摘要：介紹了一種電動汽車集成一體式充電站的設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)電動汽車充電站占地面積大、建設(shè)周期長、充電樁擴(kuò)展難等問題，并且采用高度集成化的設(shè)計(jì)，可使運(yùn)營商在場站遷移時(shí)大大減少損失。除此之外，本充電站還配置了光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)，在利用清潔能源實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時(shí)，還可緩解集中使用充電樁時(shí)對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。

關(guān)鍵詞：電動汽車充電站；光儲充；一體化

0前言

隨著“雙碳"目標(biāo)的提出以及新能源汽車行業(yè)利好政策不斷，電動汽車的市場不斷提高，截至2022年已達(dá)到25.6%，提前3年完成《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》提出的到2025年達(dá)到20%的目標(biāo)。充電樁作為新能源汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施，早在2020年已被納入新基建當(dāng)中，其需求與新能源汽車的發(fā)展呈正相關(guān)。

但目前充電樁的建設(shè)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(bào)周期長；加裝充電樁周期長，難以配合充電需求靈活擴(kuò)展；缺少光伏發(fā)電及儲能等功能系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)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(tǒng)充電站的對比如表1所示，其具有高度集成、體積小、擴(kuò)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電動汽車集成一體式充電站與傳統(tǒng)充電站的對比表

1關(guān)鍵設(shè)計(jì)

1.1外箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)或特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但考慮到可替換性以及經(jīng)濟(jì)性，高壓柜、變壓器以及充電設(shè)備應(yīng)采用常規(guī)方案，這樣方便出現(xiàn)設(shè)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(nèi)帶電體的電氣距離較之于高壓側(cè)小很多，且低壓側(cè)的故障多數(shù)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(shè)計(jì)，這樣可以在高度方向縮小尺寸，進(jìn)而設(shè)置變壓器部分在低壓部分的上層，形成外箱的雙層結(jié)構(gòu)。

另外，為使充電設(shè)備與充電站集成一體化，外箱的底框設(shè)計(jì)了相應(yīng)的底座，便于充電設(shè)備的安裝，此外，底框的內(nèi)部還設(shè)計(jì)了電纜通道，這樣就可以使低壓部分能方便地給充電設(shè)備供電，出廠前可以安裝調(diào)試完成，減少現(xiàn)場工作量。對于充電站不能

覆蓋的車位，可以設(shè)計(jì)電纜槽延伸至相應(yīng)處，并設(shè)充電樁在電纜槽上方，這樣無論是前期規(guī)劃充電樁還是后期增加，都無須開挖電纜溝做基礎(chǔ)。

外箱頂蓋設(shè)計(jì)為覆蓋整個(gè)充電站，這樣可以為充電設(shè)備提供更好地工況，即使多數(shù)充電設(shè)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(shè)計(jì)有光伏組件，頂蓋的面積越大，發(fā)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2光伏設(shè)計(jì)

光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(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(biāo)定了功率，但是在相同的運(yùn)行條件下，實(shí)際發(fā)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(qū)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，避免頂蓋受壓過重而變形。故此，頂蓋上選用碲化鎘光伏發(fā)電玻璃，車棚上的光伏組件的選擇應(yīng)與頂蓋光伏組件一致，這樣可使逆變器的輸入?yún)?shù)一致，運(yùn)行更穩(wěn)定。

光伏逆變器的選擇應(yīng)根據(jù)光伏組件的發(fā)電功率以及充電站的功能需求來選擇。光伏發(fā)電總功率由車位以及充電站設(shè)備占地面積所決定，箱式變電站的容量一般在800kV·A以下，設(shè)直流快充樁（60kW）12支和交流慢充樁（7kW）6支，可以覆蓋18個(gè)以下的車位，則車位設(shè)置在雙側(cè)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，供場站內(nèi)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(shè)置有儲能系統(tǒng)，所以逆變器還須具備給蓄電池充放電的功能，功能架構(gòu)圖如圖3所示。

圖2充電站車位布置圖

圖3離網(wǎng)逆變器系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3儲能設(shè)計(jì)

儲能系統(tǒng)與箱式變電站一體化設(shè)計(jì)，安全防護(hù)設(shè)計(jì)為重點(diǎn)。鉛酸電池技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好，并且可回收利用，市場價(jià)格優(yōu)勢明顯，非常適合此方案的設(shè)計(jì)。儲能電池室設(shè)置在高壓室背面，電池規(guī)格為150A·h/12V，共設(shè)30節(jié)，可儲大約54kW·h。針對電池的運(yùn)行狀態(tài)，配置了電池巡檢儀裝置，包括1個(gè)監(jiān)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(jiān)測單體電池的狀態(tài)，如圖4所示。

圖4儲能電池室設(shè)計(jì)

此外，為對防火安全進(jìn)一步提升，對儲能電池室四周側(cè)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(fā)生火災(zāi)也可以*大限度地阻擋火勢的蔓延。在安防警示方面，設(shè)置兩個(gè)聲光報(bào)警器在充電站頂蓋上，為正在站內(nèi)充電的人員發(fā)出告警驅(qū)離。

2應(yīng)用案例

此為電動汽車集成一體式充電站的實(shí)際工程驗(yàn)證，該充電站占地面積約900m2，設(shè)有18個(gè)充電車位，還配置有休息室，道路四周環(huán)繞，進(jìn)出方便。充電設(shè)備采用了充電堆+分體式直流充電樁的方案，共設(shè)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(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(shè)有4支7kW的交流慢充樁，其電源主要由光伏儲能系統(tǒng)供電，為電動汽車供給綠色電能，提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低碳減排，符合“雙碳"的目標(biāo)，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(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)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(tǒng)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(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

3.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、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(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

3.4.4故障管理

設(shè)備自動上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

3.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。

3.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)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、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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(tǒng)硬件配置

4結(jié)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(tǒng)電動汽車充電站占地面積大、建設(shè)周期長、充電樁擴(kuò)展難、資源利用率低等問題。另外，一體式設(shè)計(jì)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(yùn)營商在場站遷移時(shí)可對整套設(shè)備進(jìn)行搬遷，大大減少了損失。實(shí)際運(yùn)行案例證明了該設(shè)計(jì)方案的運(yùn)行可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]張小明，喻準(zhǔn).城中村用電增容解決方案及應(yīng)用案例[J].農(nóng)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(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化，2022（12）：5?9.

[3]喻金.電動汽車智能小型化雙層預(yù)裝式變電站設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電氣化，2020（9）：48?50,58

[4]麥棟明.電動汽車集成一體式充電站設(shè)計(jì).

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)應(yīng)用手冊2020.06版.