电动汽车如何回馈电网

我曾经认为电动汽车 （EV） 是最近发明的，以响应全球减少碳排放的呼声。因此，当我得知电动汽车自 19 世纪末以来一直流行又流行，但直到 21 世纪才流行起来，主要是因为化石燃料如此可用，你可以想象我的惊讶。

但由特斯拉和丰田普锐斯等公司带头的电动汽车革命不仅使这些车辆流行（尤其是在美国），而且还暴露出完全缺乏充电基础设施。现在许多国家已经制定了政策，要求到 2030 年所有汽车销售都是电动的。

假设到那时有足够的充电站可以容纳道路上的所有电动汽车（我知道这是一个很大的假设），电网是否也足够强大以容纳它们？或者，全世界有这么多人每天都需要为他们的车辆充电，我们是否会因电网过载而定期发生天启级停电？

“问题在于，如果我们都过渡到电动汽车，我们将给电网带来巨大的负担，”总部位于英国的电子工程咨询公司ByteSnap Design的主管 Dunstan Power 解释说

“有一种他们称之为车辆到电网 （V2G） 的概念，即能量从车辆中流出，而不是能量进入车辆，”他继续说道。“从车辆发出的能量既可以用来减少与其相连的建筑物从电网汲取的电力，也可以用来将能量一直回馈到电网本身。”

V2G 技术也可能比您想象的要古老。2018 年，ByteSnap Design、Nortech Management、Grid Edge 和阿斯顿大学组成了V2G 联盟，这是一个由英国低排放车辆办公室 （OLEV） 和商业能源与工业战略部 （BEIS） 资助的产学合作伙伴关系。

他们的工作重点是车辆到电网智能控制 （VIGIL） 项目下的 EV 放电平台的设计、开发和测试。由此产生的 VIGIL 平台智能地监控能源分配网络的需求限制，并将该信息传达给双向充电点，从而可以有效地管理和调节 EV 电池的充电和放电。

在您担心未来某些市政当局会征用您的汽车以获取其存储的电力之前，实际上电动汽车不需要参与 V2G 放电活动，并且可以选择是否以及将多少能量输出回电网。他们（嗯，他们的主人）很可能会因为他们分享的能量而得到补偿。

当车辆回话时

尽管它是一种车辆到电网的解决方案，但 VIGIL 实际上在 EV 本身上没有任何组件。相反，它由三个核心组件组成：主动网络管理 （ANM） 系统、V2G/楼宇控制器和智能充电点控制器。

ANM – Nortech Management提供了 ANM 方案，使 VIGIL 能够监控连接到电网的本地变电站的电压水平和可用容量。

V2G/楼宇控制器——由Grid Edge提供，V2G/楼宇控制器允许平台控制和优化连接到 VIGIL 网络的所有分布式能源资产。它确保维持变压器和 VIGIL 平台组件的使用条件。

充电点控制器 – ByteSnap 提供了一个充电点通信控制器，该控制器使用开放充电联盟的开放充电点协议 （OCPP） 2.0 版传输消息。称为 MantaRay 的 OCPP 适配器指示充电点何时以及充电或放电的量，并与能量管理系统通信以实现局部电源负载平衡（图 1）。

图 1. ByteSnap Design/Versinetic 的 MantaRay 嵌入式控制器充当 OCPP 协议转换器，使任何充电点都可以与 VIGIL 平台互操作。

OCPP 协议是将所有这些基础设施联系在一起的有趣线程，因为它可以与云或本地建筑能源管理系统对话以提供低延迟控制。除了携带诊断和计量数据外，它还用于授权车辆在特定充电站充电，并可以促进充电站运营商和电动汽车车主之间的支付。

Nortech Management Ltd 的网络创新工程师 Preye Ivry 说：“ANM 系统向 V2G 控制器发送一个信号，说‘这是可用于优化充电或放电的空间’。”V2G 控制器接收该信号并发送它到 OCPP 适配器，它接受信号并将其传递给充电点本身，然后执行操作。

“V2G 充电点现在与车辆说另一种语言。在我们的案例中，它是 CHAdeMO，它是一种 DC 协议，”Preye 继续说道。“从充电点连接到电动汽车的电缆接受来自充电点的命令和控制信号。”

这些构建块提供了 VIGIL 项目所需的所有功能，以支持使用标准 IGBT 和 MOSFET 的 AC/DC 和 DC/DC V2G 电源转换。

VIGIL（自动）飞行员

从 2018 年到 2020 年，VIGIL 试点测试了四辆汽车，其中三辆是日产聆风——少数支持 V2G 的车辆之一。他们是从 Electric Zoo 租来的，当然，他们在租赁之前就被告知了他们的预期用途。

VIGIL 团队还通过在测试期间使用邓斯坦的汽车将钱花在了嘴上。

在阿斯顿大学校园内安装了三个配备 ByteSnap MantaRay嵌入式 OCPP 适配器的电动汽车充电点。主要的 VIGIL 用户界面托管在 Nortech 基于云的iHost 数据管理平台中。

该试点包括三个测试用例，在任何时候，电动汽车电池的充电或放电不超过 10 kW：

双向 V2G 设置，其中功率从充电点流向车辆，再从车辆流向充电点，使用 IGBT 或 MOSFET 逆变器进行 DC/AC 和 AC/DC 转换。

仅将 EV 电池放电至充电点的测试设置。

从充电器到车辆的标准单向功率流，使用整流器进行 AC/DC 转换。这作为飞行员的控制测试。

今天的电动汽车同时使用交流电（用于电机）和直流电（由电池存储和分配），这解释了充电点发生的所有转换活动。每当 Grid Edge V2G/建筑物控制器确定电网或相邻建筑物需要更多能源时，VIGIL 平台的 ANM 系统就会通过 OCPP 向充电点发送消息。

一旦收到，嵌入充电点的 MantaRay 板会将 VIGIL OCPP 消息转换为充电点可以理解的控制消息，反之亦然，从而有效地允许 VIGIL 平台与任何 V2G 充电器互操作。

在试用期间，测试人员记录到任一方向的转换效率约为 90%，与当今的高效 EV 充电器相当。而且，重要的是，对电池健康或性能没有任何可记录的影响。

等待汽车世界迎头赶上

V2G 联盟的成员在 VIGIL 试点计划的另一边经历了个人的成功和挫折。Grid Edge 继续在购物中心、HVAC 环境和 EV 环境中部署其控制器，作为监控和优化能源需求和交付的一种手段。另一方面，Nortech 正在寻求额外的资金来进一步测试他们的 ANM 计划。

ByteSnap 在参与 VIGIL 试点后推出了一项名为Versinetic的业务。

“我们将 VIGIL 视为引导开发并在 OCPP 库中获取我们自己的 IP 的一种很好的方式，”Dunstan 说。“我们继续创建一堆其他板来制造模块化智能充电器。”

由于世界上更大比例的能源来自可再生能源，V2G 联盟的成员还预计对该技术的兴趣将增加，以帮助抵消风能或太阳能等能源发电的不一致。除了 V2G 联盟之外，还有其他早期项目专注于开发车辆本身的 V2G 功能。

然而，最大的收益将来自汽车制造商及其供应商对该技术的广泛采用。Preye 指出支持 V2G 的充电点的可用性有限，这意味着飞行员必须使用来自单一制造商的充电器，这可能会扭曲测试结果。

“它有很大的潜力来解决问题，不仅是使用电动汽车加载电网，而且解决围绕可再生能源发电的块状问题，”邓斯坦指出。“主要挑战是让汽车制造商真正在他们的汽车中启用 V2G。”

审核编辑：郭婷