作者：Bill Schweber EE Times資深技術(shù)編輯

當(dāng)家里停電的時候，將燃油汽車、混動汽車或電動汽車用作備用交流電源，這一應(yīng)用是否有需求？其實用性如何？除了增加一個接到電池的逆變器，是否還有更好的方法來提供超過1kW的功率？或者標(biāo)準(zhǔn)的獨立發(fā)電機才是更好的選擇？

無論你的汽車是內(nèi)燃機（ICE）汽車、混合動力汽車（HEV）還是純電動汽車（EV），在需要的時候（例如停電），把它作為基本能源為你的住所提供交流電，這可行嗎？

網(wǎng)絡(luò)上充斥著各種方案，描述在交流電源中斷的情況下，如何實現(xiàn)車輛對家庭的供電（V2H，Vehicle-to-Home），文末列出了一些例子。這些方案有一些可信，有一些不可信，可供電時長受一些因素的影響，如負(fù)載、ICE/HEV燃料箱中的燃料量、或EV內(nèi)部電池組的電量等。為了將EV的電力饋送回電網(wǎng)（即V2G，Vehicle-to-Grid），業(yè)界做出了不懈努力，但這與斷電時為房屋供電完全不同。

所有這些解決方案采用的方法都是連接到12V電池，然后再利用DC/AC逆變器產(chǎn)生120VAC（或230VAC）電壓。不同方案的情況會有所不同，但是無論12V電池自身如何進行充電，這些逆變器都能從中汲取足夠的電流，提供1000W至1200W的最大功率。

圖1：新的變速箱在設(shè)計中集成了高輸出永磁交流發(fā)電機。（圖片來源：Leonardo DRS）

無論是哪種類型的車輛，其電源路徑中都有許多功能模塊在降低效率。就算連接到電池也不是件簡單的事，因為它要處理的電流是百安級別，必須使用牢固的線夾、堅固的螺釘以及大口徑的纜線，以最大程度地減少不良連接、不必要的IR壓降甚至產(chǎn)生火花的可能。而且，現(xiàn)代汽車不再是以電池為核心的簡單直流電路，有一個網(wǎng)站專門介紹如何將日產(chǎn)Leaf汽車用作電源，其中有這樣的描述，“LEAF接地不應(yīng)連接到電池地線，因為這樣可能損壞測量電流的傳感器。”

我注意到最近軍隊將悍馬（這是一種使用廣泛的高機動性多用途車輛，或稱為HMMWV或Humvee）進行了改裝，將其用作交流電源，卻不影響其作為汽車的主要用途。它無需增加逆變器和懸掛纜線，這種改裝將車輛真正變成了一個電源。

悍馬改裝最關(guān)鍵的地方是，用來替代標(biāo)準(zhǔn)動力傳動系統(tǒng)的設(shè)備同時還是交流發(fā)電機，其封裝尺寸不變，且不會影響悍馬傳動系統(tǒng)的總長度（圖1）。這是一項工程上的壯舉，由主要軍事承包商Leonardo DRS與Allison Transmission緊密合作完成。Allison Transmission是最早的悍馬變速箱的開發(fā)商，也是全球最大的中重型商用車輛全自動變速箱制造商。

他們成功將一個大電源“擠進”了變速箱的位置，甚至可以在野戰(zhàn)倉庫中將其改裝為動力總成，而不必一定在工廠完成（如圖2所示）。現(xiàn)有發(fā)動機或車輛交流發(fā)電機無需進行任何改動。

圖2：集成式變速箱/交流發(fā)電機，裝入與現(xiàn)有動力傳動系統(tǒng)尺寸相同的外殼中，無需延長，改裝也相對簡單。（圖片來源：Leonardo DRS）

悍馬Leonardo TITAN車載電源（OBVP）系統(tǒng)是普通版的升級，使車輛在靜止?fàn)顟B(tài)下可提供30kW（120/208VAC三相）功率，在行駛中可提供10kW功率，而這是采用逆變器和懸掛電纜無法做到的。注意，標(biāo)準(zhǔn)版悍馬發(fā)動機本身的額定功率為150HP/113kW@3000rpm，190HP/142kW@3400rpm。

整個系統(tǒng)包括永磁交流發(fā)電機、功率控制單元和純正弦波逆變器（圖3）。永磁交流發(fā)電機安裝在發(fā)動機和變速箱之間，但在變速箱外殼中。一些成本更低的逆變器會產(chǎn)生步進正弦波，這對某些負(fù)載來說是可接受的，但對于其他負(fù)載則不可接受。

圖3：完整的系統(tǒng)還包括外部電源轉(zhuǎn)換和控制單元，用來處理高達30kW的輸出。（圖片來源：Leonardo DRS）

其總體效率比使用獨立的發(fā)電機至少提高了20％，而且裝配更快，不需要特殊維護——這聽起來似乎實現(xiàn)了理想的車載發(fā)電機（如圖4所示）。此外，新組件還包括一個SAEJ1939接口，一組定義了重型車輛發(fā)動機控制單元（ECU）如何通過CAN總線進行通信的標(biāo)準(zhǔn)。

圖4：系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是提高了燃料發(fā)電效率，減少了后勤支持。（圖片來源：Leonardo DRS）

我們不得不佩服這些電氣和機械工程師所擁有的創(chuàng)造力、專業(yè)知識、甚至膽量，他們說“我們可以做到！”，然后真的做到了。由于對替換組件的外形尺寸、野戰(zhàn)倉庫的升級能力、以及常規(guī)軍用設(shè)備的耐用性等各方面都有嚴(yán)苛的限制，因此這是一項極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。Leonardo目前正在升級該技術(shù)使其可用于其他類似尺寸的車輛中，同時還在開發(fā)大型卡車即插即用式變速箱，在行駛中提供高達55kW的功率，靜止時提供125kW的功率。

也許這只是一個夢想，但如果可以將這種變速箱在設(shè)計上進行一些改變，作為消費者ICE/HEV/EV車輛動力總成的標(biāo)準(zhǔn)選件，豈不是很好？或許還可以提供所需的動力轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)（顯然EV只需要逆變器）。這將非常具有吸引力，因為在危機情況下，擁有更高效的能源庫遠勝過1000W的逆變器。

不過，我并沒有迫不及待地等著這一切成為現(xiàn)實，因為它在工程上面臨巨大挑戰(zhàn)，即使只增加一個組件（或只是作為一個選件），車輛基礎(chǔ)設(shè)施都會相應(yīng)增加，其成本將大大增加并由所有車輛分擔(dān)。但我們?nèi)匀怀錆M期待。
編輯：hfy