充电式立体车库技术报告

关于充电式立体车库课题技术报告项目名称：新能源汽车关键技术研究与示范应用所属领域：节能、环保课题承担单位：第一章课题概述（技术背景、课题背景、课题目标等）一课题背景1国内研究现状目前，全国共有两个城市建成电动汽车充电立体停车库，分别是上海和杭州。这种占地少、效率高的立体充电车库未来可能出现在城市的机场、车站、商业中心和居民小区等需要建站的区域。由国电南瑞研发建设的国内首座升降横移式智能充电停车库在上海通过竣工验收。这座停车库共有59个车位，其中13个装有充电桩，每个充电桩的设计功率是7千瓦，完全满足电动车的充电功率需求，整个停车库占地只有普通停车场的三分之一左右，非常适合城市中心建设。目前这座充电车库只面向内部员工和公司的公车，但是后续可能将开放给普通市民，鼓励新能源车的推广。2013年，杭州首座纯电动汽车智能充换电立体车库建成。立体车库由浙江康迪车业有限公司和浙江镭蒙机械设备有限公司联合研发，目前停放的车辆全部为康迪车业生产的电动汽车。整座充电楼有两排5层的立体停车位组成，一共可容纳30辆车同时充电。按照技术人员的说法，每次充电30分钟。这座立体车库及它的周边场所，一共可停100辆电动汽车。2国外研究现状早在20世纪50年代中期，日本就开始了停车场问题的研究，在1960年就建成了一座四个车位的二段式立体停车场，在60年代末，仅东京市就引进西欧技术建成了各种形式的立体停车场40座，在1971年开就开始发展新型的装配自行式立体停车场。据统计，在日本从事立体停车库及其设备开发、制造的公司就有200家左右，目前日本已经投入使用立体停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主，日本的优势就在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上，韩国立体停车设备技术就是日本技术的派生，产业从20世纪70年代中期开始起步，在80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为推广使用阶段。由于得到政府的高度重视，各种立体停车设备得到普遍开发和利用，其他拥有立体停车设备的国家的增长速度显然要比中国要快很多，韩国近几年增长速度都在30%左右，而德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产更早，较好的公司有意大利Sotefin、Interpark等，由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。但是，目前尚无立体停车库增建充电设施的研究案例。二技术背景……三课题目标1完成机械式立体停车库研究和建设。开发一套3层升降横移式机械立体停车库，每层占用12个车位的空间，车库总尺寸为长31.2米、宽6米、高5.9米，停车位总数为34个，一层停车位尺寸为长5.2米、宽2.6米、高2米，二层及以上停车位尺寸为长5.2米、宽2.6米、高1.7米。2立体停车库配建充电设施，探索停车、充电一体的立体充电停车库技术规范,开展立体停车库配建充电设施一体化、功能化设计及安全性研究，开展立体停车库充电设施的性能和可靠性研究。在第一层的最左侧车位配建一套45kW的直流快速充电机，用于电动汽车快速充电，其余34个车位分别配建一套7kW的交流充电桩，用于电动汽车慢速充电，配建的两类充电设备是目前市场主流的用于新能源汽车充电的设备，比较具有研究代表性。根据立体车库的运行特点及规律，结合充电设备的相关技术特点及要求，开展立体停车库配建充电设施一体化、功能化设计及充电安全、消防安全等安全性研究，具备完善的消防系统及安全系统，形成停车、充电一体的立体充电停车库技术规范。充电设施需将交流220V或工业直流380V电转换为可直接为纯电动汽车充电的直流电，其内部包含很多功率电子器件，这些功率器件的工作状态、可靠性及安全性在很大程度上决定了充电设施整体的可靠性和安全性。由于功率电子器件承受电压的范围严格取决于其内部材料及构造，而在实际充电过程中，电网由于受到外界用电负荷的影响，其电压输出会不可避免受到影响，另外由于立体车库内部高压及众多电子设备的存在，其发射的电磁场也会对充电设备输入端电压产生影响。为保证立体停车库内充电设施的性能及充电过程中的功率器件安全，需要对充电设施内部的功率电子器件的特性进行测试分析，采用相应的控制算法，实现充电设施的充电性能符合要求，且充电设施安全可靠。研究充电设施的性能和可靠性，为规模推广应用提供参考标准。3开展立体停车库配建充电设施示范运营不少于6个月，探索商业模式和长效运营机制。后续可结合电动汽车分时租赁等业务的推广，为租赁车辆提供充电保障。结合运营数据，进行商业模式探索，并研究长效运营机制。第二章课题主要研究开发内容一研究开发内容1进行充电桩相关结构形式的研究，采取各部件分散安装的思路进行研发，车位处仅安装充电枪，控制、计量及配电部分安装在立体车库外的集中箱变内。2车位入位后，车库对接通电的关键件研发,关键件包括载车板充电线伸缩机构、满足电动汽车两侧充电的机构，位于载车板上的充电枪的放置机构。3开展立体停车库配建充电设施一体化、功能化设计及充电安全、消防安全等安全性研究。4开展立体充电车库充电设施性能和可靠性研究。根据充电设施内的功率电子器件的特性曲线，针对充电设施在电网内的实际工作状态，对关键器件（如IGBT等）进行极限电压测试，并测试其开通延迟、电流上升时间等开关动态特性。通过此项检测，可获取充电设施关键功率器件的特性参数，为充电设施内软件控制策略提供依据，以保证充电过程中，在不同负载下，充电设施内部关键功率器件均能正常工作，在其输入电压异常时能自行启动保护功能，确保充电设施及用户人身安全。5开展立体停车库配建充电设施技术规范研究。6开展立体停车库配建充电设施示范运营不少于6个月，探索商业模式和长效运营机制二创新点1采用以智能充电箱变为核心的群充电系统,将供电电路、充电控制电路和区域监控模块集成到一个多功能充电箱变内，实现集中管理,满足立体车库兼容泊车和充电双重功能。2充电终端无桩、防水、非充电状态下插头不带电的设计，尤其适合于建设立体充电车位，解决了传统充电桩方式在高层立体车位上无法使用的难题。3采用车位充电线伸缩机构装置、充电枪充电插接装置，车辆停入立体停车库后，车位在水平移动时保证车辆不间断充电，车位在上下移动时，移动过程中切断充电，移动到位后继续恢复充电。第三章课题总体方案和技术路线一技术方案与技术路线1立体车库技术方案及技术路线本方案为3层升降横移式机械立体停车库，每层占用12个车位的空间，车库总尺寸为长31.2米、宽6米、高5.9米，停车位总数为34个，一层停车位尺寸为长5.2米、宽2.6米、高2米，二层及以上停车位尺寸为长5.2米、宽2.6米、高1.7米，设备单根立柱荷载17吨，公用立柱荷载34吨，各停车位设置充电功能，满足常规车辆停车与电动车辆停车、充电需求。立体停车库效果图（见附图15）。立体停车库平面及正、侧面示意图（见附图16）。2立体车库选型（1）全部为钢结构组件。（2）上层车位的载车板做升降动作，出入车辆时载车板可下降至地面层；中间层的载车板做升降横移动作；地面层车位的载车板仅做横移动作。每一组设备的中间层和地面层必须有一个横移空位，以方便上层车位下降时使用。（3）二层以上的载车板由四点钢索悬吊，车辆出入时钢索将载车板下降至地面层。（4）采用马达链条驱动，噪音低，运行平稳。（5）配置多重安全防护装置，确保全程运行安全可靠。防坠落装置人、车误入报警装置车辆超长报警装置欠压缺相、过流过载保护装置断电自锁保护装置急停按钮装置全自动PLC控制，操作简单，采用按钮、IC卡、遥控或车身识别等多种方式控制3立体车库基础要求（1）电气施工标准a电气施工符合电气设计图纸及电气安装工艺要求，并符合现行国家标准《机械式停车设备通用安全要求》GB17907对电气设备的规定。b接地装置的安装符合现行国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169的规定。c控制柜及二次回路接线符合现行国家标准《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》GB50171的规定。（2）基础地基技术规格a四角的立柱柱基应按图纸要求做钢混结构，其下面应保持大于300mm夯实层。b用于浇灌柱基和做地面的混凝土应优于C25.c中间平面水泥层内应铺设钢构网，混凝土厚度应大于200mm，并做排水处理。d距西边沿约1600mm的前后中间位置应设置直径大于200mm的地漏。e以地漏为中心向四周保持一定的轻微坡度，便于流水。除有斜坡外，其余地面应光滑平整。f四角各预埋件中心距误差应小于5mm,对角线误差应小于8mm，各预埋件高度误差应小于3mm。g各预埋件上平面高度应低于±0地面5mm。h120mm的沉坑深度误差应小于5mm，沉坑边沿应预埋符合图纸要求的角钢包角。i车库地面东西两侧应同时做长5850mm，高200mm,宽200mm的挡水墙。j电源线以及充电输入线输入处设在车库设备的左后角。二充电设施技术方案及技术路线通过分析研究立体车库的特点，提出适用于城市立体车位的电动汽车充电系统，采取的技术方案如下：1采用无桩充电设计，解决充电操作的问题无桩充电设计是将与电动汽车充电相关的一次供电输出电路和二次弱电控制回路、显示回路、计量回路、集成化智能管理调度系统等，从充电桩中移出，重新集成到一种多功能充电箱内，外部仅留有与电动汽车相连接的充电电缆及其充电终端。通过手机进行充电控制操作，成功解决传统充电桩方式在高层立体车位上无法实现充电控制操作的难题。2采用充电箱变设计，解决电网接入的问题将10kV高压接入、变压器、交直流充电单位进行集成，一次性将箱变接入10kV电网，一台箱变只需进行一次手续审批流程，输出低压220V为充电终端供电，终端不再单独接入电网。通过充电控制模块实现对每条充电支路的控制，避免了单个充电桩一桩一接入及手续繁杂的问题。3采用无电预连接插头，解决充电安全的问题这种充电电缆接口在车载的充电插头与充电插座不耦合时，充电插头及与之配套的充电电缆的强电输出电缆、弱电控制电缆等均是无电的，只有充电插头与充电插座完全耦合时，充电控制装置收到连接信号，才输出控制信号，开始电动汽车充电过程。充电插头设计有防护罩，作为防水设计。该设计避免了装置遭到破坏或使用不当会造成设备和人身触电伤害的用电安全隐患。4充电桩基本信息：（1）整个车库共安装35个充电桩，其中快充桩1个，慢充桩34个。（2）充电桩的配置方式：由6个集中的慢充单元（每个慢充单元集成了6个慢充桩）和1个快充单元组成。（3）系统控制：由服务器总控，服务器管控3个方面：a控制充电桩；b统计费用信息。（4）充电桩的充电插头安装在立体停车库上，充电桩的其他部分安装在箱变内，提供符合国标的充电插头。（5）充电桩向后台提供RS485接口，并提供响应的通信协议。（6）每个充电桩的地址可设置，以便进行通信控制。（7）每个充电桩采用充电桩号来虚拟代替卡号，以便服务器访问。（8）如果连续充电时间超过24小时，则强制停止充电。（9）根据与电动汽车充电连接信号进行自动停机。（10）根据后台系统的指令启动或者停止充电。5充电桩技术参数：（1）交流桩：a额定电压：单相交流220V±10%b电源频率：50Hz±1Hzc输出最大电流：32AdIP防护等级：IP54e工作环境温度：-20℃~+50℃f工作环境相对湿度：5％～95％g工作海拔高度：≤2000m（2）直流桩：a最大输出功率：45kWb输入电压范围：AC380V土15%c输出电压范围：200Vdc~500Vdcd输出电流范围：2A~90Ae功率因数：≥0.99f效率：≥92%g总谐波含量：≤5%h输出电压误差：≤土0.5%i稳压精度：土0.5%j稳流精度：土1%k绝缘电阻：≥10MΩl漏电流：＜3.5mAmIP防护等级：IP54n给BMS供电低压辅助电源：12V20Ao工作环境温度：-20℃~+50℃p工作环境相对湿度：5％～95％q工作海拔高度：≤2000m6关键件技术方案（1）一层充电线布线方式。一层载车板充电线路沿着车库的“L”型支架敷设到载车板上，在载车板的最后面安装长度2米，宽0.25米的