전기차 충전 및 열펌프를 위한 3상 가정 ESS 설계 방법: 사례 연구

집에는 22 kW 전기차 충전기가 있습니다. 배터리는 22 kW일 필요가 없습니다.

3상 가정용 ESS는 모든 기기의 이름판 정격을 더하는 것이 아니라 실제로 겹치는 부하에서 크기를 조정해야 합니다. EV 충전기와 히트 펌프가 있는 가정의 경우, 설계는 그리드 수입 한도, 상 구성, 제어 가능한 EV 충전 전력, 히트 펌프 수요, 배터리/인버터 전력, 사용 가능한 배터리 에너지, 태양광 기여도 및 백업 범위를 설정해야 합니다. EV 충전은 일반적으로 가장 유연한 대형 부하이며, 난방 및 필수 부하는 일반적으로 더 높은 우선 순위를 받습니다.

이 작업 예제는 특정 Ruibit/Dawnice 고객 프로젝트를 나타내기보다는 설명적인 숫자를 사용합니다.

목표는 설계 결정이 어떻게 상호 작용하는지를 보는 것입니다.

집

유럽식 3상 가정을 가정합니다:

그리드 공급:3 × 25 A
옥상 PV:12 kWp
EV 충전기:11 kW, 3상
히트 펌프:3.5 kW 전형적인 전기 입력
기타 가정용 부하:1.5 kW 전형적인 저녁 부하
제안된 배터리:20 kWh 클래스
가정용 ESS 인버터:3상

400 V에서 이론적인 3상 그리드 용량은 대략:

√3 × 400 × 25 ≈ 17.3 kW

그 숫자는 즉시 중요합니다.

EV 충전기가 11 kW를 소비하는 동안 히트 펌프와 가정이 동시에 추가로 5 kW를 요구하면, 집은 이미 다른 주요 기기가 시작되기 전에 연결 한도에 가까워집니다.

배터리가 도움이 될 수 있습니다.

하지만 부하 제어는 모든 가능한 우연을 해결하기 위해 배터리를 설계하는 것보다 저렴할 수 있습니다.

18:10 — 차량이 연결됨

주택 소유자가 집에 도착합니다.

그 순간:

EV 충전기 요청: 11.0 kW

히트 펌프: 3.5 kW

가정용 부하: 1.5 kW

총계:

16.0 kW

배터리는 16 kW를 공급할 필요가 없습니다.

전력망은 여전히 사용 가능합니다.

에너지 관리 전략이 전력망 수입을 다음으로 제한한다고 가정해 봅시다:

12 kW

필요한 배터리 기여도는 다음과 같습니다:

16 − 12 = 4 kW

적절한 가정용 ESS는 선택된 한도 근처에서 전력망을 유지하기 위해 약 4 kW를 방전할 수 있습니다.

하지만 다른 옵션이 있습니다.

EV 충전을 11 kW에서 7 kW로 줄입니다.

이제:

7 + 3.5 + 1.5 = 12 kW

필요한 배터리 방전량:

0 kW

이것이 제가 단순히 더 큰 배터리 인버터를 구매하기 전에 EV 부하 관리를 통합할 이유입니다.

EV는 8시간 동안 연결된 상태를 유지할 수 있습니다.

보통 매 분마다 최대 충전 전력이 필요하지 않습니다.

19:30 — 요리가 상황을 변화시킴

이제 추가해 보십시오:

유도 조리: 3 kW

EV가 여전히 7 kW로 충전 중이라면:

EV: 7.0 kW
히트 펌프: 3.5 kW
조리: 3.0 kW
기타 부하: 1.5 kW

총계:

15 kW

EMS는 선택할 수 있습니다.

배터리를 3 kW 방전할 수 있습니다.

또는 EV 충전을 추가로 3 kW 줄일 수 있습니다.

둘 다 결합할 수 있습니다.

이 집의 경우, 부하 우선 순위를 대략 다음과 같이 설정할 것입니다:

필수 가정용 부하

→ 히트 펌프

→ 요리

→ EV 충전

전기차는 조정 가능한 부하가 됩니다.

이것은 전기차가 20분 동안 완전 충전 전력에서 기다릴 수 없기 때문에 비싼 배터리 사이클을 낭비하는 것을 방지합니다.

이제 배터리 인버터의 크기를 정하십시오

배터리는 여전히 의미 있는 전력 용량이 필요합니다.

설계 목표가 다음과 같다고 가정해 보겠습니다:

정상 그리드 수입 제한

태양광 자가 소비 증가

저녁 에너지 이동

선택된 백업 제공

부하 프로파일을 모델링한 후, 우리가 다음과 같이 결정한다고 가정합니다:8–10 kW의 삼상 배터리 인버터 전력연결된 모든 기기를 독립적으로 공급하려고 하지 않고 유용한 배터리 작업을 처리합니다.

이것은 어떤 10 kW 인버터가 적합하다는 것을 의미하지 않습니다.

나는 다음을 확인할 것입니다:

삼상 출력 구조

상별 제한

배터리 전압 범위

배터리 충전/방전 전류

PV 입력 한계

그리드 요구 사항

백업/EPS 동작

BMS 통신

그리고 EMS가 EV 충전기를 어떻게 조정하는지.

Ruibit/Dawnice 홈 ESS 견적을 위해, 배터리, 인버터, 미터/CT 및 제어 가능한 부하는 하나의 운영 시스템으로 취급되어야 합니다.

얼마나 많은 배터리 에너지가 필요합니까?

이제 kW에서 kWh로 이동합니다.

배터리의 주요 일일 작업이 태양광 생산이 감소한 후 저녁 가정 및 난방 수요를 충당하는 것이라고 가정합니다.

17:00부터 23:00까지, 집에서 소비하는 양은 다음과 같습니다:

히트 펌프: 9 kWh

기타 가정용 부하: 6 kWh

배터리에서 공급되는 전기차 에너지: 2 kWh

총 배터리 지원 수요:

17 kWh

A20 kWh급 배터리이제 합리적으로 보입니다.

하지만 모든 20 kWh가 AC 부하에 도달한다고 가정하지는 않을 것입니다.

사용 가능한 SoC 범위, 인버터 손실, 배터리 한계 및 백업 예비 전력이 일상적인 배분을 위해 사용할 수 있는 에너지를 줄입니다.

주택 소유자가 정전 대비 20%를 예약하면, EMS는 저녁 요금이 비싸다고 해서 같은 에너지를 전기차 충전에 사용해서는 안 됩니다.

정오의 태양광이 내일의 전기차 에너지를 변화시킴

다음 날, 12 kWp PV 배열은 강력한 정오 잉여 전력을 생산합니다.

모든 것을 수출하는 대신 배터리가 충전됩니다.

전기차가 집에 주차되어 있다면, 또 다른 옵션이 나타납니다:

PV → 전기차 직접

이것은 다음보다 더 효율적일 수 있습니다:

PV → 배터리 → 나중에 전기차

차량의 일정이 허락할 때.

따라서 제어 계층은 다음을 고려해야 합니다:

가정용 부하 우선

히트 펌프 수요

배터리 충전 / 예비 목표

유연한 전기차 충전

그리드 수출

정확한 우선순위는 요금 및 주택 소유자의 목표에 따라 다릅니다.

보편적인 순서는 없습니다.

정전 시 어떤 일이 발생합니까?

여기서 나는 의도적으로 규칙을 변경할 것입니다.

주택 소유자는 다음을 원할 수 있습니다:

냉장

조명

인터넷

히트 펌프

선택된 소켓

하지만 다음은 제외:

11 kW 전기차 충전

전기 오븐

기타 선택적 고전력 부하

즉, 백업 부하는 다음과 같을 수 있습니다:

4–6 kW

정상 작동 중에 집이 가끔 요구할 수 있는 15–20 kW 대신입니다.

이 구분은 유용한 회복력을 위해 필요한 인버터와 배터리 용량을 극적으로 줄일 수 있습니다.

정전 중 전기차 충전이 실제로 필요하다면, 이를 명시적으로 지정하고 시스템을 그에 맞게 설계해야 합니다.

"전체 가정 백업"이 우연히 "모든 부하가 영원히 정상적으로 작동"이 되지 않도록 하십시오.

최종 설계는 제어 전략입니다.

따라서 우리의 초기 시스템은 다음과 같을 수 있습니다:

이들은 작업 가정이지 보편적인 제품 추천이 아닙니다.

다른 가정은 15 kWh가 필요할 수 있습니다.

또 다른 가정은 30 kWh가 필요할 수 있습니다.

더 큰 히트 펌프, 22 kW 충전기, 세 대의 전기차, 전기 저항 난방, 다른 전력망 연결 또는 다른 요금제가 설계를 완전히 바꿀 수 있습니다.

중요한 교훈은 크기 조정 순서입니다:

전력망 제약 → 부하 동시성 → 유연한 부하 → 인버터 kW → 배터리 kWh → 백업 경계 → 제어 전략

제외:

11 kW 전기차 충전기 + 8 kW 히트 펌프 = 19 kW 배터리 인버터 구매.

삼상 가정에서는, 가장 좋은 배터리 설계는 종종 어떤 부하가동시에 전체 전력으로 작동할 필요가 없는지를 결정하는 것에서 나옵니다..

이는 전기차 충전의 경우 특히 그렇습니다.

시간을 통해 이동해야 하는 에너지를 위해 홈 ESS를 사용하십시오. 단순히 기다릴 수 있는 전력에 대해서는 부하 관리를 사용하십시오.

자주 묻는 질문

1. 11kW 전기차 충전기는 11kW 가정용 배터리 인버터가 필요합니까?

반드시 그런 것은 아닙니다. 전기차 충전은 일반적으로 유연한 부하입니다. 동적 부하 관리는 히트 펌프, 조리 기구 또는 기타 가정용 부하가 작동할 때 충전 전력을 줄일 수 있어 배터리 전력 요구량을 줄입니다.

2. 전기차 충전기와 열펌프를 위해 3상 가정 ESS는 어떻게 크기를 정해야 합니까?

다음으로 시작하십시오:전력망 연결 제한 및 동시 가정 부하, 그런 다음 제어할 수 있는 부하를 식별하십시오. 유용한 피크 배터리 기여를 위해 인버터 kW의 크기를 조정하고 필요한 에너지 이동 및 백업 기간을 위해 배터리 kWh의 크기를 조정하십시오.

3. 정전 시 전기차 충전기가 가정용 배터리에서 작동해야 합니까?

보통은필수 가정 부하와 난방을 우선시하는 것이 더 실용적입니다.전기차 충전을 비활성화하거나 제한하면서. 정전 중 전기차 충전이 필요하다면, 배터리와 인버터는 그 추가 부하에 맞게 특별히 크기를 조정해야 합니다.

4. 왜 동적 전기차 충전이 가정 ESS와 함께 유용합니까?

동적 충전은 가정의 수요가 증가할 때 전기차(EV) 전력을 줄이고, 용량이 확보될 때 전력을 증가시킬 수 있습니다. 이는 그리드 한계 위반을 방지하고 불필요한 배터리 방전이나 인버터 과대 설계를 피할 수 있습니다.