1、M ar. 2017 Vol. 36 No. 3http: / www. jzdq. net. cn誖BUILDINGELECTRICITY2017 年 第 期3Abstract： Data analysis is conducted on year-round hourly power load of 25 existing commercialbuildings calculate the actual electricity indicator ofthe transformer in non-mechanical underground garagesof these building
2、s. Meanwhile， the impacts of chargingpiles of different quantity and type on the design fortransformer capacity of underground garage are takeninto account in accordance with current codes forpower capacity design and car charging pile typedesign， based on which the electricity indicator ofundergrou
3、nd garage transformer is obtained as the basisfor transformer capacity design of new commercialbuildings with car charging piles.Key words： underground garage； charging pile；electric vehicle； garage electricity indicator； transformercapacity design； quantity of charging pile； type ofcharging pile； c
4、harging efficiency摘 要 ： 通过对 25 个既有商业建筑的地下车库全年逐时用电负荷进行数据分析 ， 计算得出商业建筑地下非机械式车库变压器容量的实际用电指标 。 与此同时 ， 根据现有电力容量的设计规范和汽车充电桩选型设计的方法 ， 考虑不同充电桩数量 、 不同充电桩类型对地下车库变压器容量设计的影响 ， 综合得出地下车库变压器指标 ， 用于指导配建汽车充电桩的新建商业建筑变压器容量设计 。关键词 ： 地下车库 ； 充电桩 ； 电动汽车 ； 车库用电指标 ； 变压器容量设计 ； 充电桩数量 ； 充电桩类型 ； 充电效率中图分类号 ： TU852 文献标识码 ： Adoi：
5、10. 3969 / j. issn. 1003 - 8493. 2017. 03. 0100 引言随着经济发展 、 环保低碳理念的提升 ， 我国逐渐加大对新能源汽车的推广 。 工信部数据显示 ， 仅2015 年我国新能源汽车累计生产 37.9 万辆 ， 其中纯电动车 29.07 万辆 、 插电式混合动力车 8. 82 万辆1。2020 年中国新能源汽车的年销量将达到汽车市场总需求的 5 % 以上 ， 2025 年增至 20 % 左右2。随着新能源汽车的推广 ， 对电动汽车充电桩的需求也进一步激增 。 研究发现 ， 目前造成电动汽车推广困难的主要原因是充电桩数量较少 、 充电速度慢 、充电对象
6、单一3。 为协助新能源汽车推广 ， 我国正在逐步加大汽车充电桩配置 。 2015 年 10 月国务院指导意见中指出 ， 大型公共建筑物配建停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于 10 %4。然而我国现有配电设计规范中 ， 对车库容量的设计指标尚未提及关于安装汽车充电桩对车库配电指标的影响 。 对于新建建筑而言 ， 车库充电桩的配置及带有充电桩的车库配电容量设计依旧比较模糊 。 本文通过调研现有车库用电特征 、 汽车充电设施使用情况 、充电桩配置类型及用电特征 ， 结合分析我国现行充电桩的设计方法 ， 以为新建建筑设计车库充电桩的配电容量提供指导思路 。Transformer Ca
7、pacity Design of Car Charging Piles in Underground GaragesWANG Xue （Beijing Persagy Co.， Ltd.， Beijing 100192， China）XIAO He （Beijing Persagy Co.， Ltd.， Beijing 100192， China）王 雪 （北京博锐尚格节能技术股份有限公司 ， 北京市 100192）肖 贺 （北京博锐尚格数据技术有限公司 ， 北京市 100192）地下车库汽车充电桩的变压器容量指标设计作者信息王 雪 ， 女 ， 北京博锐尚格节能技术股份有限公司 ， 设计咨询工
8、程师 。肖 贺 ， 女 ， 北京博锐尚格数据技术有限公司 ， 工程师 ， 运维总监 。18048http: / www. jzdq. net. cn1 我国现行充电桩设计方法及汽车充电桩使用情况目前 ， 我国新建商业建筑地下车库配建充电桩时变压器容量设计 ， 充电负荷计算主要参照南方电网充电桩设计规范中的计算方法5：S= K （S1+ S2+ + SN）= K（P1cos+P2cos+PNcos） （1）式中 ： P1、 P2 PN 各台充电桩的输出功率 ，kW；S 充电机的输入总容量 ， kW；cos 充电机的功率因数 ， 取 0. 9； 充电机的效率 ， 取 0. 9；K 充电机同时工作系
9、数 ， 取 0. 8。调研目前已投入使用的公共充电桩主要有以下几种 ， 如表 1 所示 。2 车库变压器容量设计指标问题及现状车库变压器容量设计时 ， 方案设计阶段通常采用单位指标法计算 。 规范中给出各类建筑物的单位建筑面积用电指标 ， 非机械汽车库用电指标为 815W/m2，变压器容量指标为 12 34 VA / m2 6。 现行设计规范中对于车库是否安装充电桩 、 充电桩比例如何并未进行详细说明 ， 设计中在未考虑是否设置充电桩时 ， 车库配电也常按照最大值 34VA / m2计算 。 在施工图设计阶段 ， 常规车库变压器容量设计采用需要系数法 ，充电桩配电容量根据公式 （1） 计算 。
10、 公式 （1） 中各台充电机的输出功率因设计人员缺少实际测试数据 ，采用充电桩额定输出功率计算 ， 表 2 中数据显示 ， 实际充电功率为充电桩额定输出功率的 58%99.5%， 表中仅不到一半车型充电效率在 80% 以上 ， 保守估计根据公式 （1） 计算结果偏大 10%左右 。公式 （1） 中同时工作系数为 0. 8， 对于安装充电 桩 较 少 （如 20 台 以 下 ） 的变压器容量影响较小 ， 充电桩越多变压器容量越大 ， 安装充电桩大于100 台时 ， 用于充电桩供电的变压器富余量预计将达 10 % 30 %。影响同时工作系数的主要因素 ：a. 由于汽车电池充电特性 ， 电池充电 0
11、 80 %时为恒流充电 、 80 % 100 % 时为保护电池改为恒压充电 。 同一时间 ， 不同车辆的充电开始阶段不同 、 充电百分比不同 ， 充电桩的同时工作系数也不同 。b. 对于商业建筑而言 ， 日常充电桩服务对象主要为通勤人群和购物人群 ， 有研究显示 ， 用于上下班和社交 / 休闲目的的平均往返里程约 30 km8， 对于交流慢充而言充电时间约为 1. 5 h， 直流快充约为0. 5 h。 对于通勤人群而言 ， 占用充电桩时间等于工作时长 ； 对于购物人群而言 ， 占用充电桩时间等于购物时长 。 设定好充电时间后 ， 充电完成时车主未达到工作时长 / 购物时长 ， 将不会离开车位
12、。 此时充电桩的同时工作系数有所下降 。3 商业建筑地下车库变压器容量设计优化本文给出车库变压器容量计算指标 ， 用于方案设计阶段快速预估车库变压器选型容量 ：n = aN = a （sA） （2）S= K （SL+ SM+ SS）= nK（bPLcos+cPMcos+dPScos） （3）S =1 000 SS（4）S = S0+ S （5）式中 ： n 充电桩安装数量 ， 个 ；N 停车位数量 ， 个 ；设 计 交 流地下车库汽车充电桩的变压器容量指标设计 （王雪 肖贺 ）表 1 各充电服务公司充电桩的额定输出参数Tab. 1 Rated output parameters of char
13、ging pilesof various charging service providers充电服务公司充电类型额定输出电压/ V额定输出电流/ A国家电网DC 快充 380 75DC 快充 400 120DC 快充 500 75DC 快充 550 75AC 慢充 220 32南方电网 AC 慢充 220 32中国石化 DC 快充 500 100特斯拉 DC 快充超级充电桩 ： 交流输入 380 V、 192 A，直流输出 50 410 V， 输出电流可以持续达到 335 A， 输出功率 120 kW18149M ar. 2017 Vol. 36 No. 3http: / www. jzdq
14、. net. cn誖BUILDINGELECTRICITY2017 年 第 期3表 2 我国常见公共充电桩充电的电动汽车品牌及充电情况Tab. 2 Common brands of electric vehicles available for charging on public chargingpiles and the status quo of car charging in China代表车型 充电方式额定电压/ V额定电流/ A额定功率/ kW实测电压/ V实测电流/ A实测功率/ kW比亚迪秦 AC 220 16 3. 4 2. 0比亚迪 e6DC 320 100 32. 0 3
15、17. 0 89. 3 28. 3AC 220 30 6. 5 318. 0 18. 0 5. 7北汽E150EVAC 220 16 3. 3 217. 6 15. 1 3. 1DC 380 80 30. 4 362. 5 59. 6 21. 6腾势AC 220 16 3. 45 3. 42DC 380 32 20. 6 DC 380 80 51. 6 482. 9 83. 1 40. 1上汽荣威550PHEVAC 220 16 3. 4 235. 8 9. 3 2. 2江淮iEV 系列AC 220 16 3. 4 224. 3 11. 2 2. 5DC 380 351. 2 37. 5 13
16、. 2特斯拉Model SAC 220 32 6. 9 226. 0 31. 0 6. 9AC 380 32 20. 6 宝马 i3AC 220 16 3. 4 AC 220 32 6. 9 注 ： 以上国产代表车型选自 2015 年中国电动汽车市场销量表中畅销车型7， 进口代表车型摘选文中美国 、 欧洲 、 日本等国 2015 年电动汽车市场销量表中畅销车型 。a 充电桩安装比例 ， %；s 车库面积 ， m2；A 单车位均摊面积 ， m2/ 个 ；K 充电机同时工作系数 ， 取 0. 65 0. 85，充电桩数量小于 20 取 大 值 、 大 于100 取小值 ；b、 c、 d 分别为大
17、、 中 、 小型充电桩安装比例 ， %；PL、 PM、 PS 分别为大 、 中 、 小型充电机的额定输出功率 ， kW；cos 充电机的功率因数 ， 取 0. 92； 电池充电的效率 ， 取 0. 85；S 充电桩变压器装置指标 ， VA / m2；S 车库变压器装置指标 ， VA / m2；S0 不含充电桩的商业建筑地下车库实际用电指标 ， VA / m2。3. 1 不含充电桩的商业建筑地下车库实际用电指标 S0分析分 析 某 商 业 地 产 集 团25 个广场地下停车库电耗数据 ， 对于不使用充电桩的地下停车场主要耗电为风机和照明两类 。 其中 25 个广场的实测单位面积停车场风机 、 照
18、明及实测尖峰电耗如图 1、 图 2、 图 3 所示 。实测数据显示 ， 单位停车场面积停车场实测尖峰电耗指标为 1. 5 8. 7 W / m2。由 于 节 能 技 术 的 普 及 与 发展 ， 越来越多的商业建筑对车库采取节能措施 ， 如使用节能灯具 、 车库排风采用双速或变频风机 、 根据 CO 浓度控制车库排风机启停等 ，实测车库尖峰电耗明显低于2009 版 电 气 技 术 措 施 中 推荐 值 815W/m2。 考虑其他停车场灯具和风机配置 、 运行可能性 ， 取 1. 2 倍安全系数 ， 停车场电耗容量设计优化指标推荐值为 1. 8 10. 5 W / m2， 约 2. 3 13.
19、4 VA / m2（功率因数取 0. 92， 变压器负荷率取0. 85）。 比现行常用停车场配电设计指标 34 VA / m2低 60. 6 % 93. 2 %。3. 2 电动汽车充电桩对车库变压器容量设计影响3. 2. 1 充电桩数量影响调研各大商业地产集团设计指引中发现 ， 单车位均摊面积均在 25 45 m2/ 辆范围内 。 下文针对平均单位停车面积 ： 2545m2/ 辆 、 充电桩安装比例 ： 10% 30 % 时 ， 同一充电桩类型 、 不同充电桩数量对车库变压器容量设计指标的影响进行分析 。 单位停车面积指标 A 和充电桩安装比例 a 对充电桩负荷设计指标的影响见图 4。相同充电
20、桩安装比例下 ， 随着单车位均摊面积增加 ， 充电桩变压器装置指标降低 。 单车位均摊面积为18250http: / www. jzdq. net. cn表 3 国内车型常见充电限值参数Tab. 3 Common charging limits of domestic vehicles汽车类型充电方式额定电压/ V额定电流/ A额定功率/ kW代表车型小型低速充电AC慢充220 16 3. 2比 亚 迪 秦 、 上 汽 荣威 550PHEV中型中速充电AC慢充220 32 6. 3比亚迪 e6、 宝马 i3、特斯拉 ModelS大型快速充电DC快充380 80 30. 4 北汽 E150EV、
21、 腾势图 4 单位停车面积指标 A 和充电桩安装比例a 对充电桩负荷设计指标 S 的影响Fig. 4 Impact of power consumption per unit parking area（A） and charging pile coverage （a） on load designindicator of charging pile （S）图 3 某商业地产集团 25 个广场单位停车面积停车场实测尖峰电耗指标Fig. 3 Peak actual power consumption per unit areaof the parking lot of 25 squares sub
22、ordinatedto a commercial real estate group图 2 某商业地产集团 25 个广场单位停车面积停车场照明尖峰电耗指标Fig. 2 Peak lighting power consumption per unit areaof the parking lot of 25 squares subordinatedto a commercial real estate group图 1 某商业地产集团 25 个广场单位停车面积停车场风机尖峰电耗指标Fig. 1 Peak air-fan power consumption per unit areaof the
23、parking lot of 25 squares subordinatedto a commercial real estate group45 m2/ 个时 ， 充电桩变压器装置指标为单车位均摊面积为 25 m2/ 个时的 55. 6 %； 相同单车位均摊面积下 ，充电桩安装比例每增加 1 %， 充电桩变压器装置指标上升 10 %。 充电桩安装比例为 30 % 时 ， 充电桩变压器装置指标为充电桩安装比例 10 % 时的 3 倍 。3. 2. 2 充电桩类型影响由于电动汽车多采用锂电池 ， 充电电流较大的快速充电易对锂电池寿命造成影响甚至发生爆炸 ， 因此国内电动车在充电时厂家与充电桩通信
24、协议多限制充电电流 。 就目前充电技术而言 ， 即使充电桩配置电压 、 电流增大 ， 实际充电时也无法达到充电桩额定功率 。 因此 ， 下面将对国内车型常见充电限值参数进行分析 （如表 3 所示 ）。分析充电桩安装比例 10 %、 充电桩安装数量100 个 、 单车位均摊面积为 40 m2/ 个时 ， 根据公式（2） （4） 不同充电桩类型组合对充电桩变压器装置指标的影响 ， 如图 5、 图 6 所示 。研究结果显示 ， 在图 5 的 5 151 个充电桩组合中 ， 约有 35 % 的充电桩组合形式其充电桩变压器装置指标为 10 20 VA / m2， 24 % 的充电桩组合形式使充电桩变压器
25、装置指标为 20 30 VA / m2， 约有 74 %的不同充电桩类型组合形式使得充电桩变压器装置设 计 交 流地下车库汽车充电桩的变压器容量指标设计 （王雪 肖贺 ）18351M ar. 2017 Vol. 36 No. 3http: / www. jzdq. net. cn誖BUILDINGELECTRICITY2017 年 第 期3图 5 不同充电桩类型组合对充电桩负荷设计指标 S 的影响Fig. 5 Impact of combination of different charging piles onload design indicator of charging pile （S
26、）图 6 不同充电桩组合时充电桩负荷设计指标 S 分布比例Fig. 6 Distribution of load design indicator of chargingpile （S） with different charging pile combinations指标落在 30 VA / m2以内 ， 可满足大型直流快充充电桩安装比例不超过充电桩总安装数量 48 % 的配置要求 。当大型快速充电桩安装比例超过 73 % 时 ， 充电桩变压器装置指标超过 40 VA / m2， 此时对于充电桩的投资较大 。4 结语不设置充电桩时 ， 停车场电耗容量设计优化指标推荐值为 1. 8 10. 5
27、 W / m2， 约 2. 3 13. 4 VA / m2；设置充电桩时 ， 应在上述停车场电耗容量设计优化指标推荐值基础上增加 0 60 VA / m2， 具体增加充电桩配电容量指标应根据充电桩型号配比进行计算 。不同充电桩组合配置应综合考量商业建筑使用性能和投资经济性能 。 对于商业综合体而言 ， 商场停车位较多时 ， 应适当增加大型快速充电桩的配置满足人们快充需求 ； 办公停车位较多时 ， 应适当增加中型中速和小型低速充电桩配置 。虽然配置在住家停车位 、 工作地停车位 、 公共停车场和酒店停车场的充电桩多采用中低速充电 ， 充电总需求占比约 80 %， 快速充电占比约 20 %9。 但
28、是鉴于我国目前已建住宅的充电限制 ， 有很多小区不能满足电动汽车充电需求 ， 因此商业建筑应综合考量经济性和使用性 ， 适当配置大型快速充电桩安装比例 。1 中华人民共和国工业和信息化部 . 2015 年 12 月新能源汽车产量达 10 万辆 EB/OL. （2016-01-11） 2016- 11-29. http： / www. miit. gov. cn / n1146290 / n1146402/ n1146455 / c4588249 / content. html.2 国家制造强国建设战略咨询委员会 . 中国制造2025 重点领域技术路线图 C （2016 - 01 - 18）20
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