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車輛到電網(wǎng)(V2G)愿景：釋放電動汽車的潛能

2022/10/21 10:15:36

借助半導(dǎo)體技術(shù)，車輛到電網(wǎng)(V2G)雙向充電可以向電網(wǎng)提供儲存在電池里的電能，以在用電需求高峰期增強(qiáng)電網(wǎng)功能，并在電費(fèi)價(jià)格昂貴或停電時(shí)為您的住宅供電。

我們的寬帶隙電源、檢測和連接技術(shù)使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)V2G儲能，從而促進(jìn)更加可持續(xù)、高效且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的能源管理。

全球各地的老式電網(wǎng)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(wǎng)負(fù)擔(dān)，會怎樣呢？

這個(gè)概念被稱為車輛到電網(wǎng)（V2G），設(shè)想電動汽車可提供電池電源儲存的電能以增強(qiáng)電網(wǎng)功能，特別是在電力峰值需求時(shí)段。隨著新的充電和電池儲能解決方案的出現(xiàn)以及經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)被重新部署，這一愿景逐漸引起關(guān)注。

詳細(xì)了解我們的技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)V2G雙向充電

隨著各國努力減排和發(fā)展可再生能源，環(huán)境目標(biāo)也推動了這一愿景的實(shí)現(xiàn)。汽車電氣化是這一旅程的一部分，但管理數(shù)百萬電動汽車車主的電力需求將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。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(shí)充電，電網(wǎng)會面臨巨大壓力。

公司電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施部門總經(jīng)理Henrik Mannesson表示，“問題不在于電網(wǎng)的整體容量。電網(wǎng)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(xiàn)的越來越頻繁。極端天氣事件進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)的壓力。借助半導(dǎo)體技術(shù)，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(dǎo)體技術(shù)可以將電動汽車動力電池轉(zhuǎn)變?yōu)閮δ芟到y(tǒng)，并在需要時(shí)將電力回饋到電網(wǎng)。通過優(yōu)化電力負(fù)載管理，寬帶隙電源管理、檢測和連接技術(shù)可以確保更可靠、更智能和更安全的電網(wǎng)，為可再生能源的發(fā)展鋪平道路。

GaN助力實(shí)現(xiàn)更快、能效更高的充電

創(chuàng)建更高效V2G解決方案的構(gòu)建塊之一是寬帶隙技術(shù)功率半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)。與傳統(tǒng)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(tǒng)等應(yīng)用中可以將電源或電源管理系統(tǒng)的功率密度提高三倍。這種優(yōu)勢可助力實(shí)現(xiàn)充電速度更快、系統(tǒng)尺寸更小和方案成本更低的設(shè)計(jì)。

“GaN幫助工程師實(shí)現(xiàn)了相對傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的三倍功率密度，顯著減小了直流壁掛式充電箱等應(yīng)用的尺寸并降低了成本，”公司GaN產(chǎn)品經(jīng)理David Snook表示，“對于這些應(yīng)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(wǎng)運(yùn)營商可以更輕松地將其推廣到更多地方。更便攜的系統(tǒng)，如直流壁掛式充電箱，也意味著電動車車主在需要時(shí)能夠更方便地為他們的住宅充電或供電。

電流檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源節(jié)約

在電動汽車和電網(wǎng)之間傳輸能量時(shí)，檢測技術(shù)也是追求效率的關(guān)鍵。為了在電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電壓和電流控制回路，微控制器需要隔離、快速和準(zhǔn)確的電壓及電流讀數(shù)。我們的隔離式放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)產(chǎn)品組合與小電流分流電阻器配合使用，可降低功耗并實(shí)現(xiàn)高精度測量，從而在電力回饋電網(wǎng)時(shí)進(jìn)行精確控制。

“準(zhǔn)確的電流檢測可以幫助我們將電池中儲存的能量轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可使用的交流電，”負(fù)責(zé)管理隔離式ADC和放大器產(chǎn)品組合的Navin Kommaraju表示。

監(jiān)控“充電狀態(tài)”有助于電動汽車車主更有效地管理他們的能源。準(zhǔn)確的監(jiān)視器可以幫助用戶從電池中獲得多達(dá)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(shù)更高的準(zhǔn)確性可以使電動汽車能夠提醒車主將電力回饋給電網(wǎng)或?yàn)樗麄兊淖≌峁╇娔堋?BR>
雖然效率很重要，但安全性對于V2G解決方案至關(guān)重要。電動汽車車主需要確保電動汽車之間的動力轉(zhuǎn)換可靠且一致。除了檢測技術(shù)，電池管理系統(tǒng)可以通過管理電壓、電流、溫度和其他性能指標(biāo)來幫助監(jiān)控電池的“健康狀態(tài)”。

“電池管理系統(tǒng)是第一道防線，”TI汽車電池監(jiān)控產(chǎn)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(wǎng)，因?yàn)樗鼤铀匐姵乩匣罱K影響續(xù)航里程。”

用于管理電力負(fù)載的連接解決方案

將V2G從概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)最終是一項(xiàng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的任務(wù)，需要電動汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)之間的智能通信。對于電網(wǎng)運(yùn)營商預(yù)測和調(diào)整電動汽車在不同時(shí)間、地點(diǎn)和場景所需的電力負(fù)載，先進(jìn)的連接解決方案和智能電能計(jì)量技術(shù)至關(guān)重要。無論是在車主為其電動汽車充電時(shí)向車主收費(fèi)，還是在車主將電力回饋給電網(wǎng)時(shí)補(bǔ)償車主，都需要可靠且安全的實(shí)時(shí)通信。

與此同時(shí)，電動汽車車主需要有效且智能的人機(jī)界面(HMI)，例如可以通過各種協(xié)議（WiFi?、Bluetooth?或Sub-1GHz）進(jìn)行連接的顯示屏和觸摸板。若要管理各種通信接口，同時(shí)確保充電期間的高質(zhì)量用戶體驗(yàn)，則需要應(yīng)用處理器在單個(gè)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(fù)責(zé)管理人機(jī)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(tǒng)滿足V2G通信的全球標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，例如ISO15118即插即用和開放充電協(xié)議(OCPP)。

像AM62這樣的處理器將使電網(wǎng)運(yùn)營商能夠優(yōu)化電力負(fù)載管理，同時(shí)通過智能HMI通知電動汽車駕駛員有關(guān)充電或電力回饋的理想時(shí)間。由于隨著時(shí)間推移系統(tǒng)會收集更多V2G數(shù)據(jù)，具有邊緣AI處理能力的處理器還為在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)更多智能功能鋪平了道路。

“我們可以將AI放在首位，在數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律，”Sitara處理器產(chǎn)品線經(jīng)理Artem Aginskiy表示，“它可以根據(jù)電網(wǎng)和充電器當(dāng)下的行為來預(yù)測未來的理想充電時(shí)間和地點(diǎn)。”

半導(dǎo)體技術(shù)可將V2G變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

諸如停電之類的事件更難預(yù)測，但當(dāng)家里的燈熄滅時(shí)，電動汽車用戶仍可受益于半導(dǎo)體技術(shù)的升級。借助支持V2G的連接創(chuàng)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(tǒng)，補(bǔ)充住宅和電網(wǎng)之間的雙向充電，這可能會刺激可再生能源的采用。

建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施以推動汽車電氣化需要一些時(shí)間。但從技術(shù)的角度來看，這些要求全都已經(jīng)滿足。通過更高效的電力負(fù)載管理，V2G的環(huán)境效益也很引人注目。

“半導(dǎo)體技術(shù)可以幫助電網(wǎng)應(yīng)對汽車電氣化帶來的電力需求挑戰(zhàn)，”Henrik表示，“與此同時(shí)，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(wǎng)。”

熱衷于創(chuàng)造更美好的世界

幫助工程師將V2G能源儲存解決方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，只是我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本、讓世界更美好并以此實(shí)現(xiàn)公司愿景的方式之一。每一代的技術(shù)創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，其核心之處在于通過新技術(shù)將系統(tǒng)變得更小巧、更高效、更可靠和更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這就是工程的進(jìn)步，也正是我們數(shù)十年來一直在堅(jiān)持做的事。查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站