大型电动汽车充电站电气系统设计探讨
作者：于维平 于宁 司呈恪
来源：《科学与信息化》2019年第01期
摘 要 经济的发展和科技的进步，人们生活水平的提高，在环保要求与能源枯竭的双重压力下，电动汽车迎来了黄金时期。电动汽车充电基础设施是其发展的重要前提和有力保障。本文就大型电动汽车充电站电气系统设计展开探讨。 关键词 电动汽车;充电站;电气系统 1 电动汽车充电站系统组成
①供配电系统。供配电系统是充电站极为重要的一部分，其主要功能就是借助外部电网设备，来给电站提供电能，在对该系统进行设计的时候，需要全面考虑，然后分析电站的用电情况，并且掌握准确的电容量，根据这些来判定电负荷级别。根据国家相关部门出台的相关政策规范可以得知，不同类型与规模的充电站电量负荷等级是有区别的，并且针对不同负荷级别，有不同的建设规定。其中提到，通常情况下，普通规格的充电站，负荷等级都会定性为三级，但是如果充电站的建设背景较为特殊，有重大经济价值或政治意义，一旦出现供电问题会严重阻碍社会的正常秩序，那么就要将此类充电站定性为二级负荷级别。②充电系统。充电系统是充电站的最终保障系统，只有该系统处于正常运行状态，电车才能够圆满完成充电任务。充电系统内部主要是由各类充电机构成。充电机的类型主要包括三种，分别为慢速充电机、中速充电机以及快速充电机。在进行充电的时候可根据自己的需求来自行选择，如果充电站的规模较大，充电需求较多，则要同时配备三种充电机，由于快速充电机的使用频率较高，因此不管哪种类型的充电站，首先都应注重快速充电机的配备。③电池更换和维护系统。该系统的主要功能就是及时更换电池，并且进行后续维护，此类功能与充电系统的功能有些相似，但是与充电系统比起来，电池更换与维护系统需要的空间较大。首先，由于大型电动汽车需要配备大体积的电池组，因此需要专用存储架，与此同时，在电池架上还要配置相应的充电系统，给电池进行充电。由于快速充电的方式可能会减少电池的寿命，因此绝大多数的时候都会选择慢速充电的方法。在运输电池的过程中，要尽量使用机械手或者专用搬运的设备，这样一来，一方面可避免人为失误，一方面可有效减轻工作人员的压力[1]。 2 供电系统的设计
（1）供电系统的相关设计要求。通常情况下，供电系统由两部分组成，一部分是一次设备，另一部分是二次设备。这些设备都包括谐波调节设备、继电保护器、变压器以及专用配电柜等设备。在对系统进行设计的时候必须遵循科学的设计方法，设计时要重点注意以下几个方面，首先，电动汽车充电站的配电网应选择10KV规格。负责供电的电源必须经过降压处理之后才能进行使用。其次，由于大型电动汽车所用的充电站的电量负荷等级一般都属于二级，为
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了满足电车的供电需要，其中设置了多种类型的充电桩，在进行设计的时候必须保证供电的可靠性和安全性。（2）电气设备的选择和配置。这一部分需要注意三个方面。第一，设备主接线的设计。由于我国大型电动汽车的充电站分布数量有限，而充电服务的模式也比较单一，因此对站内可靠性的设计要求较高，主接线的出现数量也比较多。因此设计人员通常会使用单一分段的接线方法，进线部分要选择双回路设计，且要等到降压处理之后再进线。此外，还应注意控制进线时的传输容量，至少要超过最高容量的70%左右，当充电站处于正常运行的状态时，其中的断路器会直接将开关分隔开来。双回路线此时均处于独立的运行当中。如果其中的一条回路出现了故障，或者进行检修的时候，分段线路中的断路器会快速闭合，而充电桩则会从运行状态正常的回路中获取电源。第二，要注重变压器的选择。一般情况下，双回路中的变压器在处于正常运行状态的时候，都是独立工作互不干扰。在该种电气系统当中，并没有设置明备用设备，而其中的变压器则作为暗设备来使用。第三，要注意其中无功补偿设备的设置以及滤波装置。对于大型电车充电站来说，其整流器以及逆变器等设备负载电量较大，因此对于无功功率有较大需求，如果不设置无功补偿装置，会给供电效果带来负面影响。但是在使用补偿装置的时候，由于系统还会受到其他众多电子元件的影响，而产生部分谐波，从而降低供电质量。因此技术人员要在该方面做出改进，尽量规避谐波的出现[2]。 3 充电系统的设计
充电系统是由交流充电桩、直流充电桩以及相关附属设备所组成。交流充电桩主要采取慢充模式，即：电流在10～60A之间，充电功率在5～20kW之间，一般采用单相220V或者三相380V电压等级。充电时间长，但是电费较便宜、建设成本较低，适用于公交车、环卫车等社会公共用户。直流充电桩充电电流为150～400A，功率在50～100kW之间，采用三相四线制380V电压，能够在10～30min内将电池电量由10%提升到90%。直流充电桩适用用户范围广，充电时间短，故在充电站中广泛采用，然而存在着建设与维护成本高，电费相对较高等不足。充电桩设计应当考虑适应安设地区气象状况，能够在极端天气下正常工作，因此需要考虑防尘、防雨、放强光照射，同时保证桩体能够正常通风散热。对于充电桩电气部分设计，有如下要求：①设计要基于“一车一桩”原则，即在同一时间内，一辆汽车对应一台充电桩进行充电。②设备选择需要满足充电桩设计输入功率要求，且留有裕度。充电桩输入功率为： P：充电桩输出有功功率;η：充电桩效率;cosφ：充电桩功率因数。③充电桩采用TN-S供电接地系统，即将工作零线与保护专用接地线PE严格区分开。配置带脱扣功能的低电压断路器，断路器应具有短路保护与剩余电流保护功能。确保充电桩金属外壳因故障断电时断路器可以迅速、可靠且有效地将充电桩与供电系统断开，避免造成人身与财产伤害。④由于站内设有单相充电桩与三相充电桩，所以，要通过调度确保三相负荷平衡。 4 结束语
随着经济的发展，社会对大型电动汽车充电站规模化建设和快速普及的需求日益凸显。因此，其电气系统的设计不能仅仅把经济性视为重中之重，而是要充分考虑系统的可靠性与安全
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性，设计需要具备前瞻性，保留充足的扩建裕量与安全裕度，确保电网运行的稳定性以及用户使用的便捷性，以促进电动汽车应用的普及。 参考文献
[1] 周志敏，纪爱华.电动汽车充电桩（站）设计与施工[M].北京：中国电力出版社，2016：307.
[2] 殷树刚，龚桃荣，刘瑞，等.基于云平台的电动汽车智能充电系统设计与应用[J].供用电，2015，（7）：43-47.
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