摘要：民用建筑都需要设置充电桩，以满足电动汽车快慢速充电的需求。本文从充电桩的设置原则、设计要求、配电系统、管理平台等方面，对民用建筑充电桩的电气设计进行研究。
关键词：充电桩；民用建筑；电气设计
0引言
当前，新能源汽车被广泛推广使用，为了满足新能源汽车的充电需求，建筑中的车辆停放区域都须设置充电桩，本文主要设计要求、配电系统、管理平台等方面对民用建筑充电桩设计进行简要分析。
1民用建筑充电桩的配置原则
民用建筑充电桩的配置主要遵循三项原则。一是要符合配置指标的要求，对于不同地区和建筑类型，建筑充电桩配置比例也存在着差异。例如浙江地区的住宅建筑充电桩的配建比例控制在不超过总车位数14%，快充充电桩的配建比例控制在不超过总充电车位数3%；办公建筑充电桩的配建比例控制在不超过总车位数12%，快充充电桩的配建比例控制在不超过总充电车位数14%；二是要满足快慢充充电桩位置选择的要求，对于大多数停车场，其电动汽车的停车区域相对集中于地下停车库，慢充全部设置在地下停车库，快充一般是设置在地面或汽车坡道口处；三是要遵循充电桩位置的布置原则，对于电动汽车来说，充电设施的位置应当与其停车位置具有一定的安全距离，同时还应当满足检修需求和操作需求[1]。
2民用建筑充电桩的设计研究
2.1民用建筑充电桩配电系统设计
2.1.1电气设计相关要求
对于民用建筑充电桩的电气设计，基本的是要符合现有的相关技术标准。如防护等级方面，要求民用建筑充电桩设计在室内时，防护等级不得低于IP32，室外时防护等级则不得低于IP54；从设计容量方面，充电桩可单独设计变电所，或将充电桩用电与其他用电合并，统一考虑变电所设置数量；从充电桩的馈线回路方面，所有充电桩都应设置绝缘保护措施，以防止出现漏电现象。保护充电桩的断路器，均应具有剩余电流保护、短路保护、接地故障保护等功能，既能保证充电桩正常情况下正常使用，又能保证充电桩故障时能迅速切断电源，保障人身及财产安全。
按充电桩的使用类型，充电桩可分为交流慢充充电桩和直流快充充电桩两种类型。其中，直流快充充电桩功率较大，通常在30~120kW;慢充交流充电桩功率较小，通常在6~10kW。但是慢充充电桩的设置比例通常高于快充充电桩，因此其在整个变压器中的负载占比较高，设计时需要考虑末端设置静态无功补偿器（SVG）等，改善电能质量。
对于设有电气火灾监控系统的建筑，充电设备配电系统应设电气火灾监控装置；未设电气火灾监控系统的建筑，应设置防止电气火灾的剩余电流保护，动作电流宜在300~500mA；充电设备配电系统三相负荷不平衡度应满足电力部门要求。
2.1.2配电系统的设计
对民用建筑的充电桩配电系统进行合理设计。例如，对于快慢充电桩，应根据负荷容量、电压等级选用适当的电缆截面；其保护开关主要为断路器，为保障安全，其需要具有接地保护、短路长短延时以及短路瞬时等多种保护类功能，同时还需根据需要设置分励脱扣器。而对于一些监控设备以及非车载类充电机的供电模式宜采用放电式，对于交流充电桩的供电电源，若是多台设施建议接线采用三相平衡模式，而交流充电桩侧部位的低压断路器应当设置充分的保护措施，用来防止其过负荷或短路情况，同时也应当具有保护剩余电流的效果，其剩余电流所保护的额定值应当不超过30mA，其保护动作的时间应当不超过0.1s，每台交流充电桩都应当配置低压断路器，不宜共用[2]。
对于充电桩配电线路的布线也要进行合理设计，通常地下室等场所桥架内敷设，可选用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，若线路敷设的位置处于室外，则需要使用钢带铠装电缆来作为线路的外部保护套。对于主干线路的截面在设计过程中应当综合考虑并一次设定，根据需要为充电车辆供电的装置负载情况来设定电缆线路的导线截面，对于在室内敷设的电缆线路，一般选用的敷设方式为穿管或搭桥，而对于室外敷设的电缆线路，则一般选用的敷设方式为电缆沟槽，室外的保护管设施应当同时具有抗腐蚀和抗压两种性能。
2.1.3充电桩变电所设计
由于充电桩负荷容量大，负荷性质相对单一，各地对于充电桩变电所的设置原则各有不同。例如杭州主城区要求所有慢充充电桩与住宅等其他负荷供电，均由公用变电所供电，且慢充充电桩容量不大于变压器容量的30%，快充充电桩需要单独设置变电所；杭州余杭区要求所有慢充充电桩与住宅负荷供电，均由公用变电所供电，且慢充充电桩容量不大于变压器容量的30%，快充充电桩需要与电梯等公共负荷共用变电所；义乌地区要求慢充充电桩需要单独设置变电所或在公用变电所内设置独立变压器，快充充电桩需要根据物业形式确定期电源来源等。由于各地对于充电桩的供电要求不尽相同，设计人员在前期需要充分收集资料并与相关部门接洽，保证供电。
2.2民用建筑充电桩安装设计
民用建筑的充电桩在安装过程中，应当满足相关规范要求。例如，要保证其配电箱的安装位置合理且便于操作，不影响车辆停放及正常使用；配电箱（柜）与桥架连接时，需要跨接地线路；在配电箱（柜）穿越电缆之前，应当做好充足的防护措施，使用防火封堵的方式对洞口进行封堵；对于一些电气系统的管道和桥架等设施在安装时应当保证其表面没有污染，未被锈蚀，采取必要的防腐防潮措施；民用建筑车库潮湿，一些设施易被腐蚀，可以对桥架等金属材料进行喷塑处理或镀锌处理，降低其腐蚀概率；使用镀锌的电线管来作为电气管道的材料时，桥架安装应采用支架吊装的方式，其露在外面的螺杆长度应当具有统一性，并保证外形竖直，使用的吊架应当保证干净、无污秽，且同一支架的吊架规格相同，长度误差不应当超过10毫米。考虑预留的充电桩，其电缆的长度应当具有充足的余量，保证电缆结构敷设后整齐，各设施的标识应当清晰。
2.3民用建筑充电桩管理平台设计
在充电桩配电系统设计和安装完成后，充电桩装置即将投入使用，应当设置专门的管理平台进行实时监测管理，其管理平台进行的设计，需要注意许多事项。例如，运用云平台来作为充电桩管理平台查看充电桩使用情况，通过网络终端设备进行查看，主要是监测充电桩的使用次数、使用时间、收入情况以及充电量，同时还要深入查看每一台充电桩的具体运行状况，保证充电桩的运行合理。对充电设施采取实时监控的管理模式，若发现某设施出现故障问题，应当及时采取紧急措施，可直接断电，然后安排维护人员尽快处理，再通知云端。对于各个站点的充电桩可采用统一分配管理模式，对其各项数据进行收集和统计，对其收费、编码信息、流量卡以及IC卡数据信息等有效管理。在收费方式方面应当丰富多种形式，如微信、支付宝、刷卡以及APP等，之后将各数据进行统一整合并打印出报表再进行深入分析，切实提升管理效果。
3安科瑞充电桩收费运营云平台
3.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。
3.2应用场所
适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。
3.3系统结构
3.3.1系统分为四层：
1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。
3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。
4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。
5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。
小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。
3.4安科瑞充电桩云平台系统功能
3.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。
3.4.2实时监控
实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。
3.4.3交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。
3.4.4故障管理
设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。
3.4.5统计分析
通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
3.4.6基础数据管理
在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。
3.4.7运维APP
面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送
3.4.8充电小程序
面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
3.5系统硬件配置
类型 | 型号 | 图片 | 功能 |
安科瑞充电桩收费运营云平台 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷高效安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、高效、安全的充电服务。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。 |
互联网版智能交流桩 | AEV-AC007D |
| 额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC030D |
| 额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC060S |
| 额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
互联网版智能直流桩 | AEV-DC120S |
| 额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
10路电瓶车智能充电桩 | ACX10A系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电 |
20路电瓶车智能充电桩 | ACX20A系列 |
| 20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电 |
落地式电瓶车智能充电桩 | ACX10B系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告 |
智能边缘计算网关 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。 |
扩展模块ANet-485 | M485模块：4路光耦隔离RS485 | ||
扩展模块ANet-M4G | M4G模块：支持4G全网通 | ||
导轨式单相电表 | ADL200 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证 |
导轨式电能计量表 | ADL400 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证 |
无线计量仪表 | ADW300 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证 |
导轨式直流电表 | DJSF1352-RN |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入较大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证 |
面板直流电表 | PZ72L-DE |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入较大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证 |
电气防火限流式保护器 | ASCP200-63D |
| 导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。 |
4结语
综上所述，民用建筑充电桩的设计需要遵循配置指标的要求、充电车位的选择要求以及充电桩本身的布置原则等，合理设计并布置充电桩，能够提升其运用效果。由本文分析可知，在进行民用建筑充电桩设计的过程中，主要是对配电系统、充电设施、实际安装以及管理平台进行合理设计。
参考文献
［1］王云奇.民用建筑充电桩配电系统设计[J].电工技术,2020(15):61-63.
［2］李慧.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案[J].江西建材,2019(02):58-59.
［3］廖飞.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案[J].低碳世界.2018(06)
［4］沈洪飞.民用建筑充电桩设计与研究[J].2021年7期
［5］安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.