車(chē)輛到電網(wǎng)的愿景：釋放電動(dòng)汽車(chē)的力量

老化的電網(wǎng)在全球面臨著前所未有的需求，而且這種壓力可能只會(huì)隨著汽車(chē)電氣化而加劇。但是，如果電動(dòng)汽車(chē)(EV)可以通過(guò)將電力返回電網(wǎng)來(lái)減輕負(fù)擔(dān)呢?

這個(gè)概念——被稱為車(chē)輛到電網(wǎng)，或 V2G——設(shè)想電動(dòng)汽車(chē)車(chē)隊(duì)提供電池電力以加強(qiáng)電網(wǎng)，特別是在需求高峰期。隨著新的充電和電池存儲(chǔ)解決方案的出現(xiàn)以及經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)被重新部署，這一愿景正在獲得關(guān)注。

隨著各國(guó)努力減少排放和增加可再生能源，它也受到環(huán)境目標(biāo)的推動(dòng)。雖然汽車(chē)電氣化是這一旅程的一部分，但管理數(shù)百萬(wàn)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主的電力需求將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。平均每輛電動(dòng)汽車(chē)行駛 100 英里所需的能量與為普通家庭每天供電所需的能量大致相同。如果每個(gè)人同時(shí)充電，電網(wǎng)可能會(huì)面臨嚴(yán)重的壓力。

“問(wèn)題不在于電網(wǎng)的整體容量，”我們公司電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理 Henrik Mannesson 說(shuō)，“挑戰(zhàn)在于電網(wǎng)的峰值容量?！? 我們都知道，隨著我們?cè)絹?lái)越依賴電力，這些峰值越來(lái)越高，而且越來(lái)越頻繁。極端天氣事件增加了電網(wǎng)的壓力。借助半導(dǎo)體技術(shù)，V2G 雙向充電可以消除這些峰值，這將使我們所有人受益。”

支持雙向充電的半導(dǎo)體技術(shù)可以將電動(dòng)汽車(chē)及其電池轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能系統(tǒng)，并在需要時(shí)將電力返回到電網(wǎng)。寬帶隙電源管理、傳感和連接技術(shù)可以通過(guò)優(yōu)化電力負(fù)載管理來(lái)確保更可靠、更智能和更安全的電網(wǎng)，為可再生能源的擴(kuò)展鋪平道路。

GaN 實(shí)現(xiàn)更快、更節(jié)能的充電

創(chuàng)建更高效的 V2G 解決方案的基石之一是寬帶隙技術(shù)，如氮化鎵 (GaN)。與傳統(tǒng)的硅器件相比，GaN 在 EV、EV 充電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用中有效地將電源或電源管理系統(tǒng)的功率密度(在給定外形尺寸中管理的功率量)提高了三倍. 這轉(zhuǎn)化為充電速度更快、系統(tǒng)尺寸更小和擁有成本更低的設(shè)計(jì)。

“GaN 幫助工程師實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)晶體管的三倍功率密度，并顯著降低了DC 墻盒等應(yīng)用的尺寸和成本，”我們公司 GaN 產(chǎn)品經(jīng)理 David Snook 說(shuō)?！俺叽绾椭亓繙p輕是 GaN 令人興奮的事情對(duì)于這些應(yīng)用程序?！?

更小、更輕的充電站提供了更大的靈活性，使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商能夠更輕松地將它們推廣到更多地方。更便攜的系統(tǒng)，如直流壁掛盒，也意味著電動(dòng)車(chē)車(chē)主在家中更方便地在需要時(shí)為他們的家充電或供電。

電流傳感技術(shù)帶來(lái)節(jié)能

在電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)之間傳輸能量時(shí)，傳感技術(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)確的電壓和電流讀數(shù)。我們的隔離放大器和模數(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)高分辨率測(cè)量，從而在電力返回電網(wǎng)時(shí)進(jìn)行精確控制。

“準(zhǔn)確的電流感應(yīng)使我們能夠?qū)㈦姵刂械哪芰看鎯?chǔ)轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可以使用的交流電，”管理我們隔離式 ADC 和放大器產(chǎn)品組合的 Navin Kommaraju 說(shuō)。

監(jiān)控“充電狀態(tài)”有助于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主更有效地管理他們的能源。準(zhǔn)確的監(jiān)視器可以幫助從電池中獲得多達(dá) 20% 的容量，而不會(huì)冒對(duì)電池造成永久性損壞的風(fēng)險(xiǎn)。例如，一些電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主可能不需要讓他們的汽車(chē)電池一直充滿電，如果他們只是通勤上班的話。智能傳感技術(shù)提高的準(zhǔn)確性可以使電動(dòng)汽車(chē)能夠提醒車(chē)主將電力返回電網(wǎng)或?yàn)榉课莩潆姷淖罴褧r(shí)間。

雖然效率很重要，但安全性對(duì)于生產(chǎn) V2G 解決方案至關(guān)重要。電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主需要確保他們的電動(dòng)汽車(chē)之間的動(dòng)力轉(zhuǎn)換是可靠和一致的。除了傳感技術(shù)，電池管理系統(tǒng)還可以通過(guò)管理電壓、電流、溫度和其他性能指標(biāo)來(lái)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，”我們公司管理汽車(chē)電池監(jiān)控產(chǎn)品的 Spencer Hu 說(shuō)，“如果電池不健康，車(chē)主可能不想將其連接到電網(wǎng)，因?yàn)樗赡軙?huì)加速電池老化，最終會(huì)影響續(xù)航里程?！?

用于管理電力負(fù)載的高級(jí)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(dòng)的任務(wù)，需要電動(dòng)汽車(chē)、充電基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)之間的智能通信。先進(jìn)的連接解決方案和智能電能計(jì)量對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商預(yù)測(cè)和調(diào)整電動(dòng)汽車(chē)在不同時(shí)間、地點(diǎn)和場(chǎng)景所需的電力負(fù)載至關(guān)重要。為電動(dòng)汽車(chē)充電或?yàn)閷㈦娏λ突仉娋W(wǎng)而向車(chē)主收費(fèi)，將需要大規(guī)模的可靠和安全的實(shí)時(shí)通信。

與此同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主將需要智能人機(jī)界面 (HMI)，例如可以通過(guò)各種協(xié)議(無(wú)論是 WiFi ®、藍(lán)牙®還是低于 1 GHz)進(jìn)行連接的顯示器和觸摸板。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)，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 處理器充當(dāng)中央決策者，負(fù)責(zé)管理跨人機(jī)和 EV 到充電器接口的通信以及充電站和云之間的通信。它們使工程師能夠滿足 V2G 通信的全球標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，例如 ISO15118 Plug & Charge 和 Open Charge Point Protocol (OCPP)。

像 AM62 這樣的處理器將使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商能夠優(yōu)化電力負(fù)載管理，同時(shí)通過(guò)智能 HMI 通知 EV 駕駛員關(guān)于充電或返回電網(wǎng)的最佳時(shí)間。隨著 V2G 數(shù)據(jù)的不斷收集，具有邊緣 AI 功能的處理器也為將更多智能構(gòu)建到網(wǎng)格中鋪平了道路。

“我們可以將 AI 置于頂層以在一年的數(shù)據(jù)中尋找模式，”我們的 Sitara 處理器產(chǎn)品線經(jīng)理 Artem Aginskiy 說(shuō)?！八梢愿鶕?jù)電網(wǎng)和充電器今天的表現(xiàn)來(lái)預(yù)測(cè)明天的最佳充電地點(diǎn)?！?

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

一些事件，例如停電，更難預(yù)測(cè)，但當(dāng)家里的燈熄滅時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)用戶仍將受益于半導(dǎo)體技術(shù)。支持 V2G 的相同連接創(chuàng)新將允許他們的汽車(chē)電池在中斷期間為他們的家庭供電。這種車(chē)到戶 (V2H) 解決方案將通過(guò)太陽(yáng)能電池和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)補(bǔ)充家庭和電網(wǎng)之間的雙向充電，可能會(huì)刺激可再生能源的采用。

建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施以推動(dòng)汽車(chē)電氣化需要時(shí)間。然而，從技術(shù)的角度來(lái)看，這些部件都已到位。通過(guò)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)滿足汽車(chē)電氣化帶來(lái)的電力需求，”Henrik 說(shuō)，“與此同時(shí)，智能解決方案可以讓電動(dòng)汽車(chē)用戶更容易將電力送回電網(wǎng)?！?

創(chuàng)造更美好世界的熱情

幫助工程師使 V2G 儲(chǔ)能解決方案成為現(xiàn)實(shí)只是我們的創(chuàng)新者實(shí)現(xiàn)我們公司的熱情的一種方式，即通過(guò)半導(dǎo)體使電子產(chǎn)品更實(shí)惠，從而創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。每一代創(chuàng)新都建立在上一代的基礎(chǔ)上，以使技術(shù)更小、更高效、更可靠和更實(shí)惠。我們認(rèn)為這是工程進(jìn)步。這是我們幾十年來(lái)一直在做的事情。