電動汽車光儲充一體式充電站設計與應用

0前言

隨著“雙碳"目標的提出以及新能源汽車行業利好政策不斷，電動汽車的使用不斷提高，截至2022年已達到25.6%，提前3年完成國家《節能與新能源汽車產業發展規劃（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；缺少光伏發電及儲能等功能系統，經濟效益低。

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充電站的對比表

1關鍵設計

1.1外箱結構設計

為使充電站的占地面積*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濟性，高壓柜、變壓器以及充電設備應采用常規方案，這樣方便出現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，出廠前可以安裝調試完成，減少現場工作量。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，少云或多云地區有優勢，廣東多為此氣候。另外，外箱頂蓋上安裝光伏發電組件，*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參數一致，運行更穩定。

光伏逆變器的選擇應根據光伏組件的發電功率以及充電站的功能需求來選擇。光伏發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電，因此整個場站的光伏發電功率在60kW以下，逆變器的選擇功率為60kW即可，另外，由于發電功率不大，可自發自用，供場站內的日常用電以及交流慢充樁用電，故逆變器選用離網逆變器。再加上充電站設置有儲能系統，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離網逆變器系統架構圖

1.3儲能設計

儲能系統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、穩定性好，并且可回收利用，市場價格優勢明顯，非常適合此方案的設計。儲能電池室設置在高壓室背面，電池規格為150A·h/12V，共設30節，可儲大約54kW·h。針對電池的運行狀態，配置了電池巡檢儀裝置，包括1個監控裝置屏和2個電池巡檢裝置模塊，這樣就可以實時監測單體電池的狀態，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，為正在站內充電的人員發出告警驅離。

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供電，為電動汽車供給綠色電能，提高經濟效益的同時實現低碳減排，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通過物聯網技術對接入系統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據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，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、4G或WIFI等方式接入互聯網，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、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統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。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，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、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、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場問題。

3.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

3.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，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系統硬件配置

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

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