0前言

隨著(zhù)“雙碳"目標的提出以及新能源汽車(chē)行業(yè)利好政策不斷，電動(dòng)汽車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)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(chē)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(chē)的發(fā)展呈正相關(guān)。

但目前充電樁的建設存在以下問(wèn)題：城市土地資源緊張，新增充電站用地選址難；電動(dòng)汽車(chē)充電站初始投入大，回報周期長(cháng)；加裝充電樁周期長(cháng)，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，經(jīng)濟效益低。

因此，針對以上問(wèn)題，提出一種電動(dòng)汽車(chē)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(diǎn)，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(dòng)汽車(chē)集成一體式充電站與傳統充電站的對比表

1關(guān)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(gè)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方案，這樣方便出現設備故障時(shí)進(jìn)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(gè)零件的異常，整柜更換的情況較少，因此可對低壓柜進(jìn)行小型化設計，這樣可以在高度方向縮小尺寸，進(jìn)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(chǎng)前可以安裝調試完成，減少現場(chǎng)工作量。對于充電站不能

覆蓋的車(chē)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(wú)論是前期規劃充電樁還是后期增加，都無(wú)須開(kāi)挖電纜溝做基礎。

外箱頂蓋設計為覆蓋整個(gè)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(hù)外使用，但長(cháng)期暴曬雨淋還是會(huì )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(huì )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(dòng)汽車(chē)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(chē)棚的光伏。目前，市場(chǎng)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(shí)際發(fā)電效率卻有所不同，碲化鎘在太陽(yáng)輻射量較高，少云或多云地區有優(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(guò)重而變形。故此，頂蓋上選用碲化鎘光伏發(fā)電玻璃，車(chē)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(fā)電功率以及充電站的功能需求來(lái)選擇。光伏發(fā)電總功率由車(chē)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(gè)以下的車(chē)位，則車(chē)位設置在雙側可以使整個(gè)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(gè)場(chǎng)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(chǎng)站內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，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(chē)位布置圖

圖3離網(wǎng)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(diǎn)。鉛酸電池技術(shù)成熟、穩定性好，并且可回收利用，市場(chǎng)價(jià)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，電池規格為150A·h/12V，共設30節，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(gè)監控裝置屏和2個(gè)電池巡檢裝置模塊，這樣就可以實(shí)時(shí)監測單體電池的狀態(tài)，如圖4所示。

圖4儲能電池室設計

此外，為對防火安全進(jìn)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(dòng)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(gè)聲光報警器在充電站頂蓋上，為正在站內充電的人員發(fā)出告警驅離。

2應用案例

此為電動(dòng)汽車(chē)集成一體式充電站的實(shí)際工程驗證，該充電站占地面積約900m2，設有18個(gè)充電車(chē)位，還配置有休息室，道路四周環(huán)繞，進(jìn)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(guò)矩陣式柔性分配技術(shù)，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(dòng)汽車(chē)供給綠色電能，提高經(jīng)濟效益的同時(shí)實(shí)現低碳減排，符合國家“雙碳"的目標，如圖5所示。

圖5開(kāi)平海鴻集成一體式充電站

3安科瑞充電樁收費運營(yíng)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(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)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(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據中心層和客戶(hù)端層。

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

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據中心層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)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(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)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(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監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(guò)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(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)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(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

3.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)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(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)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(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

3.5系統硬件配置

4結束語(yǔ)

本文介紹了一種電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)充電站占地面積大、建設周期長(cháng)、充電樁擴展難、資源利用率低等問(wèn)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(chē)位，大大提高了充電站的效益；另一方面，運營(yíng)商在場(chǎng)站遷移時(shí)可對整套設備進(jìn)行搬遷，大大減少了損失。實(shí)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].農村電氣化，2022（12）：5?9.

[3]喻金.電動(dòng)汽車(chē)智能小型化雙層預裝式變電站設計[J].農村電氣化，2020（9）：48?50,58

[4]麥棟明.電動(dòng)汽車(chē)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.