設直流快充樁（60kW）12支和交流慢充樁（7kW）6支，可以覆蓋18個以下的車位，則車位設置在雙側可以使整個充電站布置*合理，如圖2所示。碲化鎘光伏發(fā)電玻璃的尺寸為1200mm×600mm×6.8mm，功率為105W，再加上休息室也加裝光伏發(fā)電，因此整個場站的光伏發(fā)電功率在60kW以下，逆變器的選擇功率為60kW即可，另外，由于發(fā)電功率不大，可自發(fā)自用，供場站內(nèi)的日常用電以及交流慢充樁用電，故逆變器選用離網(wǎng)逆變器。再加上充電站設置有儲能系統(tǒng)，所以逆變器還須具備給蓄電池充放電的功能，功能架構圖如圖3所示。
圖2充電站車位布置圖
圖3離網(wǎng)逆變器系統(tǒng)架構圖
1.3儲能設計
儲能系統(tǒng)與箱式變電站一體化設計，安全防護設計為重點。鉛酸電池技術成熟、穩(wěn)定性好，并且可回收利用，市場價格優(yōu)勢明顯，非常適合此方案的設計。儲能電池室設置在高壓室背面，電池規(guī)格為150A·h/12V，共設30節(jié)，可儲大約54kW·h。針對電池的運行狀態(tài)，配置了電池巡檢儀裝置，包括1個監(jiān)控裝置屏和2個電池巡檢裝置模塊，這樣就可以實時監(jiān)測單體電池的狀態(tài)，如圖4所示。
圖4儲能電池室設計
此外，為對防火安全進一步提升，對儲能電池室四周側壁加裝防火水泥板，以及在頂部安裝懸掛式七氟丙烷氣體自動滅火裝置，這樣可以保證即使發(fā)生火災也可以*大限度地阻擋火勢的蔓延。在安防警示方面，設置兩個聲光報警器在充電站頂蓋上，為正在站內(nèi)充電的人員發(fā)出告警驅離。
2應用案例
此為電動汽車集成一體式充電站的實際工程驗證，該充電站占地面積約900m2，設有18個充電車位，還配置有休息室，道路四周環(huán)繞，進出方便。充電設備采用了充電堆+分體式直流充電樁的方案，共設14支分體式直流充電樁，單樁額定功率250kW，充電堆功率為600kW，通過矩陣式柔性分配技術，為分體式直流充電樁輸出*佳充電功率。此外，該充電站還設有4支7kW的交流慢充樁，其電源主要由光伏儲能系統(tǒng)供電，為電動汽車供給綠色電能，提高經(jīng)濟效益的同時實現(xiàn)低碳減排，符合國家“雙碳"的目標，如圖5所示。
圖5開平海鴻集成一體式充電站
3安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案
3.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
3.2應用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。
3.3系統(tǒng)結構
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。
4）數(shù)據(jù)中心層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。
5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
3.4 安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
3.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。
3.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。
3.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
3.4.4故障管理
設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
3.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
3.4.6基礎數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結和解綁。
3.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置，同時可接收故障推送
3.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
3.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應國家節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等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，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷高效安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計算網(wǎng)關 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID /CE認證 |
導軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID /CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目推薦） 證書：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設。 |
4結束語
本文介紹了一種電動汽車集成一體式充電站，其占地面積小，并且集光、儲、充于一體，功能配置豐富，解決了傳統(tǒng)電動汽車充電站占地面積大、建設周期長、充電樁擴展難、資源利用率低等問題。另外，一體式設計減少了土建面積，不但降低了投資，還能為充電站增加更多的車位，大大提高了充電站的效益；另一方面，運營商在場站遷移時可對整套設備進行搬遷，大大減少了損失。實際運行案例證明了該設計方案的運行可靠。
參考文獻
[1]張小明,喻準.城中村用電增容解決方案及應用案例[J].農(nóng)村電氣化，2021(6):9?11.
[2]劉建光,張小明.一種雙層雙變壓器箱式變電站的設計及應用[J].農(nóng)村電氣化,2022(12):5?9.
[3]喻金.電動汽車智能小型化雙層預裝式變電站設計[J].農(nóng)村電氣化，2020(9):48?50,58
[4]麥棟明.電動汽車集成一體式充電站設計.
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)應用手冊2020.06版.
在線客服