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車輛到電網(V2G)愿景：釋放電動汽車的潛能

2022/10/21 10:15:36

借助半導體技術，車輛到電網(V2G)雙向充電可以向電網提供儲存在電池里的電能，以在用電需求高峰期增強電網功能，并在電費價格昂貴或停電時為您的住宅供電。

我們的寬帶隙電源、檢測和連接技術使工程師能夠實現V2G儲能，從而促進更加可持續、高效且經濟實惠的能源管理。

全球各地的老式電網都面臨著空前高漲的需求，而且這種壓力只會隨著汽車電氣化而逐漸加劇。但是，如果電動汽車(EV)可以通過電力回饋來減輕電網負擔，會怎樣呢？

這個概念被稱為車輛到電網（V2G），設想電動汽車可提供電池電源儲存的電能以增強電網功能，特別是在電力峰值需求時段。隨著新的充電和電池儲能解決方案的出現以及經過驗證的技術被重新部署，這一愿景逐漸引起關注。

詳細了解我們的技術如何實現V2G雙向充電

隨著各國努力減排和發展可再生能源，環境目標也推動了這一愿景的實現。汽車電氣化是這一旅程的一部分，但管理數百萬電動汽車車主的電力需求將是一項挑戰。每輛電動汽車行駛100英里平均所需的能量與每天為普通家庭供電所需的能量大致相同。如果所有車主同時充電，電網會面臨巨大壓力。

公司電網基礎設施部門總經理Henrik Mannesson表示，“問題不在于電網的整體容量。電網的峰值容量才是真正的問題所在。眾所周知，隨著我們越來越依賴電力，這些峰值越來越高，而且出現的越來越頻繁。極端天氣事件進一步加劇了電網的壓力。借助半導體技術，V2G雙向充電可以緩解用電高峰，讓我們所有人受益。”

支持雙向充電的半導體技術可以將電動汽車動力電池轉變為儲能系統，并在需要時將電力回饋到電網。通過優化電力負載管理，寬帶隙電源管理、檢測和連接技術可以確保更可靠、更智能和更安全的電網，為可再生能源的發展鋪平道路。

GaN助力實現更快、能效更高的充電

創建更高效V2G解決方案的構建塊之一是寬帶隙技術功率半導體，如氮化鎵(GaN)。與傳統硅功率器件相比，GaN在電動汽車、電動汽車充電站和儲能系統等應用中可以將電源或電源管理系統的功率密度提高三倍。這種優勢可助力實現充電速度更快、系統尺寸更小和方案成本更低的設計。

“GaN幫助工程師實現了相對傳統功率半導體設計的三倍功率密度，顯著減小了直流壁掛式充電箱等應用的尺寸并降低了成本，”公司GaN產品經理David Snook表示，“對于這些應用，尺寸的減小和重量的減輕是GaN帶來的顯著成果。”

更小、更輕的充電站提供了更大的靈活性，電網運營商可以更輕松地將其推廣到更多地方。更便攜的系統，如直流壁掛式充電箱，也意味著電動車車主在需要時能夠更方便地為他們的住宅充電或供電。

電流檢測技術實現了能源節約

在電動汽車和電網之間傳輸能量時，檢測技術也是追求效率的關鍵。為了在電源轉換系統中實現電壓和電流控制回路，微控制器需要隔離、快速和準確的電壓及電流讀數。我們的隔離式放大器和模數轉換器(ADC)產品組合與小電流分流電阻器配合使用，可降低功耗并實現高精度測量，從而在電力回饋電網時進行精確控制。

“準確的電流檢測可以幫助我們將電池中儲存的能量轉換為電網可使用的交流電，”負責管理隔離式ADC和放大器產品組合的Navin Kommaraju表示。

監控“充電狀態”有助于電動汽車車主更有效地管理他們的能源。準確的監視器可以幫助用戶從電池中獲得多達20%的額外容量，而不會對電池造成損壞。例如，如果一些電動汽車車主只是開車上下班，他們可能不需要總是讓汽車電池充滿電。智能檢測技術更高的準確性可以使電動汽車能夠提醒車主將電力回饋給電網或為他們的住宅提供電能。

雖然效率很重要，但安全性對于V2G解決方案至關重要。電動汽車車主需要確保電動汽車之間的動力轉換可靠且一致。除了檢測技術，電池管理系統可以通過管理電壓、電流、溫度和其他性能指標來幫助監控電池的“健康狀態”。

“電池管理系統是第一道防線，”TI汽車電池監控產品的Spencer Hu表示，“如果電池狀況不佳，車主可能不想將其連接到電網，因為它會加速電池老化，最終影響續航里程。”

用于管理電力負載的連接解決方案

將V2G從概念轉變為現實最終是一項數據驅動的任務，需要電動汽車、充電基礎設施和電網之間的智能通信。對于電網運營商預測和調整電動汽車在不同時間、地點和場景所需的電力負載，先進的連接解決方案和智能電能計量技術至關重要。無論是在車主為其電動汽車充電時向車主收費，還是在車主將電力回饋給電網時補償車主，都需要可靠且安全的實時通信。

與此同時，電動汽車車主需要有效且智能的人機界面(HMI)，例如可以通過各種協議（WiFi?、Bluetooth?或Sub-1GHz）進行連接的顯示屏和觸摸板。若要管理各種通信接口，同時確保充電期間的高質量用戶體驗，則需要應用處理器在單個芯片上處理多種功能。我們的Sitara? AM62處理器作為中央決策者，負責管理人機和電動汽車到充電器接口的通信以及充電站和云之間的通信。借助此類處理器能夠使系統滿足V2G通信的全球標準和協議，例如ISO15118即插即用和開放充電協議(OCPP)。

像AM62這樣的處理器將使電網運營商能夠優化電力負載管理，同時通過智能HMI通知電動汽車駕駛員有關充電或電力回饋的理想時間。由于隨著時間推移系統會收集更多V2G數據，具有邊緣AI處理能力的處理器還為在電網中實現更多智能功能鋪平了道路。

“我們可以將AI放在首位，在數據中尋找規律，”Sitara處理器產品線經理Artem Aginskiy表示，“它可以根據電網和充電器當下的行為來預測未來的理想充電時間和地點。”

半導體技術可將V2G變為現實

諸如停電之類的事件更難預測，但當家里的燈熄滅時，電動汽車用戶仍可受益于半導體技術的升級。借助支持V2G的連接創新，用戶還可以在停電期間使用汽車電池為他們的住宅供電。這種車輛到住宅(V2H)的解決方案將通過太陽能電池和電池儲存系統，補充住宅和電網之間的雙向充電，這可能會刺激可再生能源的采用。

建設基礎設施以推動汽車電氣化需要一些時間。但從技術的角度來看，這些要求全都已經滿足。通過更高效的電力負載管理，V2G的環境效益也很引人注目。

“半導體技術可以幫助電網應對汽車電氣化帶來的電力需求挑戰，”Henrik表示，“與此同時，智能解決方案可以讓電動汽車用戶更容易將電力回饋到電網。”

熱衷于創造更美好的世界

幫助工程師將V2G能源儲存解決方案變為現實，只是我們致力于通過半導體技術降低電子產品成本、讓世界更美好并以此實現公司愿景的方式之一。每一代的技術創新都建立在上一代創新的基礎之上，其核心之處在于通過新技術將系統變得更小巧、更高效、更可靠和更經濟實惠，這就是工程的進步，也正是我們數十年來一直在堅持做的事。查詢進一步信息，請訪問官方網站