Управление нагрузкой зарядных устройств для электромобилей: как сбалансировать потребление энергии между несколькими зарядными станциями

По мере расширения внедрения электромобилей на коммерческих автостоянках, общественных зарядных станциях, отелях, рабочих местах, автопарках и зонах обслуживания устанавливается все больше электромобилей.Зарядное устройство для электромобилейточки. Инженерная задача меняется, как только проект выходит за рамки одного или двух объектов. Покупатель больше не решает только, будет ли одно зарядное устройство иметь мощность 40 кВт, 80 кВт или 160 кВт. Более важным вопросом становится:какую мощность может обеспечить вся площадка, если несколько транспортных средств заряжаются одновременно?

Этот вопрос имеет прямые коммерческие последствия. Если каждая точка зарядки рассчитана так, как будто она будет работать на полную мощность одновременно, проект может привести к необходимости установки более крупного трансформатора, более тяжелого распределительного устройства, более толстых кабелей, увеличения контрактной мощности и дополнительных строительных работ. Однако если размер объекта слишком мал, одновременные сеансы могут создать риск перегрузки, регулирования мощности, неприятных поездок или ухудшения качества обслуживания водителей. На рынках с платой за потребление короткий пик также может повлиять на счет за электроэнергию за весь расчетный период.

Мировой рынок делает эту проблему все более актуальной. СогласноГлобальный прогноз МЭА по электромобилям на 2026 годВ 2025 году во всем мире было добавлено почти 1,8 миллиона общественных зарядных станций, в результате чего общее количество точек зарядки в мире превысило 7 миллионов. Средняя номинальная мощность общественных зарядных станций также выросла с чуть более 40 кВт в 2024 году до почти 50 кВт в 2025 году. По мере роста количества портов и средней мощности управление энергопотреблением на уровне объекта становится требованием проектирования, а не дополнительной функцией программного обеспечения.

Door Energy подходит к фиксированной оплате с точки зрения уровня объекта. В ее фиксированный портфель входят зарядные устройства постоянного тока мощностью 20 кВт, 30 кВт и 40 кВт, а также устройства быстрой зарядки постоянного тока серии D мощностью 60 кВт, 80 кВт, 120 кВт и 160 кВт, а также продукты переменного тока серии W для длительной парковки. Door Energy также развиваетМобильное зарядное устройство для электромобилейрешения для различных сценариев эксплуатации, но в данном руководстве основное внимание уделяетсяфиксированное управление нагрузкой на зарядное устройство для электромобилей, подключенное к сетивместо зарядки мобильных накопителей энергии.

EEAT/методическое примечание: Данные о международном рынке и нормативные требования связаны с первичными или официальными источниками. Все расчеты на объекте являются примерами планирования, а не гарантиями. Окончательная электрическая мощность, настройки защиты, соответствие местным нормам, тарифные предположения и требования коммунальных предприятий должны быть подтверждены для реального проекта.

I. Почему многоточечная зарядка электромобилей создает проблемы с электропитанием на уровне объекта

Болевой точкой клиента редко является «недостаточная мощность зарядного устройства».

Для коммерческого покупателя настоящей болевой точкой обычно является конфликт междупотребность в зарядке и электрический запас. Для автостоянки розничной торговли может потребоваться восемь зарядных станций, но существующий трансформатор может иметь только 180 кВт резервной мощности в часы пиковой нагрузки. Отель может захотеть зарезервировать двадцать мест в будущем, но большинство транспортных средств остаются на ночь и не нуждаются в быстрой зарядке. На складе автопарка может быть достаточно общей энергии за ночь, но десять транспортных средств возвращаются в 18:00 и создают резкий пик совпадения.

Это означает, что проект может потерпеть неудачу по двум противоположным причинам. Увеличение размера каждой точки зарядки может привести к ненужной модернизации сети и низкому использованию активов. Занижение размеров или применение грубых фиксированных ограничений может привести к увеличению времени зарядки и невыполнению целевых показателей вылета. Таким образом, инженерная цель не заключается в том, чтобы «максимальная мощность повсюду». Этомаксимальная подача полезной энергии в пределах электрических пределов объекта и рабочего окна клиента.

Быстрая самопроверка: когда сайту необходимо управление нагрузкой?

Реальный зарубежный пример: 108 зарядных портов без пиковой мощности зарядки 720 кВт.

Министерство энергетики США описывает проект зарядки рабочих мест в Национальной лаборатории Скалистых гор с108 зарядных станций уровня 2, каждый мощностью до 6,7 кВт. Если бы все порты одновременно работали на максимальной мощности, спрос на EVSE достиг бы примерно720кВт. Этот уровень приведет к перегрузке существующих трансформаторов. Вместо замены трансформатора исключительно для покрытия теоретического пика совпадения, на объекте использовалась управляемая зарядка и ограничение коллективного спроса EVSE примерно до460кВт. Система управления учитывала потребности водителя в энергии и продолжительность парковки, чтобы планировать зарядку в течение дня.Прочтите практический пример Министерства энергетики США.

Урок важен для покупателей B2B:количество портов и пиковый спрос не обязательно должны расти одинаковыми темпами.. Площадка может обеспечить больший доступ к зарядке, одновременно контролируя максимальную потребность в электроэнергии, при условии, что существует время простоя и гибкость зарядки.

Управление нагрузкой на стационарное зарядное устройство для электромобилей также представляет собой другую инженерную задачу, отличную отМобильное зарядное устройство для электромобилейразвертывание. Фиксированная площадка постоянно ограничена подключением к сети, мощностью трансформатора, нагрузкой здания и одновременной зарядкой, поэтому долгосрочное распределение мощности должно быть спроектировано как часть электрической архитектуры.

II. Как рассчитать реальную потребность в мощности зарядного устройства для электромобилей перед модернизацией сети

Шаг 1: отделите подключенную нагрузку от фактической потребности

Подключенная нагрузка = количество зарядных устройств × номинальная мощность

Если на объекте установлены четыре блока постоянного тока мощностью 80 кВт, подключенная нагрузка составит 320 кВт. Однако мощность 320 кВт не является автоматически реальной потребностью объекта. Фактическая выходная мощность может быть ограничена приемочной мощностью транспортного средства, уровнем заряда аккумулятора, температурой, скоростью зарядки, временем прибытия и правилом управления нагрузкой. Таким образом, группа по закупкам не должна использовать сумму паспортных номиналов в качестве единственной основы для принятия решения о трансформаторе.

Шаг 2: рассчитайте запас мощности, который действительно доступен для зарядки

Доступная мощность зарядки электромобиля = Предел мощности на объекте − Нагрузка здания в реальном времени − Зарезервированный запас прочности

Рассмотрим коммерческую недвижимость с ограничением мощности 500 кВт. Во время дневного пика системы отопления, вентиляции и кондиционирования, освещения, лифтов, охлаждения и других систем здания потребляют 280 кВт. Без каких-либо дополнительных инженерных запасов на объекте имеется около 220 кВт мощности для зарядки электромобилей. Четыре зарядных устройства мощностью 80 кВт теоретически могут запросить мощность 320 кВт, поэтому одновременная работа на полной мощности превысит этот запас.

В этом практическая ценность динамического управления: зарядные устройства не нужно постоянно ограничивать на уровне 55 кВт. Они могут временно снизить выходную мощность, когда зданию требуется электроэнергия, и восстановить выходную мощность, когда запас мощности восстановится.

Шаг 3: планируйте энергетическую задачу, а не равную мощность на транспортное средство

Многие проекты останавливаются на соотношении «имеющаяся мощность ÷ количество транспортных средств». Это легко понять, но не всегда оперативно. Лучшая модель спрашивает, сколько энергии нужно каждому транспортному средству, прежде чем оно уедет.

*Упрощенный расчет планирования без учета потерь, снижения заряда и ограничений приемки транспортных средств. Реальные системы должны включать эти ограничения.

Если на объекте имеется 120 кВт, было бы справедливо предоставить каждому автомобилю по 30 кВт. Тем не менее, транспортному средству A требуется в среднем около 40 кВт, чтобы выполнить свою задачу за 30 минут, в то время как транспортному средству D можно достичь своей цели с гораздо меньшими затратами. Алгоритм приоритета может временно выделить больше мощности для A, а затем перераспределить эту мощность после того, как A уйдет или начнет сокращаться.

Шаг 4: включите одновременность, кривые зарядки и рабочие буферы

При реальном проектировании следует также учитывать распределение прибытия, вероятность одновременной зарядки, доступность зарядных устройств, сезонные пики и расширение. При зарядке постоянным током автомобиль обычно не потребляет паспортную мощность в течение всего сеанса. По мере повышения SOC система управления аккумулятором может запрашивать меньше энергии. Эта освобожденная мощность может быть перенесена на другой активный порт. Это одна из причин, по которой динамическое распределение может превосходить постоянное равное разделение.

III. Четыре стратегии управления нагрузкой, соответствующие различным эксплуатационным потребностям

1. Статический потолок мощности на объекте

Самая простая стратегия устанавливает фиксированную максимальную зарядную нагрузку для электромобилей. Например, шесть точек по 22 кВт создают подключенную нагрузку 132 кВт, в то время как объект может ограничить мощность системы зарядки 88 кВт. Если все шесть автомобилей заряжаются одновременно и применяется простое равное разделение, каждый получает около 14,7 кВт. Этот подход защищает электрическую систему, и его легко объяснить, но он не учитывает изменяющуюся нагрузку здания.

2. Динамическая балансировка нагрузки на здание.

Динамическая балансировка нагрузки лучше подходит для офисов, отелей, больниц, торговых центров и объектов смешанного назначения. Счетчик или система управления энергопотреблением контролирует нагрузку, не связанную с электромобилями, в то время как сервер зарядки регулирует совокупный потолок электромобилей. Когда здание потребляет больше электроэнергии, зарядка электромобилей падает. Когда нагрузка здания падает, зарядным устройствам становится доступно больше энергии.

Руководство Министерства энергетики США по интеллектуальному управлению зарядкой иллюстрирует тот же принцип на примере пяти зарядных устройств мощностью 7 кВт. Их общий максимум составляет 35 кВт, но когда доступно только 30 кВт, система может применить потолок в 30 кВт; простое равное разделение составит 6 кВт на зарядное устройство. Министерство энергетики также отмечает, что более продвинутые стратегии могут отдавать предпочтение автомобилям с более низким SOC или более короткими периодами простоя.Руководство Министерства энергетики США по интеллектуальному управлению зарядкой.

3. Приоритетная оплата в зависимости от SOC, времени отправления или роли парка.

Приоритетная тарификация особенно ценна, когда бизнес клиента зависит от готовности автомобиля. Грузовой фургон, отправляющийся через 25 минут, не обязательно должен иметь такую ​​же мощность, как автомобиль сотрудника, припаркованный до 17:00. Правила приоритета могут основываться на SOC, забронированном времени отправления, требованиях к маршруту, категории пользователя или минимальном целевом энергопотреблении.

Когда аккумулятор транспортного средства A приближается к более высокому SOC и начинает уменьшаться, его неиспользованная емкость может быть передана в C или D. Таким образом, система управляет задачами зарядки, а не просто делит число.

4. Распределение мощности на уровне зарядного устройства между двумя разъемами.

Зарядное устройство постоянного тока с двумя разъемами обеспечивает еще один уровень управления питанием. Шкаф мощностью 160 кВт, подключенный к двум автомобилям, не означает, что каждый автомобиль получает 160 кВт. В зависимости от потребностей транспортного средства и логики станции один и тот же шкаф может выделять 120 кВт + 40 кВт, 100 кВт + 60 кВт или 80 кВт + 80 кВт. Общая сумма остается в пределах шкафа и объекта.

Конфигурации Door Energy серии D могут поддерживать два зарядных кабеля с разделением мощности, подключением OCPP, функциями POS и динамической балансировкой нагрузки. Спецификация проекта должна определять как общую мощность шкафа, так и ожидаемое поведение при одновременном выходе.Просмотрите страницу продукта Door Energy серии D 60–160 кВт..

IV. От 120 кВт до 640 кВт: проектирование объекта с учетом задач по зарядке клиентов

Сравните архитектуры сайта перед покупкой оборудования

Эти примеры не означают, что 80 кВт на транспортное средство всегда является правильной мощностью. Они показывают, почему на объекте можно устанавливать зарядное оборудование с более высоким суммарным номиналом, указанным на паспортной табличке, чем утвержденный предел одновременного использования на объекте. Ценность заключается в гибкости: одно транспортное средство может получать больше энергии, когда другие разъемы не используются, в то время как совокупная потребность остается под контролем.

Не позволяйте общему сокращению закупок создать очередное узкое место

Управление пиковым спросом может изменить эксплуатационные расходы

На рынках, где тарифы на электроэнергию включают компонент спроса, самый высокий измеренный кВт может влиять на ежемесячные затраты. В приведенном ниже примере используется 15 долларов США/кВт-месяц только для демонстрации арифметики; это не котируемый тариф для какого-либо конкретного рынка.

Самый низкий пик не является автоматически лучшим коммерческим ответом. Очень агрессивный потолок может увеличить время ожидания и снизить количество проданной энергии. Эксплуатационная цель должна сбалансировать стоимость спроса, задержку пользователя, использование зарядных устройств, ежедневную пропускную способность транспортных средств и необходимую подачу энергии.

Регулирование также переключает внимание с одного зарядного устройства на совокупную мощность объекта.

Положение ЕС об инфраструктуре альтернативных видов топлива иллюстрирует сдвиг в сторону планирования пула зарядов. Вдоль основной дорожной сети TEN-T соответствующие общедоступные зарядные станции для малотоннажных электростанций должны обеспечить совокупную мощность не менее 400 кВт к концу 2025 года, включая как минимум одну точку мощностью 150 кВт. К концу 2027 года потребность вырастет как минимум до 600 кВт и минимум в двух точках по 150 кВт или более.Регламент (ЕС) 2023/1804.

Для покупателя вывод заключается не в том, что каждый коммерческий объект должен копировать пул взимания платы за проезд на автомагистралях. Дело в том, что при планировании инфраструктуры все чаще учитываются совокупные мощности, доступность и масштабируемость. Как только проект достигает нескольких сотен киловатт, распределение нагрузки, управление серверной частью и поэтапное расширение становятся центральными в экономическом обосновании.

V. Как Door Energy сопоставляет стационарное зарядное устройство для электромобилей с целями управления нагрузкой

Серия C 20–40 кВт: когда заказчику требуется нечто большее, чем переменный ток, но он не может оправдать установку мощного объекта.

Многие проекты розничной торговли, ресторанов, курортов, общественных мест и бизнес-парков имеют период ожидания от одного до четырех часов. Им необходима существенная дозаправка, но установка нескольких зарядных устройств мощностью 120 или 160 кВт может создать ненужную нагрузку на электрическую систему. Серия Door Energy C предлагает эту золотую середину с фиксированными конфигурациями постоянного тока 20 кВт, 30 кВт и 40 кВт.

Серия C использует входное напряжение переменного тока 400 В и выходное напряжение постоянного тока 200–750 В. В зависимости от проекта варианты соединителей могут включать CCS1, CCS2, GB/T или CHAdeMO, а для интеграции проекта доступны опции OCPP и динамического управления нагрузкой. Ценностное предложение — это не просто «быстрое зарядное устройство меньшего размера». Это возможность обеспечить прямую зарядку постоянным током, сохраняя при этом нагрузку на каждый порт на более управляемом уровне для пунктов назначения.Посмотреть страницу продукта Door Energy C Series 20–40 кВт.

Серия D 60–160 кВт: когда важен оборот, одновременная нагрузка и внутреннее управление

Серия Door Energy D рассчитана на мощность 60 кВт, 80 кВт, 120 кВт и 160 кВт для общественных зарядок, пополнения автопарка, загруженных коммерческих парковок и зон обслуживания. Выбранные конфигурации поддерживают разделение питания с двумя разъемами, OCPP, функции запуска/оплаты, связанные с POS, и динамическую балансировку нагрузки. Эти возможности полезны, когда заказчику требуется более высокая пропускная способность, но он все равно должен работать в пределах определенного трансформатора или потолка площадки.

Например, зарядное устройство серии D мощностью 160 кВт может распределять доступную мощность между двумя подключенными транспортными средствами, а не рассматривать каждый разъем как отдельную нагрузку мощностью 160 кВт. На уровне объекта несколько устройств серии D также могут работать с более высоким пределом совокупной мощности, определяемым архитектурой управления проектом.Обзор продуктов Door Energy DC EV Charger.

Выбор продукции Door Energy следует начинать с эксплуатационных проблем клиента.

Door Energy поддерживает как инфраструктуру фиксированной зарядки, так иМобильное зарядное устройство для электромобилейприложения, но они решают разные проблемы клиентов. Для постоянной коммерческой станции зарядки основными ограничениями обычно являются мощность сети, запас мощности трансформатора, одновременная зарядка и долгосрочное расширение. Для читателей, сравнивающих стационарный сайт сМобильное зарядное устройство для электромобилей, Door Energy проводит отдельное техническое сравнение, поэтому две архитектуры не смешиваются.

Какие данные по проекту должен подготовить покупатель, прежде чем обращаться за решением?

Эти данные позволяют Door Energy обсуждать систему, а не отдельную коробку. В проекте может использоваться несколько зарядных устройств серии C под одной средней площадкой, меньшее количество зарядных устройств серии D с разделением мощности на два автомобиля или многоуровневая комбинация, которая резервирует высокую мощность для пользователей с кратковременным пребыванием и обслуживает пользователей с длительным пребыванием при более низкой мощности.Прочтите руководство по сети масштабируемых коммерческих зарядных устройств для электромобилей Door Energy..

Какие KPI должен отслеживать оператор после ввода в эксплуатацию?

Обзор, проведенный Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии США, показал, что управляемая зарядка может создать ценность системы за счет более низких пиковых нагрузок, повышения гибкости и лучшей интеграции переменной генерации, при этом также отмечается, что результаты зависят от стратегии управления, структуры рынка и стоимости внедрения. Вот почему Door Energy рекомендует использовать реальные данные объекта после ввода в эксплуатацию, а не предполагать универсальный процент экономии.Обзор управляемой зарядки NREL.

VI. Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Что такое управление нагрузкой зарядного устройства для электромобилей?

A1: Управление нагрузкой зарядного устройства для электромобилей контролирует общую потребность в зарядке одной или нескольких точек зарядки и распределяет доступную мощность в соответствии с определенным лимитом на объекте. Логика управления может использовать нагрузку на здание, потребность в транспортном средстве, SOC, время отправления, приоритет пользователя или графики зарядки. Цель состоит в том, чтобы обслуживать больше транспортных средств, не допуская, чтобы неконтролируемый одновременный спрос перегружал площадку.

Вопрос 2: Могу ли я установить больше зарядных устройств для электромобилей без немедленной модернизации трансформатора?

О2: Иногда, но это за