我曾經(jīng)認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē) （EV） 是最近發(fā)明的，以響應(yīng)全球減少碳排放的呼聲。因此，當(dāng)我得知電動(dòng)汽車(chē)自 19 世紀(jì)末以來(lái)一直流行又流行，但直到 21 世紀(jì)才流行起來(lái)，主要是因?yàn)榛剂先绱丝捎?，你可以想象我的驚訝。

但由特斯拉和豐田普銳斯等公司帶頭的電動(dòng)汽車(chē)革命不僅使這些車(chē)輛流行（尤其是在美國(guó)），而且還暴露出完全缺乏充電基礎(chǔ)設(shè)施?，F(xiàn)在許多國(guó)家已經(jīng)制定了政策，要求到 2030 年所有汽車(chē)銷(xiāo)售都是電動(dòng)的。

假設(shè)到那時(shí)有足夠的充電站可以容納道路上的所有電動(dòng)汽車(chē)（我知道這是一個(gè)很大的假設(shè)），電網(wǎng)是否也足夠強(qiáng)大以容納它們？或者，全世界有這么多人每天都需要為他們的車(chē)輛充電，我們是否會(huì)因電網(wǎng)過(guò)載而定期發(fā)生天啟級(jí)停電？

“問(wèn)題在于，如果我們都過(guò)渡到電動(dòng)汽車(chē)，我們將給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)，”總部位于英國(guó)的電子工程咨詢公司ByteSnap Design的主管 Dunstan Power 解釋說(shuō)

“有一種他們稱之為車(chē)輛到電網(wǎng) （V2G） 的概念，即能量從車(chē)輛中流出，而不是能量進(jìn)入車(chē)輛，”他繼續(xù)說(shuō)道?！皬能?chē)輛發(fā)出的能量既可以用來(lái)減少與其相連的建筑物從電網(wǎng)汲取的電力，也可以用來(lái)將能量一直回饋到電網(wǎng)本身。”

V2G 技術(shù)也可能比您想象的要古老。2018 年，ByteSnap Design、Nortech Management、Grid Edge 和阿斯頓大學(xué)組成了V2G 聯(lián)盟，這是一個(gè)由英國(guó)低排放車(chē)輛辦公室 （OLEV） 和商業(yè)能源與工業(yè)戰(zhàn)略部 （BEIS） 資助的產(chǎn)學(xué)合作伙伴關(guān)系。

他們的工作重點(diǎn)是車(chē)輛到電網(wǎng)智能控制 （VIGIL） 項(xiàng)目下的 EV 放電平臺(tái)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。由此產(chǎn)生的 VIGIL 平臺(tái)智能地監(jiān)控能源分配網(wǎng)絡(luò)的需求限制，并將該信息傳達(dá)給雙向充電點(diǎn)，從而可以有效地管理和調(diào)節(jié) EV 電池的充電和放電。

在您擔(dān)心未來(lái)某些市政當(dāng)局會(huì)征用您的汽車(chē)以獲取其存儲(chǔ)的電力之前，實(shí)際上電動(dòng)汽車(chē)不需要參與 V2G 放電活動(dòng)，并且可以選擇是否以及將多少能量輸出回電網(wǎng)。他們（嗯，他們的主人）很可能會(huì)因?yàn)樗麄兎窒淼哪芰慷玫窖a(bǔ)償。

當(dāng)車(chē)輛回話時(shí)

盡管它是一種車(chē)輛到電網(wǎng)的解決方案，但 VIGIL 實(shí)際上在 EV 本身上沒(méi)有任何組件。相反，它由三個(gè)核心組件組成：主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理 （ANM） 系統(tǒng)、V2G/樓宇控制器和智能充電點(diǎn)控制器。

ANM – Nortech Management提供了 ANM 方案，使 VIGIL 能夠監(jiān)控連接到電網(wǎng)的本地變電站的電壓水平和可用容量。

V2G/樓宇控制器——由Grid Edge提供，V2G/樓宇控制器允許平臺(tái)控制和優(yōu)化連接到 VIGIL 網(wǎng)絡(luò)的所有分布式能源資產(chǎn)。它確保維持變壓器和 VIGIL 平臺(tái)組件的使用條件。

充電點(diǎn)控制器 – ByteSnap 提供了一個(gè)充電點(diǎn)通信控制器，該控制器使用開(kāi)放充電聯(lián)盟的開(kāi)放充電點(diǎn)協(xié)議 （OCPP） 2.0 版?zhèn)鬏斚?。稱為 MantaRay 的 OCPP 適配器指示充電點(diǎn)何時(shí)以及充電或放電的量，并與能量管理系統(tǒng)通信以實(shí)現(xiàn)局部電源負(fù)載平衡（圖 1）。

圖 1. ByteSnap Design/Versinetic 的 MantaRay 嵌入式控制器充當(dāng) OCPP 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，使任何充電點(diǎn)都可以與 VIGIL 平臺(tái)互操作。

OCPP 協(xié)議是將所有這些基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)系在一起的有趣線程，因?yàn)樗梢耘c云或本地建筑能源管理系統(tǒng)對(duì)話以提供低延遲控制。除了攜帶診斷和計(jì)量數(shù)據(jù)外，它還用于授權(quán)車(chē)輛在特定充電站充電，并可以促進(jìn)充電站運(yùn)營(yíng)商和電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主之間的支付。

Nortech Management Ltd 的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新工程師 Preye Ivry 說(shuō)：“ANM 系統(tǒng)向 V2G 控制器發(fā)送一個(gè)信號(hào)，說(shuō)‘這是可用于優(yōu)化充電或放電的空間’。”V2G 控制器接收該信號(hào)并發(fā)送它到 OCPP 適配器，它接受信號(hào)并將其傳遞給充電點(diǎn)本身，然后執(zhí)行操作。

“V2G 充電點(diǎn)現(xiàn)在與車(chē)輛說(shuō)另一種語(yǔ)言。在我們的案例中，它是 CHAdeMO，它是一種 DC 協(xié)議，”P(pán)reye 繼續(xù)說(shuō)道?！皬某潆婞c(diǎn)連接到電動(dòng)汽車(chē)的電纜接受來(lái)自充電點(diǎn)的命令和控制信號(hào)?！?/p>

這些構(gòu)建塊提供了 VIGIL 項(xiàng)目所需的所有功能，以支持使用標(biāo)準(zhǔn) IGBT 和 MOSFET 的 AC/DC 和 DC/DC V2G 電源轉(zhuǎn)換。

VIGIL（自動(dòng)）飛行員

從 2018 年到 2020 年，VIGIL 試點(diǎn)測(cè)試了四輛汽車(chē)，其中三輛是日產(chǎn)聆風(fēng)——少數(shù)支持 V2G 的車(chē)輛之一。他們是從 Electric Zoo 租來(lái)的，當(dāng)然，他們?cè)谧赓U之前就被告知了他們的預(yù)期用途。

VIGIL 團(tuán)隊(duì)還通過(guò)在測(cè)試期間使用鄧斯坦的汽車(chē)將錢(qián)花在了嘴上。

在阿斯頓大學(xué)校園內(nèi)安裝了三個(gè)配備 ByteSnap MantaRay嵌入式 OCPP 適配器的電動(dòng)汽車(chē)充電點(diǎn)。主要的 VIGIL 用戶界面托管在 Nortech 基于云的iHost 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中。

該試點(diǎn)包括三個(gè)測(cè)試用例，在任何時(shí)候，電動(dòng)汽車(chē)電池的充電或放電不超過(guò) 10 kW：

雙向 V2G 設(shè)置，其中功率從充電點(diǎn)流向車(chē)輛，再?gòu)能?chē)輛流向充電點(diǎn)，使用 IGBT 或 MOSFET 逆變器進(jìn)行 DC/AC 和 AC/DC 轉(zhuǎn)換。

僅將 EV 電池放電至充電點(diǎn)的測(cè)試設(shè)置。

從充電器到車(chē)輛的標(biāo)準(zhǔn)單向功率流，使用整流器進(jìn)行 AC/DC 轉(zhuǎn)換。這作為飛行員的控制測(cè)試。

今天的電動(dòng)汽車(chē)同時(shí)使用交流電（用于電機(jī)）和直流電（由電池存儲(chǔ)和分配），這解釋了充電點(diǎn)發(fā)生的所有轉(zhuǎn)換活動(dòng)。每當(dāng) Grid Edge V2G/建筑物控制器確定電網(wǎng)或相鄰建筑物需要更多能源時(shí)，VIGIL 平臺(tái)的 ANM 系統(tǒng)就會(huì)通過(guò) OCPP 向充電點(diǎn)發(fā)送消息。

一旦收到，嵌入充電點(diǎn)的 MantaRay 板會(huì)將 VIGIL OCPP 消息轉(zhuǎn)換為充電點(diǎn)可以理解的控制消息，反之亦然，從而有效地允許 VIGIL 平臺(tái)與任何 V2G 充電器互操作。

在試用期間，測(cè)試人員記錄到任一方向的轉(zhuǎn)換效率約為 90%，與當(dāng)今的高效 EV 充電器相當(dāng)。而且，重要的是，對(duì)電池健康或性能沒(méi)有任何可記錄的影響。

等待汽車(chē)世界迎頭趕上

V2G 聯(lián)盟的成員在 VIGIL 試點(diǎn)計(jì)劃的另一邊經(jīng)歷了個(gè)人的成功和挫折。Grid Edge 繼續(xù)在購(gòu)物中心、HVAC 環(huán)境和 EV 環(huán)境中部署其控制器，作為監(jiān)控和優(yōu)化能源需求和交付的一種手段。另一方面，Nortech 正在尋求額外的資金來(lái)進(jìn)一步測(cè)試他們的 ANM 計(jì)劃。

ByteSnap 在參與 VIGIL 試點(diǎn)后推出了一項(xiàng)名為Versinetic的業(yè)務(wù)。

“我們將 VIGIL 視為引導(dǎo)開(kāi)發(fā)并在 OCPP 庫(kù)中獲取我們自己的 IP 的一種很好的方式，”Dunstan 說(shuō)?！拔覀兝^續(xù)創(chuàng)建一堆其他板來(lái)制造模塊化智能充電器。”

由于世界上更大比例的能源來(lái)自可再生能源，V2G 聯(lián)盟的成員還預(yù)計(jì)對(duì)該技術(shù)的興趣將增加，以幫助抵消風(fēng)能或太陽(yáng)能等能源發(fā)電的不一致。除了 V2G 聯(lián)盟之外，還有其他早期項(xiàng)目專注于開(kāi)發(fā)車(chē)輛本身的 V2G 功能。

然而，最大的收益將來(lái)自汽車(chē)制造商及其供應(yīng)商對(duì)該技術(shù)的廣泛采用。Preye 指出支持 V2G 的充電點(diǎn)的可用性有限，這意味著飛行員必須使用來(lái)自單一制造商的充電器，這可能會(huì)扭曲測(cè)試結(jié)果。

“它有很大的潛力來(lái)解決問(wèn)題，不僅是使用電動(dòng)汽車(chē)加載電網(wǎng)，而且解決圍繞可再生能源發(fā)電的塊狀問(wèn)題，”鄧斯坦指出?！爸饕魬?zhàn)是讓汽車(chē)制造商真正在他們的汽車(chē)中啟用 V2G?！?/p>

審核編輯：郭婷