中国建筑技术集团有限公司北京朝阳100013
摘要：电动汽车作为一种新能源交通工具，与传统油动力汽车相比，几乎无污染、零排放、低噪声，使用维护相对简单，运行维护费用也低于传统车辆。而新能源电动汽车由自身配备的动力电池为其供能，为确保车辆的正常使用，需配备充电桩为其充电。
关键词：住宅小区；电动汽车；充电桩；供配电；设计探讨
1充电桩概述
目前，电动汽车的充电桩主要分为直流充电桩及交流充电桩两种，俗称“快充”与“慢充”，其中直流充电桩占地面积大，充电电压高，充电时间较短，投资大；而交流充电桩占地小、可挂墙安装、充电功率低，根据相关规定可知，交流充电桩的电压为交流220V，电流≤32A，充电时间较长，投资小。
交流充电桩适合设置在住宅小区等设有固定车位的区域，而直流充电桩通常设置在高速公路休息区、繁华市区、大型商场周边等需要快速充电的商业区域。如何合理地进行配电设计使得整个系统既能满足使用要求，又不至于造成浪费就显得尤为重要。
2充电桩的配电设计
住宅小区的电动汽车充电设施设置应按照近远期结合，快慢充结合、分类落实的原则，以慢充为主，并设置较低比例的快充。且根据《住房城乡建设部关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作通知》建规[2015]199号，新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件（包括区域配电柜和末端配电箱预留、电力管线预埋和电量预留），其含义为：宜单独设专用变电所，近期按20%配置到位，远期45%配置预留，分期建设。各地对近期配置的规定又各不相同，以北京市为例，近期配置为18%。
以设计北京某保障性住宅小区地下车库为例，地下车库建筑面积为56978.98m²，汽车停车位总数为1496辆，根据北京市相关规定，某城市新建小区按不低于18%的比例规划和配置充电设施，慢快充配建比例按10:1，充电设施专用变压器容量计算如下：
S∑=Kt×Kx×Cn×（Kn×Pn+Km×Pm）/（η×cosΦ）
式中：S∑-变压器总安装容量（kVA）；
Kt-充电桩同时使用系数，充电桩数量（慢充+快充），5-50个，取0.85-0.90；50个以上，取0.6-0.7；
Kx-充电桩需要系数，充电桩数量（慢充+快充），5-10个，取0.75-0.85；10-50个，取0.55-0.65；50个以上，取0.4-0.45；
Cn-小区规划停车位数量。
Pn-交流充电桩（慢充）安装功率，取7kW；
Pm-直流充电桩（快充）安装功率，取30kW；
Kn-慢充停车位配置数量比例系数（即，实际慢充停车位数量/小区规划停车位数量），近期系数取0.18/1.1=0.164，远期系数取0.45/1.1=0.409，其比例系数基于慢快充比例10:1；
Km-快充停车位配置数量比例系数（即，实际快充停车位数量/小区规划停车位数量，近期系数取0.018/1.1=0.0164，远期系数取0.045/1.1=0.0409，其比例系数基于慢快充比例10:1；
η-变压器负载率，取0.65-0.75；
cosΦ-补偿后功率因数，取0.95；
近期专用变压器容量为：
S∑=0.6×0.4×1496×(0.164×7+0.0164×30)/(0.75×0.95)=826.4kVA
远期专用变压器容量为：可选择2台500kVA变压器。
S∑=0.6×0.4×1496×(0.409×7+0.0409×30)/(0.75×0.95)=2061.0kVA
远期专用变压器容量为：可选择2台630kVA+2台500kVA变压器。
综上计算，近期按18%配置设计安装做到位，远期按45%配置预留高低压配电装置、变压器等位置，分期建设（即按2台630kVA和2台500kVA变压器及配套高低压配电装置等设计预留土建及机电等条件，其中2台500kVA变压器及配套高低压配电装置全部设计安装到位）。
充电车位区域配电柜设计原则（慢快充比例按大约10：1配置）：
各单元区内充电停车位数量不宜大于50辆,地下车库一般平均40㎡建筑面积一个车位，一个充电单元50个车位占地2000㎡建筑面积，基本是两个单元为一个防火分区（4000㎡）。根据18%比例配建，整个小区桩位为270个（1496×0.18），慢快充比例按10:1，慢充246个车位，快充24个车位，共设置7个（36位的6个，30位的1个）慢充区域，快充区域可根据车库条件，在适当位置设置，或可设置与室外地面，可设4个快充区域（6位的4个），相应的配电柜及充电桩全部设计安装到位。
3住宅小区电动汽车充电桩供电与居民用电共用变配电室可行性探讨
为新能源汽车提供可靠的充电保障是新能源汽车推广的一项重要基础项目，对新建住宅小区而言，建设为充电桩提供电力的变配电室无疑是实现这一保障的最好措施之一，通过分析电动汽车不同类型的充电行为可知，当大量的充电桩投入使用后，充电负荷与电网原始负荷的叠加将导致电网高峰负荷水平增加约12%，对电网的规划及运行造成很大的影响。除此之外，还需要专用的房间来建设变配电室并配备相应的高、低压设备，这些都会造成房屋建造成本的上升。为找到一种既满足充电需求，又不增加或少增加投资的稳妥方案，研究发现，每户居民生活用电的用电负荷指标在不同的地区差异微小，但是一般户型的用电指标多数不会低于6kW/户，对于面积＞120m2的用户，其用电指标可达到8kW，甚至更多。而小区交流充电桩的用电负荷一般不超过7kW，由此可见，每户的平均用电负荷与交流充电桩的用电负荷基本相当。此外，与高速公路休息区、繁华市区不同，住宅小区内的充电桩使用频率有明显的自身特征，居民工作日白天基本是驾车上班。根据相关调查，一天当中约有14%的私家车处于停驶状态，工作日下班后是充电桩使用高峰期，大约出现在19:00～24:00，从第二天0:00～8:00基本属于低谷期，8:00～19:00基本属于平稳期，这种情况与居民生活用电的峰谷期类似。新能源电动汽车都有自己的固定停车位及专用充电桩，可以通过峰谷电价或者一定的管理措施引导车主在第二天0:00～8:00的时间内充电，这样可以减少变配电室的数量及变压器的安装容量，节省投资，同时也提高了既有变配电设备的利用率，当然此种方案涉及到计费及管理分界问题，需要当地供电公司批复后方可实施。
随着电网智能化程度的提高，新能源电动汽车充电桩可以与电网实现实时通信，根据电网的运行情况，调整对汽车动力电池的充电负荷，实现智能单向有序充电，即V1G充电模式。充电桩与电网智能互动的更高一级模式是除了实现V1G充电模式之外，汽车动力电池作为电网的电力储备，在紧急状态下具备向电网输送电力、支援电网运行的能力，即实现了双向有序充电(V2G充电模式)的应用。
另外，还要注意完善计量检测体系。目前新能源汽车充电设备的国家标准、计量规程还不完善，计量机构要发挥技术先行的优势，逐步完善此类设备的计量检测体系，使此类设备及其计量检定装置纳入国家量值传递、溯源体系，为保证量值一致性、可溯源性打下坚实的技术基础。
4结语
无论发电方式如何，采用电动汽车确实降低了环境污染。而且电动汽车要比汽油机汽车效率要高约两.倍，未来市场肯定是属于电动汽车业，这也意味着大量充电桩将投入建设。在住宅小区汽车充电桩系统设计过程中，要严格遵循相关规范、标准要求，各专业密切配合，选用适合环境需要的环保产品，合理确定设计方案。
参考文献
[1]新建住宅小区电动汽车充电桩配电设计[J].丁学鹏，唐建.智能建筑电气技术.2017(03).
[2]关于住宅小区地下车库电动汽车充电桩的配电设计[J].梁亦超.建材与装饰.2016(22).
[3]电动汽车充电功率需求分析模型研究综述[J].徐虹,贺鹏,艾欣.现代电力.2012(03).
[4]电动汽车充电基础设施设计参考图集.岳展.屠胜銮.屠胜贵.2016.
作者介绍
郭裕婷（1981.01.20），性别：女；籍贯：吉林通化；民族：汉族；学历：研究生；职称：工程师；职务：电气设计师；研究方向：建筑供配电及弱电系统设计；单位：中国建筑技术集团有限公司。