適用於高功率電動車充電站的可擴展儲能係統解決方案

快速解答

可擴展性是高功率電動車充電站面臨的關鍵工程挑戰：如今的四座充電樁站點必須能夠輕鬆升級為未來擁有十六座充電樁的兆瓦級充電站，而無需進行徹底的改造重建。模組化電池儲能係統 (BESS) 解決方案透過三種可擴展的形態解決了這個難題——櫃式單元（120–300 kWh）、整合式 BESS 充電器（200–625 kWh，內置充電功能）和集裝箱式系統（1–2 MWh+）——所有這些都由單一的能源管理系統 (EMS) 將一個整體連接到電池和資源來管理，所有這些都由單一的能源系統來管理，該系統將其連接到一個系統和電力系統。由於電池容量和功率模組可以在站點運行期間逐步增加，營運商可以根據交通流量的增長分階段進行資本支出，保持電網連接的規模較小，並順利地從 120 kW 過渡到 960 kW，乃至更高功率的兆瓦級 MCS 充電。經驗法則是：根據目前的交通流量來設計電網連接規模，而根據未來的交通流量來設計 BESS 架構。

重點總結

• 模組化外形——機櫃、整合式、貨櫃式——使樞紐能夠以千瓦和千瓦時的增量擴展容量，而無需停止運作。
• 分階段部署儲能係統可使資本支出與交通成長一致，避免一開始就過度建設。
• 共享的 EMS 是可擴展性的基礎：一個控制平面即可滿足任何規模的儲能、充電和電網服務需求。
• 高功率集線器（480 kW–2 MW）需要液冷式功率模組和電池熱管理來維持額定輸出。
• 電網受限的站點使用電池儲能係統 (BESS) 來擴展充電功率，而無需等待變壓器升級。

高功率充電中的擴展性問題

公共充電需求並非線性成長，而是階梯式成長。一個高速公路樞紐最初配備四個120千瓦的充電樁，但隨著週邊車隊電氣化，其使用量可能在24個月內增長三倍，迫使充電樁數量擴充至十二個或十六個。傳統的因應措施－增加變壓器功率並增加充電樁數量－卻面臨兩個現實問題：變壓器升級成本高達5萬至20萬美元，工期長達12至18個月；此外，重新協商電力公司接入協議也十分棘手。僅按當前交通流量建設的運營商會限制其未來的發展；而著眼於未來交通流量建設的運營商則會因閒置產能而造成資金浪費。

電池儲能係統（BESS）將充電功率與電網功率解耦。該樞紐可以立即安裝高功率充電器，在用電高峰期利用電池放電供電，並從電網獲取穩定且有上限的電力。當交通流量增加時，業者只需添加電池櫃或貨櫃以及功率模組，而無需變壓器。這正是歐洲和北美兆瓦級樞紐正在趨向的擴展模式，也正是MIDA的產品線涵蓋基於通用功率模組構建的電池櫃、整合式充電站和貨櫃的原因所在。

三種外形尺寸，一個可擴展性故事

適用於高功率集線器的儲能係統 (BESS) 解決方案有三種相容的外形尺寸。選擇其中一種並非二選一的問題——成熟的集線器可以相容於所有三種尺寸：

其核心理念是：所有設備形態都採用相同的能源管理系統 (EMS) 語言和相同的建造模組——雙向交流-直流轉換、液冷電池組和模組化直流電源模組。營運商可以先部署兩個整合式電池儲能係統 (BESS) 充電器，在簽訂車隊合約後添加一個 BESS 充電器櫃，並在樞紐達到兆瓦級規模時安裝一個 2 兆瓦時貨櫃式 BESS 充電器。所有這些都只需一個控制平台和一套維護技能即可完成。

尺寸計算方法：從四個充電器到二十四個

每個業者都會問的一個實際問題是「需要多少電池，以及何時更換？」 以下容量計算方法已在車隊倉庫、高速公路樞紐和目的地站點中得到驗證：

1. 建立載荷曲線模型。12 個月預期作業時段概況：每日作業時段數、每次作業平均能耗以及到達尖峰時段。尖峰時段（通常為 16:00–20:00 或船隊作業的中午時段）定義了卸貨時段。 2.根據目前需求決定電網連接規模。僅需將電網容量的60-70%作為高峰充電需求的承包量。電池在高峰期提供剩餘電量。 3.根據電池容量的成長階段選擇合適的電池規格。每次新增容量（例如，+200 kWh）應滿足未來 18-24 個月的負載成長需求。這是資本效率和重新招標頻率之間的最佳平衡點。 4.以模組為單位增加功率。功率模組（標準型 30–60 kW，液冷型 40–125 kW）可擴​​充充電器輸出功率。由於 MIDA 機櫃中的模組支援熱插拔，因此功率升級無需更換充電器外殼。 5.每季重新評估。交通數據為滾動計劃提供資訊；當利用率超過閾值時，可以在正常的採購週期內添加集裝箱​​。

下表將代表性的樞紐層級與 BESS 配置對應：

兆瓦前沿：960千瓦至2兆瓦時以上

重型電氣化正推動充電站功率突破 1 兆瓦大關，兩大因素改變了工程設計：充電樁功率如今可達 600 千瓦至 1.5 兆瓦（卡車 MCS），而熱管理成為限制因素。在如此高的功率水平下，500 安培以上的液冷電纜和液冷功率模組必不可少——風冷根本無法有效散熱。 MIDA 的液冷功率模組（40-125 千瓦）和 1000 伏特寬電壓架構支援兆瓦級配置，並配備了完整的電池儲能係統 (BESS) 充電站，例如 960 千瓦/2 兆瓦時單元和 480 千瓦/1 兆瓦時系統，專為此類應用而設計。

對於樞紐運營商而言，兆瓦級轉型強化了可擴展性原則：一個2兆瓦時的貨櫃並非更大的機櫃，而是一種不同類型的能源資產，可為整個樞紐的直流母線供電。能源管理系統（EMS）在貨櫃、機櫃和連網車輛之間進行資源整合，確保增加一個600千瓦插座的邊際成本僅為一個電源模組和一條電纜，而非一座變電站。

電網約束：當儲能係統是唯一的擴展路徑時

許多高價值的樞紐位置——例如人口密集的城區、工業園區和高速公路服務區——都位於飽和的供電線路路上，電力公司無法在未來幾年內保證額外的供電能力。在這些地點，電池儲能係統（BESS）並非經濟優化手段，而是關鍵技術。該站點持續使用其合約規定的容量，在低流量時段（包括夜間）儲存能量，並在持續的時間內提供遠高於併網額定功率的充電功率。運營商實際上是在受限的電網服務之上構建了一個私有微電網。

這種運作模式改變了風險狀況，使營運商受益：無需等待併網，不會出現需求電費飆升，即使在電網高峰期也能保證客戶的電力吞吐量。然而，該設計必須包含強大的孤島保護功能和符合電網規範的逆變器，以便在電網事件發生時，集線器能夠平穩斷開並自動重新併網——這些合規性已通過區域認證（CE、UL、當地電網規範）驗證。

規模化營運的考量

只擴展硬體而不擴展營運是資料中心獲利能力流失的原因。四個營運支柱能夠確保資料中心健康發展：

1. 一個急救醫療服務體系，一個真理。單一的能源管理平台整合了儲能係統（BESS）的荷電狀態、充電器負載、計量需求和電網訊號。不同供應商之間控制分散是規模化樞紐最常見的故障模式。 2.OCPP 2.0.1 和開放協議。充電器和儲存設備必須提供EMS所需的控制和遙測介面。 OCPP 2.0.1的智慧充電和裝置管理功能是多元資產協調的實用基準。 3.一流的熱管理系統。電池組和高功率模組的液冷系統必須融入架構設計中，而不是後製加裝。在 960 kW 的規模下，即使 10% 的熱降額也會導致一年內六位數的收入損失。 4.冗餘設計帶來收入。在樞紐規模下，單一充電樁故障只會影響客戶體驗，而電源管理系統 (EMS) 故障則會導致收入中斷。因此，應部署冗餘控制器，將直流母線分散到多個貨櫃中，並在現場備有備用電源模組——熱插拔模組可以將原本需要 3 天才能完成的故障縮短至 15 分鐘的維修時間。

常問問題

1. BESS 如何使充電中心可擴展？電池儲能係統（BESS）將充電功率與併網功率解耦。營運商可以分階段增加充電器和電池容量，同時遵循固定的電網負載曲線，從而避免通常會阻礙擴容的變壓器升級和併網延誤。

2. 高功率輪轂馬達有哪些尺寸的BESS可供選擇？實際應用範圍涵蓋容量為 120–300 kWh 的櫃式單元、容量為 200–625 kWh 的整合式電池儲能係統充電器，以及容量為 800 kWh–2 MWh 的貨櫃式系統。 MIDA 的產品線涵蓋了所有三種外形尺寸，並採用通用的功率模組平台。

3. 我可以在不停止運轉的情況下擴展 BESS 集線器嗎？是的。模組化機櫃、貨櫃和熱插拔電源模組可在充電站持續充電的同時增加容量。擴容屬於採購活動，而非建設項目。

4. 對於具有儲能係統的 480 kW 集線器，我需要多大的併網容量？一個480千瓦的配電樞紐，配備625千瓦時至1兆瓦時的電池儲能係統（BESS），通常採用250至400千伏安的併網功率。電池用於滿足高峰用電需求，而電網則滿足平均用電需求。

5. 為什麼兆瓦級應用中必須採用液冷？每個插座的功率為 600 kW 至 1.5 MW，空氣冷卻無法有效散熱，因為電力電子設備和電池組會產生極高的熱量。液冷模組和電纜能夠在高溫環境下保持額定輸出功率和使用壽命——對於功率超過約 480 kW 的集線器來說，液冷是必不可少的。

6. 我該如何在櫃式、整合式工作站和貨櫃之間進行選擇？根據成長階段選擇合適的外形尺寸：整合式電池儲能係統充電器用於分階段的艙式部署，櫃式充電器用於在現有充電器旁增加容量，貨櫃式充電器用於 1 MWh 以上的樞紐級能源儲備和電網服務。

7. 在規模化的樞紐中，EMS 扮演什麼角色？能源管理系統（EMS）是控制平台，負責協調所有資產的電池放電、充電器負載、計量需求和電網訊號。它使多貨櫃、多充電器樞紐作為一個可靠且收益最大化的系統運行，而不是各個部件的簡單集合。