多特蒙德工程公司Ingenieurbüro Fehringer為能源供應(yīng)商RheinEnergie AG和科隆交通管理局K?lner Verkehrs-Betriebe(KVB AG)實(shí)施的電動(dòng)公交車充電站提供能量來源，包括有軌電車的制動(dòng)能量。值得關(guān)注的是，一個(gè)用于退役汽車的復(fù)雜電池和能量管理系統(tǒng)，通過萬可自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了完美的平衡和廣泛的互連。
自2020年12月底以來，科隆的Bocklemünd區(qū)已經(jīng)安裝完成電動(dòng)公交車充電站，充電能力高達(dá)500千瓦，2021年4月完成了最終調(diào)試。這是由德國聯(lián)邦運(yùn)輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部(BMVI)和Projekttr?ger Jülich項(xiàng)目組(PTJ)共同出資實(shí)施的研究項(xiàng)目成果。
從外觀上看，電動(dòng)公交車充電站就像一個(gè)巨大的混凝土塊，但其內(nèi)部卻展示了工程知識和出色的創(chuàng)新成果。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓幌到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)電氣化以及可持續(xù)發(fā)展。首先，所需的電力是由有軌電車釋放的制動(dòng)能量產(chǎn)生的，否則這些能量會(huì)被浪費(fèi)。其次，電動(dòng)公交車充電站的儲能系統(tǒng)是由二次電池制成的。
從危險(xiǎn)廢物到臨時(shí)能源存儲
所使用的二次電池是來自福特汽車公司的退役電動(dòng)汽車。就其本身而言，每個(gè)電池功能都很薄弱，無法作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電池。然而，當(dāng)組合在一起時(shí)，這些電池仍然足夠強(qiáng)大，可用于臨時(shí)電能存儲。
“我們?yōu)檫@些電池注入了新的生命，”Ingenieurbüro Fehringer的總經(jīng)理Nicolaj Fehringer說，“否則，盡管這些電池仍有高達(dá)80%的原始容量，但最終會(huì)成為對環(huán)境有害的廢棄物。”
充電能力高達(dá)500千瓦的電動(dòng)公交車充電站
288個(gè)二次電池構(gòu)成一個(gè)能源存儲系統(tǒng)
問題的關(guān)鍵在于，每個(gè)電池的使用情況不同，為此狀態(tài)也不同。從而很難將這些二次電池組合在一起，形成一個(gè)穩(wěn)定的電子公交充電站儲能系統(tǒng)。解決方案：“我們開發(fā)的電池管理系統(tǒng)使這些電池達(dá)到一個(gè)相同的電壓水平。為此，可測量和平衡每個(gè)電池的電壓。”Nicolaj Fehringer解釋說。
這聽起來比實(shí)際操作更簡單，在這項(xiàng)技術(shù)背后，必須開發(fā)一個(gè)獨(dú)立的電池管理系統(tǒng)，并為二次電池特別定制。更高級別的能源管理系統(tǒng)，也是為此目的新開發(fā)的，處理所有技術(shù)組件之間的功能互動(dòng)。
288個(gè)來自福特汽車公司退役的電動(dòng)汽車的二次電池，組合起來用作臨時(shí)電能存儲
簡便、開放式Linux?編程系統(tǒng)
平衡能源是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中算法是由Ingenieurbüro Fehringer公司的一個(gè)八人團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一年半的艱苦開發(fā)完成，通過萬可基于Linux?的可編程PLC上進(jìn)行編程。“這種簡單、開放式Linux?編程方式正是使用萬可通信和控制技術(shù)的優(yōu)勢，”Nicolaj Fehringer說，“這很重要，以便將我們基于Linux?的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)連接起來。”
萬可PFC200用于控制電動(dòng)公交充電站儲能系統(tǒng)的能量數(shù)據(jù)流
萬可PFC200：適于負(fù)責(zé)自動(dòng)化任務(wù)的靈活控制器
萬可PFC200可編程邏輯控制器(PLC)采用開放式以及簡便的設(shè)計(jì)，不僅可以在經(jīng)典的IEC-61131編程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和接口，還可以使用C++、Python或NodeRed等開放式編程語言，或者通過Docker?等方式輕松實(shí)現(xiàn)所需功能。萬可PFC200用于控制電動(dòng)公交車充電站儲能系統(tǒng)的能量數(shù)據(jù)流。
“我們可以用它來適應(yīng)大量的界面，并對所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流進(jìn)行可視化、分析和處理。”從而創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)據(jù)樞紐，將復(fù)雜的系統(tǒng)與一個(gè)已經(jīng)在實(shí)踐中被證明了二十多年的工業(yè)硬件平臺聯(lián)系起來。整個(gè)系統(tǒng)的最后一部分是對這些過程進(jìn)行分布式、用戶友好的可視化選擇，例如在PFC控制器上通過HTML5或Grafana實(shí)現(xiàn)可視化。
“以這種方式收集和處理的數(shù)據(jù)正是我們所需要的，以進(jìn)一步優(yōu)化通過10千伏電網(wǎng)或電池和能源管理系統(tǒng)對公交車進(jìn)行充電，取決于要求和可用性。”
更具可持續(xù)性的燈塔項(xiàng)目
在這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，電力必須經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換：從制動(dòng)能量的直流(DC)到電池存儲單元的交流(AC)，然后在充電點(diǎn)再次提供直流(DC)，以便電動(dòng)公交車可以用它來充電。“盡管如此，電動(dòng)汽車的效率仍然高于汽油動(dòng)力汽車的效率。”Nicolaj Fehringer堅(jiān)定地說道。
此外，制動(dòng)能量的使用利用了以前浪費(fèi)的能源，使退役的電動(dòng)汽車電池獲得了第二次生命。因此，憑借其創(chuàng)新的電池和能源管理系統(tǒng)，這個(gè)電動(dòng)公交充電站成為一個(gè)“燈塔項(xiàng)目”，減少了電動(dòng)汽車的負(fù)面因素，并改善了能源平衡，從而實(shí)現(xiàn)了更大的可持續(xù)性。
萬可的大客戶RheinEnergie AG的Jeff Witting也同意：“我們很激動(dòng)。這個(gè)多式聯(lián)運(yùn)的電動(dòng)公交車充電站是創(chuàng)新精神的見證。這個(gè)概念在德國是獨(dú)一無二的，它展示了研究、創(chuàng)新、技術(shù)訣竅，以及能源行業(yè)所面臨的巨大壓力所帶來的可持續(xù)性。”
能源與電池管理系統(tǒng)-采用萬可自動(dòng)化技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心
· 成熟的模塊化可編程邏輯控制器(PLC)，采用簡單、開放式Linux?編程系統(tǒng)
· 多種接口，助力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的可視化、分析和處理
· 萬可控制器可實(shí)現(xiàn)分布式控制、用戶友好性可視化，如HTML5或Grafana
