电动汽车充电设施设计关键问题研究

图形符号是一种工程语言，是设计人员制图的基础。它具有双重任务，既是编制者作为图解表示内容的准绳，也是看图人在识图、用图时必不可少的阅读指南。

图形符号应符合完备性与一致性。但由于国家没有发布关于充电设施的标准图例，设计人员在设计时往往各行其是，图例表达方式上随意性较大。笔者结合设计图纸实际情况和图例统一绘制标准，在满足国家及专业制图标准的前提下，本着规范、合理、简单、辨识度高的原则，制定并规范了电动汽车充电设施设计的相关图形符号（如表1所示）。

表1电动汽车充电设施图形符号2负荷等级

负荷等级是电动汽车充电设施配电设计的基础。笔者认为，充电设施的用电负荷等级应以现行国家规范GB 50052 - 2009《供配电系统设计规范》中相关条款的规定为评判标准，避免因负荷等级定级过高导致投资浪费。

根据GB 50052 - 2009有关条款的规定，当中断供电将在经济上造成较大损失或对公共交通、社会秩序造成较大影响的充电设施，应按二级负荷供电，其余场所的充电设施可按三级负荷供电。例如一线大城市的电动公共汽车、电动环卫车，如果不能及时补电有可能使城市交通陷入混乱甚至瘫痪，对公共交通和社会秩序将造成较大影响，因此应按照不低于二级负荷供电。当然对于小城镇而言，由于城市规模不同、公交车等停运对社会的影响程度不同，可以区别对待，这里不赘述。

对于大型公共建筑内配建停车场或各类附建式停车库内的充电设施，其供电负荷等级是否考虑建筑物的类型、规模等因素，这一点在行业内一直有较大的争议。根据调研分析，建筑内充电设施对供电可靠性的要求与一般照明类负荷并无区别，即使中断供电，电动汽车车主也可以选择到别处去充电，因此按三级负荷供电就可以满足需求。

3负荷计算

充电设备的负荷计算主要与设备容量、需要系数有关，对于不同场所的停车场，由于电动汽车使用者习惯不同，其计算方法也必然不尽相同。电动汽车充电设备使用场所主要集中在公交场站、社会车辆停车场和建筑内配建停车场，其中公交场站及社会车辆停车场充电设备主要以充电主机系统、非车载充电机为主，建筑内配建停车场充电设备主要是交流充电桩。

笔者通过对有关企业充电系统平台实际数据的分析，认为电动汽车充电设备负荷计算可分充电主机系统和非充电主机系统两大类采用不同的计算公式。

●充电主机系统负荷计算及需要系数

充电主机系统是将充电模块集中设置、可智能控制的集中式充电设施，一般包括整流装置和末端直流充电桩。充电主机系统可以灵活自主地分配各回路的输出功率，根据需要实现均充、轮充，从而达到对充电设备功率的充分利用。在实行峰谷电价的地区，充电主机系统还可以有效地利用夜间低谷电价时段为电动汽车充电，具有良好的节能效果和经济效益。笔者通过调研了解到，基于充电主机系统具有智能调节负荷的显著优势，目前已广泛应用于各电动汽车公交场站。充电主机系统负荷计算公式如下：

Sjs = Kx×P÷（η×cosφ）式中：Sjs——计算容量，kVA；cosφ——主机系统的功率因数，一般 > 0.95；η——系统的工作效率，一般取0.9；P——充电主机系统的额定功率；Kx——需要系数，详见表2。

表2充电主机系统需要系数

●非充电主机系统负荷计算及需要系数

对于社会车辆停车场、公共建筑和居住建筑内停车场，大量采用的还是非车载充电机和交流充电桩设备，本文统称为“非充电主机系统”。对这一类系统，在负荷计算时需按交流充电桩、非车载充电机进行负荷分组或分类，不同类别的充电设备选用不同的需要系数。计算公式如下：

Sjs = Kt×［Kx×∑P1÷（η1×cosφ1） + Kx×∑P2÷（η2×cosφ2） + …… + Kx×∑Pn÷（ηn×cosφn）］

式中：Sjs——计算容量，kVA；cosφn——各类充电设备的功率因数，一般 > 0.95；ηn——各类充电设备的工作效率，一般取0.9；∑Pn——各类充电设备的总额定功率，一般按交流充电桩、非车载充电机等进行负荷分组或分类；Kx——各类充电设备需要系数，详见表3~表5；Kt——同时使用系数，充电设施数量（慢充 + 快充），5~50个，取0.9~0.95；50个以上，取0.8~0.9，当仅有一类充电设备时，Kt取值为1。

在上述计算中，需要系数Kx是一个比较关键的数据，其取值主要与同时充电的车辆数有关。公共停车场等公用直流充电设备Kx取值见表3、交流充电桩Kx取值见表4。

表3公共停车场直流充电设备需要系数

表4社会车辆停车场、公共停车场7 kW交流充电桩需要系数

对居住建筑停车场而言，电动汽车充电设备以住户自用为主，其充电时间具有一定的规律性。因此，笔者在研究住宅区电动汽车充电设备的Kx取值时，更多地考虑了电动汽车自带车载充电机功率、车载充电机充电曲线、居民的充电习惯、居民乘用车续航里程等因素。

由于交流充电桩的标准产品额定功率为单相7 kW，因此在计算公式中交流充电桩均按7 kW计算。需要注意的是，目前市场上主流电动乘用车车载充电机的功率一般在3 kW左右，也就是说电动汽车在充电时实际消耗的功率值没有达到7 kW，所以在作负荷计算时，对于7 kW的交流桩单桩安装容量要作一定的修正。综合考虑以上情况以及电缆更换的难度，笔者提出了用于供电干线和变压器侧的负荷计算采用不同Kx系数取值的解决方案：

a.用于供电回路干线负荷计算。虽然电动汽车车载充电机的功率普遍偏低，但根据行业发展报告数据，未来电动汽车车载充电机功率将达到7 kW，其续航里程也会逐步提高。考虑到电缆在全寿命周期内难以更换电缆，负荷计算时不作修正。

b.用于变压器侧总负荷计算。考虑到现阶段居民电动汽车保有量偏低，为尽量降低变压器初次安装容量和初装成本，也为了避免变压器在实际运行中轻载运行，在计算变压器侧总负荷时建议乘以0.7的修正系数。

4充电设备布置与安装

目前市场上电动汽车充电设备产品较多、规格不一，其安装方式和要求也各有不同。在考虑充电设备布置及安装方式时，其基本前置条件应该是不影响项目整体场地规划布局，尤其对于寸土寸金的建筑物内停车场，不能因布置充电设备而影响车位划分。电气设计人员应与规划、建筑专业密切配合，按照“充电设备靠近停车位布置以便于充电、充电设备布置不妨碍其他车辆通行”的原则，合理选择充电设备及其安装方式。

公交场站内电动汽车一般采用充电主机系统如图1所示，图中充电主机系统整流装置集中设置在箱式变电站内。

图1公交场站非车载充电机布置图示

三相交流充电桩、非车载充电机、充电主机系统的直流充电桩及其整流设备由于容量一般比较大、引发火灾风险高，不建议设置在地下停车场。民用建筑中地下停车库充电设备主要为交流充电桩。当电动汽车停车位附近有墙或柱时，可选用壁挂式交流充电桩，如图2所示。