EV充電とヒートポンプのための三相家庭ESSの設計方法：実例

家には22 kWのEV充電器があります。バッテリーは22 kWである必要はありません。

三相家庭用ESSは、すべての機器の定格を単純に合計するのではなく、実際に重なる負荷からサイズを決定する必要があります。EV充電器とヒートポンプを備えた家庭の場合、設計では系統からの輸入制限、相構成、制御可能なEV充電電力、ヒートポンプの需要、バッテリー／インバーターの出力、使用可能なバッテリーエネルギー、太陽光発電の貢献、バックアップ範囲を確立する必要があります。EV充電は通常、最も柔軟な大きな負荷であり、暖房および必須負荷が通常はより高い優先度を持ちます。

この実例は特定のRuibit/Dawnice顧客プロジェクトを表すものではなく、説明用の数値を使用しています。

目的は設計上の決定がどのように相互作用するかを理解することです。

家

ヨーロッパスタイルの三相家庭を想定します：

系統供給：3 × 25 A
屋根上太陽光発電：12 kWp
EV充電器：11 kW、三相
ヒートポンプ：典型的な電気入力3.5 kW
その他の家庭用負荷：典型的な夕方負荷1.5 kW
提案されたバッテリー：20 kWhクラス
家庭用ESSインバーター：三相

400 Vでの理論的な三相系統容量はおおよそ：

√3 × 400 × 25 ≈ 17.3 kW

この数値はすぐに重要になります。

EV充電器が11 kWを消費し、ヒートポンプと家庭が同時にさらに5 kWを必要とすると、他の大きな機器が動作を始める前に家はすでに接続制限に近づいています。

バッテリーが助けになります。

しかし、負荷制御はすべての可能な同時発生を解決するためにバッテリーを設計するよりも安価かもしれません。

18:10 — 車が接続される

住人が帰宅します。

その瞬間：

EV充電器の要求: 11.0 kW

ヒートポンプ: 3.5 kW

家庭用負荷: 1.5 kW

合計:

16.0 kW

バッテリーは16 kWを供給する必要はありません。

電力網はまだ利用可能です。

エネルギー管理戦略が電力網からの輸入を制限すると仮定します:

12 kW

必要なバッテリーの貢献は:

16 − 12 = 4 kW

適切な家庭用ESSは、選択した制限に近づけるために約4 kWを放電できます。

しかし、別の選択肢もあります。

EVの充電を11 kWから7 kWに減らします。

今:

7 + 3.5 + 1.5 = 12 kW

必要なバッテリー放電:

0 kW

これが、単に大きなバッテリーインバーターを購入する前にEV負荷管理を統合する理由です。

EVは8時間接続されたままでいることができます。

通常、毎分最大充電電力を必要としません。

19:30 — 料理が状況を変える

今、追加します:

誘導調理: 3 kW

EVが7 kWで充電中の場合:

EV: 7.0 kW
ヒートポンプ: 3.5 kW
調理: 3.0 kW
その他の負荷: 1.5 kW

合計:

15 kW

EMSには選択肢があります。

バッテリーを3 kW放電することができます。

または、EVの充電をさらに3 kW減らすことができます。

両方を組み合わせても良い。

この家に対して、負荷の優先順位をおおよそ次のように設定します：

必須の家庭用負荷

→ ヒートポンプ

→ 料理

→ EV充電

EVは調整可能な負荷になります。

これにより、車がフル充電電力で20分待てなかったために、高価なバッテリーサイクルを無駄にすることが防止されます。

バッテリーインバーターのサイズを決定する

バッテリーは依然として意味のある電力能力が必要です。

設計目標が次のようであると仮定します：

通常のグリッドインポートを制限する

太陽光の自己消費を増やす

夕方のエネルギーをシフトする

選択したバックアップを提供する

負荷プロファイルをモデル化した後、次のことがわかったと仮定します：三相バッテリーインバータの8〜10 kWが、接続されたすべての機器に独立して電力を供給しようとせずに、役立つバッテリーの役割を果たします。それは、どの10 kWインバータでも適しているというわけではありません。

私は次のことを確認します：

三相出力アーキテクチャ

相ごとの制限

バッテリーの充電/放電電流

バッテリー電圧範囲

PV入力の制限

グリッドの要件

バックアップ/EPSの動作

BMS通信

およびEMSがEV充電器をどのように調整するか。

Ruibit/DawniceのホームESSの見積もりにおいて、バッテリー、インバータ、メーター/CT、および制御可能な負荷は、したがって1つの運用システムとして扱われるべきです。

今、kWからkWhに移ります。

どれくらいのバッテリーエネルギー？

バッテリーの主な日常業務は、太陽光発電が減少した後の夕方の家庭および暖房需要をカバーすることだと仮定します。

17:00から23:00まで、家庭が消費するのは：

17時から23時まで、家庭が消費するものは次のとおりです：

ヒートポンプ: 9 kWh

その他の家庭用負荷: 6 kWh

バッテリーから供給されるEVエネルギー: 2 kWh

合計バッテリーサポート需要:

17 kWh

A20 kWhクラスのバッテリーは今、妥当に見えます。

しかし、すべての20 kWhがAC負荷に届くとは思わないでください。

使用可能なSoC範囲、インバーター損失、バッテリー制限、バックアップ予備が日常的な配信に利用可能なエネルギーを減少させます。

もし住宅所有者が停電のために20%を確保するなら、EMSは夕方の料金が高いからといって、そのエネルギーをEV充電に使うべきではありません。

正午の太陽光が明日のEVエネルギーを変える

翌日、12 kWpのPVアレイは強い昼間の余剰を生み出します。

すべてを輸出する代わりに、バッテリーが充電されます。

EVが自宅に駐車されている場合、別のオプションが現れます:

PV → EV 直接

これは以下よりも効率的である可能性があります:

PV → バッテリー → 後でEV

車両のスケジュールが許す場合。

したがって、制御階層は以下を考慮すべきです:

家庭用負荷を最優先

ヒートポンプの需要

バッテリー充電 / 予備目標

柔軟なEV充電

グリッド輸出

正確な優先順位は料金と住宅所有者の目標によります。

普遍的な順序はありません。

停電時に何が起こるのか？

ここで私は意図的にルールを変更します。

住宅所有者が望むかもしれないもの:

冷蔵

照明

インターネット

ヒートポンプ

選択されたソケット

しかし、次のことは除外されます：

11 kWのEV充電

電気オーブン

その他の裁量的な高出力負荷

つまり、バックアップ負荷は次のようになる可能性があります：

4～6 kW

通常の運転中に家が時折要求する15～20 kWではなく。

この区別は、役立つレジリエンスに必要なインバータとバッテリーの容量を劇的に減少させることができます。

停電中にEV充電が本当に必要な場合は、それを明示的に指定し、システムをそれに応じてサイズ設定する必要があります。

"全家庭バックアップ"が偶然に"すべての負荷が永遠に正常に動作する"にならないようにしてください。

最終設計は制御戦略です

したがって、私たちの予備システムは次のようになるかもしれません：

これは作業仮定であり、普遍的な製品推奨ではありません。

別の家庭は15 kWhを必要とするかもしれません。

別の家庭は30 kWhを必要とするかもしれません。

より大きなヒートポンプ、22 kWの充電器、3台のEV、電気抵抗加熱、異なるグリッド接続、または異なる料金体系は、設計を完全に変更する可能性があります。

重要な教訓はサイズ設定の順序です：

グリッド制約 → 負荷の同時発生 → 柔軟な負荷 → インバータkW → バッテリーkWh → バックアップ境界 → 制御戦略

除外されます：

11 kWのEV充電器 + 8 kWのヒートポンプ = 19 kWのバッテリーインバータを購入。

三相の家庭では、最適なバッテリーデザインは、どの負荷が同時にフルパワーで動作する必要がないかを決定することから来ることが多いです。.

これは特にEV充電に当てはまります。

時間を通じて移動する必要があるエネルギーにはHome ESSを使用してください。単に待つことができる電力には負荷管理を使用してください。

よくある質問

1. 11kWのEV充電器は11kWの家庭用バッテリーインバーターを必要としますか？

必ずしもそうではありません。EV充電は通常、柔軟な負荷です。動的負荷管理は、ヒートポンプ、調理機器、または他の家庭負荷が動作しているときに充電電力を減少させ、必要なバッテリー電力を減少させることができます。

2. EV充電器とヒートポンプのために三相家庭ESSはどのようにサイズを決めるべきですか？

まず、グリッド接続制限と同時家庭負荷から始め、次に、どの負荷を制御できるかを特定します。役立つピークバッテリー貢献のためにインバータkWをサイズ設定し、必要なエネルギーシフトとバックアップの持続時間のためにバッテリーkWhをサイズ設定します。

3. 停電時にEV充電器は家庭用バッテリーから動作すべきですか？

通常は、重要な家庭負荷と加熱を優先する方が実用的です。その間、EV充電を無効にするか制限します。停電中にEV充電が必要な場合は、その追加負荷に対してバッテリーとインバータを特別にサイズ設定する必要があります。

4. なぜ動的EV充電は家庭用ESSと一緒に便利なのですか？

動的充電は、家庭の需要が高まるとEVの電力を減少させ、容量が利用可能になると増加させることができます。これにより、グリッドの制限違反を防ぎ、不要なバッテリーの放電やインバーターの過剰設計を避けることができます。