我曾經(jīng)認為電動汽車 （EV） 是最近發(fā)明的，以響應全球減少碳排放的呼聲。因此，當我得知電動汽車自 19 世紀末以來一直流行又流行，但直到 21 世紀才流行起來，主要是因為化石燃料如此可用，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汽車革命不僅使這些車輛流行（尤其是在美國），而且還暴露出完全缺乏充電基礎設施。現(xiàn)在許多國家已經(jīng)制定了政策，要求到 2030 年所有汽車銷售都是電動的。

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

“問題在于，如果我們都過渡到電動汽車，我們將給電網(wǎng)帶來巨大的負擔，”總部位于英國的電子工程咨詢公司ByteSnap Design的主管 Dunstan Power 解釋說

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

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

他們的工作重點是車輛到電網(wǎng)智能控制 （VIGIL） 項目下的 EV 放電平臺的設計、開發(fā)和測試。由此產(chǎn)生的 VIGIL 平臺智能地監(jiān)控能源分配網(wǎng)絡的需求限制，并將該信息傳達給雙向充電點，從而可以有效地管理和調(diào)節(jié) EV 電池的充電和放電。

在您擔心未來某些市政當局會征用您的汽車以獲取其存儲的電力之前，實際上電動汽車不需要參與 V2G 放電活動，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）很可能會因為他們分享的能量而得到補償。

當車輛回話時

盡管它是一種車輛到電網(wǎng)的解決方案，但 VIGIL 實際上在 EV 本身上沒有任何組件。相反，它由三個核心組件組成：主動網(wǎng)絡管理 （ANM） 系統(tǒng)、V2G/樓宇控制器和智能充電點控制器。

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控制和優(yōu)化連接到 VIGIL 網(wǎng)絡的所有分布式能源資產(chǎn)。它確保維持變壓器和 VIGIL 平臺組件的使用條件。

充電點控制器 – ByteSnap 提供了一個充電點通信控制器，該控制器使用開放充電聯(lián)盟的開放充電點協(xié)議 （OCPP） 2.0 版?zhèn)鬏斚ⅰ７Q為 MantaRay 的 OCPP 適配器指示充電點何時以及充電或放電的量，并與能量管理系統(tǒng)通信以實現(xiàn)局部電源負載平衡（圖 1）。

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

OCPP 協(xié)議是將所有這些基礎設施聯(lián)系在一起的有趣線程，因為它可以與云或本地建筑能源管理系統(tǒng)對話以提供低延遲控制。除了攜帶診斷和計量數(shù)據(jù)外，它還用于授權車輛在特定充電站充電，并可以促進充電站運營商和電動汽車車主之間的支付。

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

“V2G 充電點現(xiàn)在與車輛說另一種語言。在我們的案例中，它是 CHAdeMO，它是一種 DC 協(xié)議，”Preye 繼續(xù)說道。“從充電點連接到電動汽車的電纜接受來自充電點的命令和控制信號。”

這些構建塊提供了 VIGIL 項目所需的所有功能，以支持使用標準 IGBT 和 MOSFET 的 AC/DC 和 DC/DC V2G 電源轉換。

VIGIL（自動）飛行員

從 2018 年到 2020 年，VIGIL 試點測試了四輛汽車，其中三輛是日產(chǎn)聆風——少數(shù)支持 V2G 的車輛之一。他們是從 Electric Zoo 租來的，當然，他們在租賃之前就被告知了他們的預期用途。

VIGIL 團隊還通過在測試期間使用鄧斯坦的汽車將錢花在了嘴上。

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

該試點包括三個測試用例，在任何時候，電動汽車電池的充電或放電不超過 10 kW：

雙向 V2G 設置，其中功率從充電點流向車輛，再從車輛流向充電點，使用 IGBT 或 MOSFET 逆變器進行 DC/AC 和 AC/DC 轉換。

僅將 EV 電池放電至充電點的測試設置。

從充電器到車輛的標準單向功率流，使用整流器進行 AC/DC 轉換。這作為飛行員的控制測試。

今天的電動汽車同時使用交流電（用于電機）和直流電（由電池存儲和分配），這解釋了充電點發(fā)生的所有轉換活動。每當 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，VIGIL 平臺的 ANM 系統(tǒng)就會通過 OCPP 向充電點發(fā)送消息。

一旦收到，嵌入充電點的 MantaRay 板會將 VIGIL OCPP 消息轉換為充電點可以理解的控制消息，反之亦然，從而有效地允許 VIGIL 平臺與任何 V2G 充電器互操作。

在試用期間，測試人員記錄到任一方向的轉換效率約為 90%，與當今的高效 EV 充電器相當。而且，重要的是，對電池健康或性能沒有任何可記錄的影響。

等待汽車世界迎頭趕上

V2G 聯(lián)盟的成員在 VIGIL 試點計劃的另一邊經(jīng)歷了個人的成功和挫折。Grid Edge 繼續(xù)在購物中心、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進一步測試他們的 ANM 計劃。

ByteSnap 在參與 VIGIL 試點后推出了一項名為Versinetic的業(yè)務。

“我們將 VIGIL 視為引導開發(fā)并在 OCPP 庫中獲取我們自己的 IP 的一種很好的方式，”Dunstan 說。“我們繼續(xù)創(chuàng)建一堆其他板來制造模塊化智能充電器。”

由于世界上更大比例的能源來自可再生能源，V2G 聯(lián)盟的成員還預計對該技術的興趣將增加，以幫助抵消風能或太陽能等能源發(fā)電的不一致。除了 V2G 聯(lián)盟之外，還有其他早期項目專注于開發(fā)車輛本身的 V2G 功能。

然而，最大的收益將來自汽車制造商及其供應商對該技術的廣泛采用。Preye 指出支持 V2G 的充電點的可用性有限，這意味著飛行員必須使用來自單一制造商的充電器，這可能會扭曲測試結果。

“它有很大的潛力來解決問題，不僅是使用電動汽車加載電網(wǎng)，而且解決圍繞可再生能源發(fā)電的塊狀問題，”鄧斯坦指出。“主要挑戰(zhàn)是讓汽車制造商真正在他們的汽車中啟用 V2G。”

審核編輯：郭婷