周潔

(江蘇潤邦智能車庫股份有限公司，江蘇 南京 211803)

0 引言

由于電動汽車在緩解社會對石油等化石能源的過分依賴，減輕和避免交通工具對環(huán)境所造成的污染及促進人類社會的可持續(xù)發(fā)展等方面有著重要的作用和積極的意義。因此，世界上許多國家都對電動汽車的研發(fā)和生產(chǎn)予以越來越多的重視和投入。近年來，隨著國家政策的大力推動，新能源汽車不再僅以營運車輛的形式出現(xiàn)在大眾視野，也以私家車的形態(tài)走進千家萬戶。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2020年6月，新能源汽車保有量已達417萬輛，與上年年底相比增加了36萬輛，增長9.45%[1]。

國辦發(fā)〔2015〕73號《關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導意見》提出：大力推進充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有利于解決電動汽車充電難題，是發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重要保障，對于打造大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新和增加公共產(chǎn)品、公共服務(wù)“雙引擎”，實現(xiàn)穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生具有重要意義。原則上，新建住宅配建停車位應(yīng)100%建設(shè)充電設(shè)施或預留建設(shè)安裝條件，大型公共建筑物配建停車場、社會公共停車場建設(shè)充電設(shè)施或預留建設(shè)安裝條件的車位比例不低于10%，每2 000輛電動汽車至少配套建設(shè)一座公共充電站。鼓勵建設(shè)占地少、成本低、見效快的機械式與立體式停車充電一體化設(shè)施。

當前電動汽車充電樁市場熱衷于不斷縮減汽車充電時間，提高充電效率，因此多用直流充電樁進行電動汽車充電。但直流充電樁高電壓、大電流，不僅會損耗汽車電池壽命，也更容易出現(xiàn)短路、過熱燃燒的情況。而除了出租車以外，一天內(nèi)汽車處于行駛狀態(tài)的時間不到10%，有90%以上的時間處于停泊狀態(tài)中[2]。利用車輛長時間停泊的狀態(tài)來采用交流慢充是解決直流充弊端的一種方法，更容易滿足市場需要。機械式停車設(shè)備又是解決城市停車難的有效手段。因此，機械式停車設(shè)備具備充電功能的產(chǎn)品應(yīng)運而生，并且是國家政策鼓勵的。

實現(xiàn)充電功能的機械式停車設(shè)備類別分為升降橫移、簡易升降、平面移動、垂直升降、巷道堆垛、垂直循環(huán)、水平循環(huán)、多層循環(huán)8大類。許多停車設(shè)備、充電樁產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家都在研究停車設(shè)備充電功能的實現(xiàn)，其研究的方法，針對的設(shè)備類別各有不同，本文結(jié)合機械式停車設(shè)備的類別，介紹了電動汽車的幾種充電形式取電功能的實現(xiàn)。依據(jù)不同機械式停車設(shè)備特點，推薦了不同形式對電動汽車充電的方法，并就帶充電功能的機械式停車設(shè)備存在的潛在風險進行分析。

1 機械立體車庫充電功能的實現(xiàn)

由機械式停車設(shè)備建成的停車庫俗稱機械立體車庫。目前，常見機械立體車庫分為：1)升降橫移類，利用存車板的升降或橫向平移存取停放車輛；2)簡易升降類，用設(shè)備的升降或仰俯機構(gòu)使車輛存入或取出；3)垂直升降類，用提升機將車輛升降到指定層，并用存取機構(gòu)存取車輛；4)平面移動類，在同一層上用搬運臺車或起重機平面移動車輛，或使存車板平面橫移實現(xiàn)存取停放車輛；5)巷道堆垛類，用巷道堆垛起重機或橋式起重機，將進到搬運器上的車輛水平且垂直移動到存車位，并用存取機構(gòu)存取車輛；6)垂直循環(huán)類，用一個垂直循環(huán)運動的車位系統(tǒng)存取停放車輛；7)水平循環(huán)類，用一個水平循環(huán)運動的車位系統(tǒng)存取停放車輛；8)多層循環(huán)類，作循環(huán)運動的車位系統(tǒng)存取停放車輛[3]。

機械式與立體式停車充電一體化設(shè)施就是機械式停車設(shè)備與充電設(shè)備的有機結(jié)合，因為不同類別的機械立體車庫，其結(jié)構(gòu)型式各不相同。充電接口的連接方式、預留充電電量是充電機械立體車庫設(shè)計時應(yīng)著重考慮的兩方面。目前絕大多數(shù)機械式停車設(shè)備生產(chǎn)廠家給出的充電機械立體車庫解決方案是采用載車板搬運電動汽車的方式。充電功能的實現(xiàn)有以下幾種。

1.1 充電樁充電

充電連接裝置是電動汽車充電時連接電動汽車和電動汽車的組件。除電纜外，還可能包括供電接口、車輛接口、纜上控制保護裝置和帽蓋等部件。充電連接裝置示意圖見圖1[4]。充電樁充電是傳導充電用的連接裝置通過標準充電接口與電動汽車采用圖2所示(電纜組件是充電設(shè)備的一部分)的連接方式C[5]連接直接進行充電的一種方式。電動汽車駛?cè)氲綑C械立體車庫的載車板上，由設(shè)備運行機構(gòu)把電動汽車運送到指定的帶有充電裝置的停車位，如果電動汽車需要充電，存車人操作充電連接裝置與電動汽車充電接口對接后，電源接頭自動對電動汽車充電。這種充電形式因為電纜長度的限制，一般多用于對停放在機械立體車庫地面層或二層的電動汽車充電。因此這種充電形式多用于升降橫移類機械立體車庫的一、二層停車位、簡易升降類機械立體車庫的一、二層停車位及平面移動、垂直升降、巷道堆垛類機械立體車庫的一層停車位。

圖1 電動汽車傳導充電用連接裝置示意圖

圖2 連接方式C

1.2 對接件充電

由于充電連接裝置受電纜線長度的制約，對于高層的機械立體車庫不能直接用充電樁對停放在載車板上的電動汽車充電。要解決高層機械立體車庫停放電動汽車充電，一是如何取電問題，二是取電后如何把電能輸送到電動汽車上。研究發(fā)現(xiàn)，取電可以采用類似插頭、插座的方法，并且把載車板作為載體，通過電纜線把電源傳輸?shù)捷d車板上。這樣在車輛駛?cè)肓Ⅲw車庫時，可以通過人工把充電連接裝置連接上，從而解決高層機械立體車庫停放電動汽車充電問題。

由于機械式停車設(shè)備機構(gòu)運行的精度限制，即使符合國家標準的車輛插座、供電插頭也不能作為立體車庫取電組合，必須設(shè)計滿足機械式停車設(shè)備機構(gòu)運動精度的對接件。對接件由插頭組件和插座組件組成。通過插頭組件和插座組件耦合連接方式進行電力傳輸。插頭組件固定在載車板上，并可跟隨載車板移動，插座組件固定在設(shè)備停車位處的鋼結(jié)構(gòu)件上。載車板一端再安裝一個符合國家標準的供電插座，并通過電纜與插頭主件連接(圖3) 。機械式停車設(shè)備機構(gòu)把載車板移送到停車位時，載車板上的插頭組件和插座組件耦合連接，為載車板上的供電插座提供電源。

1—插座組件；2—插頭組件；3—載車板；4—供電插座；5—電纜。圖3 對接件安裝示意圖

使用方法：需要充電的電動汽車駛?cè)氤潆婋妱悠囕d車板上，存車人把電動汽車傳導充電用連接裝置上的車輛插頭插入充電汽車上車輛插座，供電插頭插入載車板上的供電插座。人員離開，機械式停車設(shè)備開始運行。載有充電電動汽車的載車板通過機械式停車設(shè)備機構(gòu)移動到指定充電停車位，這時固定在載車板上取電插座組件與固定在鋼結(jié)構(gòu)上的送電插頭組件對接耦合，外部電源通過插座組件傳遞到固定在載車板上的插頭組件，再通過電纜把電能傳輸?shù)焦潭ㄔ谳d車板上的供電插座上，通過充電連接裝置實現(xiàn)電動汽車在機械車庫載車板上充電。這種形式的充電主要適用于高層的機械立體車庫。

1.3 滑觸取電充電

對接件充電采用的是插頭、插座耦合，在結(jié)構(gòu)上存在載車板不能貫穿移動，也就是載車板插頭組件和插座組件耦合連接后載車板必須停止移動。對于需要貫穿移動的，或載車板到位后還應(yīng)該允許有移動的機械式停車設(shè)備，對接件充電就不適用了。滑觸線送電就可以解決這個問題。

滑觸線和電刷滑動接觸完成取電，電刷固定在載車板上并跟隨載車板移動，滑觸線固定在設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)件上，電刷與滑觸線以接觸方式進行電力傳輸。載車板一端安裝一個符合國家標準的供電插座，并通過電纜與插頭主件連接(圖4)。機械式停車設(shè)備機構(gòu)把載車板移送到停車位時，載車板上的電刷與滑觸線滑動連接，為載車板上的供電插座提供電源。

1—載車板；2—供電插座；3—電纜；4—滑觸線；5—電刷。圖4 滑觸線安裝示意圖

當充電電動汽車駛?cè)氤潆婋妱悠囕d車板上，存車人把電動汽車傳導充電用連接裝置上的車輛插頭插入充電汽車上的車輛插座，供電插頭插入載車板上的供電插座。人員離開，機械式停車設(shè)備運行。載有充電電動汽車的載車板通過機械式停車設(shè)備機構(gòu)運行到指定充電停車位，這時固定在載車板上電刷與固定在鋼結(jié)構(gòu)上的集電環(huán)滑動對接。外部電源通過安裝在鋼結(jié)構(gòu)上的集電環(huán)傳遞到固定在載車板上的電刷，再通過送電電纜把電能傳輸?shù)焦潭ㄔ谳d車板上的供電插座，通過充電連接裝置實現(xiàn)電動汽車在機械車庫載車板上充電。這種形式的充電適用于各類機械車庫。

1.4 無線充電

無線充電是將電能轉(zhuǎn)換為電磁波、電磁感應(yīng)或電磁共振的形態(tài)，通過非物理接觸無線形式傳遞電能，代替現(xiàn)有通過直接接觸的導體來傳遞電能的技術(shù)。實際使用過程中，將一個受電線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個供電線圈裝置安裝在機械式停車設(shè)備停車位上，當充電電動汽車駛?cè)胪＼囋O(shè)備，通過機械式停車設(shè)備機構(gòu)輸送到充電停車位供電線圈裝置上，通過車輛外部供電線圈與車輛內(nèi)部受電線圈組成非接觸變壓器，實現(xiàn)電能傳輸，對電動汽車進行充電。這種形式的充電，電動汽車應(yīng)支持無線充電。

2 充電機械車庫存在的風險

機械車庫、充電樁標準、技術(shù)規(guī)范的滯后，生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)力量、生產(chǎn)管理水平不同，使得機械車庫加裝充電設(shè)施存在一些潛在風險。

2.1 安全技術(shù)規(guī)范、標準不完善存在的風險

機械式停車設(shè)備配備充電功能缺少相應(yīng)產(chǎn)品標準和安全要求規(guī)定。GB/T 20234.1—2015 《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求》定義的充電連接裝置通常都為靜態(tài)使用，即充電樁和被充電的電動汽車都是靜止不動，充電連接裝置也是靜態(tài)連接靜止的充電樁和靜載的被充電的電動汽車，而在升降橫移類機械車庫配備充電功能使用時，電動汽車停放在機械車庫中載車板上，而載車板是需要運動的。這樣連接靜止的充電樁和停放在載車板的電動汽車充電連接裝置也會運動。載車板的運動、停止會使充電連接裝置產(chǎn)生振動，在這樣的使用環(huán)境下，充電連接裝置的連接可靠性會降低，可能出現(xiàn)接口松動，從而產(chǎn)生接觸不良，使充電設(shè)施過熱燃燒從而引發(fā)車庫起火?；|線充電的滑觸線和電刷滑動，對接件充電的插頭組件和插座組件，都不符合GB/T 20234.1—2015 《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求》、GB/T 20234.2—2015 《電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》、GB/T 20234.3—2015《電動汽車傳導充電用連接裝置 第3部分：直流充電接口》的相關(guān)要求。目前沒有國家或行業(yè)標準，其安全性能只能由生產(chǎn)廠家控制。因為生產(chǎn)廠家的制造質(zhì)量參差不齊，可能會出現(xiàn)因質(zhì)量問題導致充電設(shè)備意外漏電，從而使與充電設(shè)備連接的機械車庫帶電，造成機械車庫無法正常使用。無線充電會產(chǎn)生電磁波，其產(chǎn)生的電磁干擾會導致不安全的運行和危險以及設(shè)備功能的減弱和喪失。

2.2 設(shè)計、制造環(huán)節(jié)存在的風險

機械式停車設(shè)備屬于特種設(shè)備，必須有制造許可才能生產(chǎn)。設(shè)計機械式停車設(shè)備的標準是把控機械式停車設(shè)備安全性能，對充電設(shè)施沒有具體要求，而且機械車庫生產(chǎn)廠家基本都不具備設(shè)計、制造充電設(shè)備的能力。如果機械車庫配備充電功能，就需要機械車庫制造廠家與充電設(shè)備生產(chǎn)廠家合作。特種設(shè)備需要通過特種設(shè)備檢驗機構(gòu)按照TSG-Q7015—2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》安全技術(shù)規(guī)范的檢驗要求檢驗合格后才能使用，對于帶有充電功能的機械車庫，安全技術(shù)規(guī)范里面沒有明確的要求，存在特檢部門無法驗收的風險。

2.3 安裝、調(diào)試過程存在的風險

機械式停車設(shè)備安裝必須由生產(chǎn)廠家或具備安裝資質(zhì)的單位負責。對于配備充電功能的機械車庫，充電設(shè)備的安裝和調(diào)試一般都由充電設(shè)備生產(chǎn)廠家負責，這就存在充電設(shè)備生產(chǎn)廠家在機械車庫內(nèi)安裝充電設(shè)備，是不具備機械車庫安裝資質(zhì)的問題。如果認定帶充電功能的機械車庫其本質(zhì)就是機械車庫，由于充電設(shè)備的生產(chǎn)單位沒有機械車庫的安裝資質(zhì)，就不能實施充電設(shè)備的安裝和調(diào)試。

2.4 檢查與維護的風險

GB/T31052.11—2015《起重機械 檢查與維護規(guī)程 第11部分：機械式停車設(shè)備》規(guī)定了機械車庫中機械式停車設(shè)備在使用過程中應(yīng)進行的檢查與維護的基本要求，并對機械式停車設(shè)備日常檢查和定期檢查項目、方法、內(nèi)容提出了要求。但是國家標準中所提出的機械式停車設(shè)備日常檢查和定期檢查項目、方法、內(nèi)容都是針對機械式停車設(shè)備零部件和電控系統(tǒng)的。而充電設(shè)備怎么進行維護保養(yǎng)，需不需要日常檢查和定期檢查還沒有標準規(guī)范。因此，使用過程中極有可能出現(xiàn)檢查與維護不到位導致車庫充電設(shè)備出現(xiàn)問題。

3 結(jié)語

電動汽車是發(fā)展趨勢，機械式停車設(shè)備的市場需求很大，這兩方面因素必然帶來充電式機械式停車設(shè)備市場的擴大，可以看好充電式機械式停車設(shè)備的市場前景。但是在實際項目落地過程中，一般都是在平面車位上設(shè)置充電樁，這是充電式機械式停車設(shè)備的驗收和檢驗還缺乏相應(yīng)的規(guī)范導致這一現(xiàn)象的直接原因。

機械式停車設(shè)備屬于起重機械，也是特種設(shè)備，由國家市場監(jiān)督管理局特種設(shè)備安全監(jiān)察局管理，需要特檢驗收。電動汽車充電為國家發(fā)改委牽頭多部門管理，不存在專項驗收問題。兩種設(shè)備在技術(shù)規(guī)范上沒有交集。往往客戶要求機械式停車設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)充電功能，設(shè)備驗收時又要求把充電設(shè)施撤掉才能驗收，這讓機械式停車設(shè)備廠家無所適從。

目前市場上基本上都是充電樁充電的機械式停車設(shè)備，其他形式的取電器結(jié)構(gòu)由于沒有相應(yīng)的標準規(guī)范，在使用中會受到一定的限制。電動汽車發(fā)生過多起自燃事故，確實存在安全隱患，現(xiàn)階段推薦將充電樁設(shè)置在平面車位，既可以滿足規(guī)劃需求，相對來說安全風險小一些。

盡管充電式機械式停車設(shè)備處于初期階段，存在不確定的安全風險，但隨著技術(shù)的進步，國家的重視，標準和規(guī)范落后的跟進，機械立體車庫充電系統(tǒng)的應(yīng)用會更加規(guī)范，更加安全。