三菱電機(中國)有限公司

電動汽車智能充放電管理系統的開發

根據EV行駛計劃進行智能充放電管理,為削減電力成本做出貢獻

三菱電機株式會社開發出將停車中的電動汽車(EV)和太陽能光伏發電系統(PV)等發電設備進行融合的能源管理技術。隨著環保意識的提高,本技術將正在加速普及的EV作為建筑物的蓄電池加以利用,并與電費單價的變動形成聯動、優化EV的充放電時間表和PV、發電機的運轉,實現削減建筑物的電力成本以及從電力系統購買電力的 “削峰填谷”,提高電力系統的穩定性以及減少電力設備的固定投資,降低電力需求側的使用成本,為產業發展做出貢獻。

作為本技術的應用形態之一,以有望實現EV普及的中國為實地,2018年11月起三菱電機株式會社與三菱電機(中國)有限公司共同在三菱電機汽車部件(中國)有限公司(中國常熟市)的工廠內導入該系統進行實證實驗。

圖1 靈活運用發電設備、儲電設備的能源管理系統

開發特點

1.
通過EV充放電時間表的優化計算,將建筑物的電力成本削減了5%
?輸入電費單價、EV的行駛計劃,預測需求電量、PV發電量,通過特有的數理計劃法優化各發電設備的運轉計劃以及充放電時間表
?聯合建筑物內停車中的多臺EV和PV等發電設備,使用可進行EV充放電的PCS※1,實現從電力系統購買電力的“削峰填谷”
?經模擬試算已確認:在1000人規模的工廠的十分之一模型中,使用10臺EV,以典型的需求模式、EV使用計劃進行模擬,可削減5%的電力成本

※1 Power Conditioning System
2.
通過階段性控制,即使改變EV的行駛計劃也可以抑制電力成本的増加
?將“1日計劃”(制定1日數次、未來24小時內的充放電計劃)、“計劃修正”(制定以數分鐘為周期、未來數小時內的充放電計劃)、“控制計劃”(以數秒為周期制定計劃)進行組合,對從系統購買的電力、EV充電量進行監測,修正實績與充放電計劃之間的偏差
?監測隨時變動的EV的充電連接和解除※2狀態,每次都只對連接狀態中的EV實施優化處理,通過制定詳細的充放電時間表,抑制電力成本的増加

※2 將EV從充放電器上斷開

今后的推廣

今后,本公司還將繼續開展以更效率化?更高性能化為目標的研究開發工作。并與本公司的能源管理系統組合,推進能源領域的業務進一步擴大。

開發背景

在日本,產業部門的能源消耗約占全國能源消耗的46%。此外,在對待地球溫室化的意識提高的大環境下,為了減少環境負荷,運輸部門正加速以EV為代表的新能源車的普及。對環境負荷高的煤炭火力發電量約占發電供給量70%的中國政府制定了2030年新能源車的銷售量達到汽車總銷售量的40%的目標。2018年的新能源車的銷售量有望達到100萬臺。但是,隨著新能源車,特別是電動車的普及,充電時會給電網系統帶來巨大的壓力,導致電力短缺以及電網系統的不穩定,容易引發電網系統安全問題。

近年,將分布式能源的電力儲存到蓄電池或者EV,并根據用電需求進行放電來削減高峰電力的能源管理技術被相繼開發。該技術有助于提高再生能源的利用率和對電網的友好性。和固定的蓄電池相比,EV具有更高的移動性,更強的充放電性能,同時EV更是智慧城市發展中不可或缺的重要的一員,把EV即作為電源又作為負載的傳輸接收電力的能源管理技術正受到廣泛的關注。

以往的EV能源管理技術,需要EV完全按照事先輸入的預定時間抵達和離開,在預定計劃外的行駛條件下就變得無法使用,這個時候,即使電費單價成本再高,也不得不從電力系統購買電力。

本公司此次開發的EV能源管理技術,正是設想今后會普及的EV電池作為建筑物電源的一部分加以靈活應用,在預定行駛計劃外的行駛條件下也能通過充放電時間表的修正,盡可能降低電力成本。

詳細特點

1.

通過EV充放電時間表的優化計算,將建筑物的電力成本削減5%

聯合建筑物用內停車中的多臺EV和PV等發電設備,預測需求電量和PV發電量,通過將電力成本最小化作為目標函數的優化計算,實現“削峰填谷”。進行優化計算時,需要輸入合同電量、電費單價、需求電量、EV的行駛計劃等,將合同電量等接受電力容量、供需平衡、蓄電池的最大/最小充放電量等作為限制條件,通過特有的數理計劃法制定各電源設備的運轉計劃、充放電時間表(圖2)。

以往的能源管理系統是設定需求電量不超過合同電量的閾值,事先對EV進行充電,當需求電量超過閾值時則進行放電控制。因此,如果一部分EV的行駛計劃突然發生改變,則需要在電費單價高的時間段或在系統的高峰時間段進行充電。

此次開發的技術是在考慮需求電量和電費單價的變動情況的基礎上,制定最佳的運轉計劃和EV的充放電時間表,以便在電費單價高的時間段,將事先在電費單價便宜的場所或/和時間段充入EV的電力進行放電。在1000人規模的工廠的十分之一模型中,應用10臺EV進行模擬,和不進行能源管理的情況進行比較后發現,可削減5%的電力成本。

圖2 基于能源管理系統的電力成本最小化示意圖

2.

通過階段性控制,即使改變EV的使用安排也可以抑制電力成本的増加

將“1日計劃”(制定1日數次、未來24小時內的充放電計劃)、“計劃修正”(制定以數分鐘為周期、未來數小時內的充放電計劃)、“控制計劃”(以數秒為周期制定計劃)進行組合,一邊對從系統購買的電力和EV充電量進行監測,一邊修正來自充放電計劃的預測的偏差和EV使用安排的偏差,改善行駛計劃和充放電時間表的精度(圖3)。

盡管以往的能源管理系統會在與PV發電量、需求電量的1日計劃的預測的背離度變大時對計劃進行修正,但是由于沒有考慮EV抵達延遲、抵達時儲電量不足的情況,結果造成無法實現削峰,使電力成本的増加成為一個亟待解決的課題。

因為此次開發的技術是對EV的充電連接和解除狀態進行監測,每次都只對連接狀態中的EV實施優化(即電力成本最小化)處理,以數分鐘為周期修正充放電時間表,所以能夠通過細化充放電時間表,即使出現與計劃不同的情況,也能夠抑制電力成本的増加。

圖3 計劃修正方法示意圖

舉例來說,如圖4所示,預定于8點抵達的EV1發生延遲,實際于9點抵達,則8點~9點無法從EV1進行放電。由于8點~12點電費單價高,為了不增加從系統購買的電力,就需要增加正處于停車中的EV3、EV4在8點~9點的放電電力。9點EV1抵達之后,可通過增加EV1的放電電力,減少EV3、EV4的放電電力,抑制電力成本的増加。即使EV的行駛計劃發生了變化,也可以通過改變各個EV在各時間段的放電量的比例進行抑制。

圖4 充放電時間表的修正示例

中國國內實證試驗關聯公司概要

公司名 所在地 主要業務內容
三菱電機(中國)有限公司 中國
(北京)
地域統括以及向域內據點進行投融資、各種咨詢、研發支援
三菱電機汽車部件(中國)有限公司 中國
(常熟)
汽車機器(電裝品、汽車用電動助力轉向系統制品、汽車用多媒體產品)的制造、銷售和技術對應。

專利

日本專利 6項、其他國家專利 3項

技術開發擔當

三菱電機株式會社 尖端技術綜合研究所
〒661-8661 日本國兵庫縣尼崎市塚口本町八丁目1番1號
FAX:(0081)06-6497-7289
http://www.MitsubishiElectric.co.jp/corporate/randd/inquiry/index_at.html

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