楊 希, 戴天鷹

[1.ABB(中國(guó))有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518052;2.ABB(中國(guó))有限公司 上海分公司, 上海 200023]

0 引 言

電動(dòng)汽車充電樁安裝于公共建筑(如學(xué)校、醫(yī)院、場(chǎng)館、樞紐等)、商業(yè)建筑(如超市、寫字樓、科技園等)和民用建筑(如居民小區(qū)、別墅區(qū)等),根據(jù)不同的充電需求,以多樣化的交流充電設(shè)備和直流充電功率為各類型號(hào)的電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)[1]。

低碳建筑對(duì)配套充電設(shè)備的需求如下:充電必須安全可靠,首先必須保證充電人員的人身和財(cái)產(chǎn)安全;充電設(shè)施的智慧運(yùn)營(yíng)管理和智能便捷的充電體驗(yàn),運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維的便利性可提高充電樁的使用率,減少“僵尸樁”,便捷的充電體驗(yàn)可以提升車主的滿意度,增加運(yùn)營(yíng)方的收益;實(shí)現(xiàn)建筑能源整體的能效利用,達(dá)到低碳環(huán)保的目標(biāo),要求充電設(shè)施必須與建筑能源管理平臺(tái)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行智慧能效管理[2]。

本文從安全可靠、智慧運(yùn)營(yíng)管理及納入建筑能效管理3方面來(lái)介紹Ability充電管理平臺(tái)如何滿足低碳智慧建筑中的應(yīng)用。

1 安全可靠的充電設(shè)備

充電設(shè)備多部署于建筑配套的停車場(chǎng)中,其環(huán)境條件悶熱潮濕且無(wú)人值守,對(duì)充電設(shè)備的耐候性和現(xiàn)場(chǎng)管理提出了挑戰(zhàn)。Ability充電管理平臺(tái)通過(guò)充電設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)的大數(shù)據(jù)及事故成因分析得知,充電槍線和充電模塊是實(shí)際運(yùn)營(yíng)中事故發(fā)生率最高以及最易受損的器件,并提出了有效的保護(hù)策略。

1.1 充電槍線故障成因

充電槍線故障成因?yàn)槌潆姌層煤蟛粴w位及充電槍充電的過(guò)熱。前者發(fā)生在使用過(guò)程中,使用者充電完畢后不及時(shí)將充電槍歸位,造成充電槍線的磨損甚至是被車碾壓,大大降低了充電槍線的使用壽命和使用安全。后者是因?yàn)殡妱?dòng)車充電過(guò)程是高電壓高功率輸出,導(dǎo)致充電槍線在充電過(guò)程中溫度上升,一旦發(fā)熱失控就會(huì)造成車輛損傷。

Ability充電管理平臺(tái)的平滑式槍溫保護(hù)策略是基于多臺(tái)直流樁的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),與主流樁企傳統(tǒng)階梯式的保護(hù)策略相比:傳統(tǒng)策略中電流驟升驟降對(duì)設(shè)備器件有沖擊性損傷;平滑輸出可以減少?zèng)_擊,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。平滑式溫槍保護(hù)策略提高了充電效率,尤其在夏天高溫環(huán)境下,可提升約30%以上效率,提升用戶體驗(yàn)。

Ability充電管理平臺(tái)的充電槍線歸位監(jiān)測(cè)是通過(guò)安裝壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn),如果充電槍在充電結(jié)束后沒(méi)有歸位,充電樁將在現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程發(fā)出警報(bào),可以精確定位到具體哪個(gè)場(chǎng)站和具體用戶,及時(shí)糾正車主的安全充電行為,為充電槍線的使用安全提供技術(shù)保障。

1.2 充電模塊的溫度及濕度管理

充電模塊作為充電設(shè)備的核心電氣器件,直接決定了充電設(shè)備整體的運(yùn)行效率和設(shè)備安全。建筑配套的停車區(qū)域中,環(huán)境的溫度、濕度和潔凈度都對(duì)充電設(shè)備構(gòu)成挑戰(zhàn),其中又以溫度和濕度的影響最大。Ability充電管理平臺(tái)基于充電樁柜內(nèi)充電模塊運(yùn)行環(huán)境的充電模塊保護(hù)理念,從溫度和濕度兩方面進(jìn)行管理,給出保護(hù)策略,讓充電設(shè)備的柜內(nèi)環(huán)境保障充電模塊正常運(yùn)行。

1.2.1 溫度管理

傳統(tǒng)保護(hù)策略通過(guò)溫度過(guò)高,采用僅通過(guò)降低功率的保護(hù)策略,溫度管理采用主動(dòng)保護(hù)策略,其保護(hù)系統(tǒng)集成了樁內(nèi)關(guān)鍵器件的運(yùn)行特性曲線,可以提前判斷器件在極限狀態(tài)下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),在溫度達(dá)到極限之前,根據(jù)器件的健康情況,逐步降低輸出功率的百分比,并在溫度達(dá)到極限值之前切斷充電模塊,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,保障充電設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.2.2 濕度管理

濕度管理主要體現(xiàn)迷宮式風(fēng)道的專利設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)更能有效抑制水霧進(jìn)入樁內(nèi)又能保證進(jìn)風(fēng)面積,有利于散熱,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明迷宮方案相對(duì)于市場(chǎng)常用的百葉式箱體內(nèi)進(jìn)風(fēng)口位置空氣濕度減小52.05%,確保充電模塊全生命周期運(yùn)行在良好的環(huán)境中。

2 充電設(shè)備的智慧運(yùn)營(yíng)

2.1 遠(yuǎn)程診斷及升級(jí)

電動(dòng)汽車充電技術(shù)不斷更新迭代,可通過(guò)不改變硬件只升級(jí)軟件的方式來(lái)獲得先進(jìn)功能,從而充分利用現(xiàn)有資產(chǎn)和價(jià)值提升。另外,現(xiàn)今市場(chǎng)上大多充電設(shè)備故障警告存在著故障定義不清晰和只能做到功能級(jí)的告警,無(wú)法精確精準(zhǔn)定位的問(wèn)題,工作人員被迫頻繁巡檢充電設(shè)備,不僅帶來(lái)高額的維護(hù)成本,還增加了人員操作的風(fēng)險(xiǎn),影響充電運(yùn)營(yíng)。

PCB板級(jí)別的遠(yuǎn)程升級(jí)在線對(duì)充電設(shè)備器件進(jìn)行功能更新。對(duì)于長(zhǎng)期工作的易損關(guān)鍵器件如充電槍槍鎖、交流接觸器、充電模塊等核心部件以及日常運(yùn)營(yíng)需頻繁操作的器件,Ability充電管理平臺(tái)可以對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作,實(shí)現(xiàn)器件故障的快速確診和復(fù)位,并上報(bào)本地及平臺(tái)并快速定位故障器件,可大幅提升運(yùn)維效率,顯著減少人員巡檢的時(shí)間和頻次,降低維護(hù)人員操作難度,保證充電設(shè)備安全運(yùn)行。

2.2 預(yù)測(cè)性維護(hù)

主動(dòng)運(yùn)維對(duì)充電設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要,可以發(fā)現(xiàn)很多潛在的風(fēng)險(xiǎn),這些風(fēng)險(xiǎn)在暴露之前容易被忽略,而一旦暴露出來(lái)就為時(shí)已晚。

Ability充電管理平臺(tái)遠(yuǎn)程對(duì)充電設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù):查看充電槍累計(jì)插拔的次數(shù)、充電槍實(shí)時(shí)溫度、模塊累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、槍鎖狀態(tài)、風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)并給出預(yù)警,發(fā)出運(yùn)維建議信息,將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降到最低,充分保證充電設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 建筑能源管理中的充電設(shè)備

有序充電運(yùn)用實(shí)際有效的經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充電,對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷,使負(fù)荷曲線方差較小,在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提下,減少了發(fā)電裝機(jī)容量建設(shè),保證了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)發(fā)展。通過(guò)有序充電的方式可以解決建筑能效管理、用電尖峰功能不足等問(wèn)題,比如在用電高峰,可以通過(guò)調(diào)節(jié)充電樁的功率,讓優(yōu)先權(quán)低的用戶降功率充電,通過(guò)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)設(shè)定不同的充電電價(jià),在用電低谷降低電價(jià),鼓勵(lì)充電,這樣可以進(jìn)一步降低新能源電動(dòng)汽車充電成本。

Ability充電管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)有序充電,建筑配套有序充電系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示,不僅適用于場(chǎng)站充電,還可以基于家庭住宅的負(fù)載管理進(jìn)行有序充電。家庭住宅負(fù)載管理中的有序充電如圖2所示,通過(guò)對(duì)充電需求的規(guī)劃和智能電價(jià)的計(jì)算引導(dǎo)充電,既保證用車需求,也可以有效降低充電成本。對(duì)于充電需求急迫程度,通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行分時(shí)段定價(jià),體現(xiàn)用電的公平性。

圖1 建筑配套有序充電系統(tǒng)拓?fù)?/p>

圖2 家庭住宅負(fù)載管理中的有序充電

4 應(yīng)用案例分析

華東地區(qū)某國(guó)際酒店地下停車場(chǎng)共上下兩層,車位數(shù)約300個(gè),在-1F安裝7 kW交流單槍和60 kW直流雙槍充電設(shè)備,滿足酒店客戶、來(lái)訪車主等人員多種多樣的充電要求,交流充電設(shè)備32臺(tái)供32個(gè)車位使用,直流4臺(tái)供8個(gè)車位使用,交流充電設(shè)備滿足酒店客人長(zhǎng)時(shí)間停留充電需求,4臺(tái)直流樁對(duì)酒店接駁車充電,因此交直流充電設(shè)備配比為8∶1,變壓器的專供容量為400 kVA。根據(jù)T/ASC 17—2021《電動(dòng)汽車充換電設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]考慮交流充電設(shè)施需用系數(shù)0.45,直流充電設(shè)施需用系數(shù)0.8。在該酒店停車場(chǎng)區(qū)域無(wú)人值守,還需要保證人員和車輛的安全,因此需全天候保證安全、智能、便捷的充電服務(wù)。此外,根據(jù)項(xiàng)目要求,充電設(shè)備需實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果,以實(shí)現(xiàn)充電場(chǎng)站的高效運(yùn)營(yíng)。

華東地區(qū)某國(guó)際大酒店地下停車場(chǎng)充電樁區(qū)域配電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 華東地區(qū)某國(guó)際大酒店地下停車場(chǎng)充電樁區(qū)域配電系統(tǒng)

地下車庫(kù)的直流充電設(shè)備及交流充電設(shè)備通過(guò)Ability充電服務(wù)平臺(tái),對(duì)充電設(shè)備使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控、有序充電管理,遠(yuǎn)程協(xié)助運(yùn)營(yíng)人員進(jìn)行故障診斷和智慧運(yùn)維,以及進(jìn)行在線更新和升級(jí)等功能,以幫助酒店車庫(kù)的管理方提升運(yùn)維效率。

此外該項(xiàng)目充電設(shè)備均納入樓宇的能源管理平臺(tái)進(jìn)行綜合管理,考慮到未來(lái)電動(dòng)汽車的增多,充電車位需求也會(huì)隨之增加,現(xiàn)有變壓器容量會(huì)出現(xiàn)不夠的情況,交流、直流充電設(shè)施可以進(jìn)行有序充電的管理,在充電高峰時(shí)自動(dòng)降低部分充電設(shè)備的充電功率,從而減少充電電流對(duì)變壓器的沖擊,延后變壓器的擴(kuò)容,通過(guò)能源管理平臺(tái)對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行“削峰填谷”管理,達(dá)到節(jié)能減排、節(jié)省電費(fèi)成本的作用,產(chǎn)生良好運(yùn)營(yíng)效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從智慧運(yùn)營(yíng)和建筑能源管理方面介紹了充電設(shè)備在低碳智慧建筑終端的應(yīng)用，并結(jié)合某酒店停車場(chǎng)項(xiàng)目，介紹了低碳智慧建筑中的充電設(shè)備應(yīng)用，可為類似項(xiàng)目提供參考。