使用汰役鋰電池之電動巴士電能儲存充電站 - 林正乾 教授

Transcript

1. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 電動巴士電能儲存充電站 報告人：林正乾教授/主任 國立勤益科技大學 電機工程系 先進電能儲存技術服務中心 電動車自造中心 日期：2021年4月24日@虎尾科大

   儲能論壇

2. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 報告內容 • 前言 • 電動巴士儲能充電站架構 • 關鍵技術

   • 成果說明 • 結語 2

3. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 前言 • 電動巴士改善都會區交通擁塞與空汙問題 • 電動巴士的環境衝擊： • 汰役鋰電池回收處理問題

   • 集體充電對電網的影響 – 尖峰用電量增加導致配電容量不足 – 增加電網設備、電纜負擔 • 使用汰役鋰電池之電動巴士儲能充電站 • 電力調度/電網輔助服務 – 手動調度 – 排程調度 – 尖離峰轉移 – 避免超約/降低契約容量 3

4. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 計畫目標 • 執行目標： – 開發適用於電動巴士之儲能充電站 – 儲能櫃使用電巴淘汰下來的汰役鋰電池重新組成

   – 開發適用於汰役鋰池之主從式電池管理系統 – 導入IOT與雲端監管技術進行運行資料監控與綠 色電力調度 – 開發綠色電力調度包含需量調節、尖離峰電力轉 移(電費最小化)、 降低契約容量等 4

5. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 電動巴士儲能充電站架構 5

6. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 電動巴士儲能充電站架構 6

7. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 關鍵技術：電池管理系統(BMS) • 鋰鐵電池系統：150Ah/768V~850V/100kWh/4P240S – 汰役鋰鐵電芯：20Ah/3.2V – 汰役電池模組：75Ah/25.6V/4P8S

   – 汰役電池堆：75Ah/768V/4P240S(=30 Modules in series) – 汰役電池系統：150Ah/768V(=2 stacks in parallel) • 平衡：模組內、模組間、電池堆間 • 主從電池管理系統： – 系統主控制 (Master) • 電池系統狀態分析 • 充放電控制 • 總電流量測 • 系統異常狀態警示 • 充放電保護 – 模組電池管理系統 (Slave) • 電壓量測、溫度量測、平衡電流量測 • SOC; AHC • 全域式平衡電路 • 兩階段充電邏輯 – 第一階段：串充+平衡 – 第二階段： » 分充 » 全域式平衡 7

8. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 關鍵技術：能源管理系統(EMS) 8 • 能源管理系統(EMS) • 閘道器(Gateway)+擷取卡(DAQ) •

   雲端伺服器：顯示各設備運行狀況與系統運作情形(電腦與手持 設備) • 連線伺服器(智慧調度模組) • 網頁伺服器 • 資料庫伺服器 • 智慧電力調度模組 • 手動調度； • 排程調度； • 尖離峰調度； • 抑制尖峰； • 避免/降低契約容量； • 尖離峰調度+降低契約容量

9. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） EMS Cloud Server Front Page 9

10. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） EMS Cloud Server Front Page 10

11. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 調度模式 • 尖峰契約容量140 kW；離峰契約容量450kW • 儲能系統調度目標： •

    降低尖峰契約容量 • 尖離峰轉移 • 儲能系統調度策略： • 尖峰放電(根據15分鐘平均用電功率協助降低契約容量) • 離峰充電(避免離峰超約) 11

12. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 充電站用電狀況(3/1-3/7) 12

13. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 充電站用電狀況(3/7-3/11) 13

14. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/3-3/4 14

15. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/4-3/5 15

16. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/5-3/6 16

17. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/6-3/7 17

18. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/7-3/8 18

19. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/8-3/9 19

20. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/9-3/10 20

21. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 15分鐘平均功率3/10-3/11 21

22. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 汰役電池充放電統計 22 93.6 80.1 88.5 75.3 88.5

    74.5 87.8 74.1 88.1 75.5 86.9 73.9 77.6 62.3 83.7 72.6 81.9 71.2

23. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 成果說明 • 尖峰契約容量：140 kW → 110 kW

    (30 kW ↓) • 離峰契約容量：450 kW → 450 kW (不變) • 尖峰降低用電：74 kWh • 離峰增加用電：88 kWh • 經濟效益： • 降低30 kW契約容量 = ✓ 夏季用電(月) 7086元 ✓ 非夏季用電(月) 5196元 • 流動電費減少 = ✓ 夏季用電(月) 2529.76元 ✓ 非夏季用電(月) 2524.64元 23

24. 燃料電池與先進電能儲存研究室 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 計畫成果 24 • 汰役鋰電池儲能櫃： 100kWh/850V • 24V/75Ah

    汰役電池模組*30M by 2 Stacks • 主從式電池管理系統 • 雙向電力控制器(PCS) ：100kW (東元) • 能源管理系統(EMS) • 閘道器(Gateway) • 雲端伺服器：顯示各設備運行狀況與系統運作情形(電腦與手持設備) • 智慧電力調度模組 • 系統整合與測試： • 手動調度；排程調度；尖離峰調度；抑制尖峰；避免/降低契約容量； 尖離峰調度+降低契約容量 • 運行與經濟效能評估： • 尖峰：140 kW → 110 kW • 離峰充電：88 kWh; 尖峰充電：74 kWh ✓ 降低契約容量：7086元/月(夏季);5196元/月(非夏季) ✓ 流動電費減少：2530元/月(夏季); 2525元/月(非夏季)