车辆到电网的愿景：释放电动汽车的力量

老化的电网在全球面临着前所未有的需求，而且这种压力可能只会随着汽车电气化而加剧。但是，如果电动汽车(EV)可以通过将电力返回电网来减轻负担呢?

这个概念——被称为车辆到电网，或 V2G——设想电动汽车车队提供电池电力以加强电网，特别是在需求高峰期。随着新的充电和电池存储解决方案的出现以及经过验证的技术被重新部署，这一愿景正在获得关注。

随着各国努力减少排放和增加可再生能源，它也受到环境目标的推动。虽然汽车电气化是这一旅程的一部分，但管理数百万电动汽车车主的电力需求将是一项挑战。平均每辆电动汽车行驶 100 英里所需的能量与为普通家庭每天供电所需的能量大致相同。如果每个人同时充电，电网可能会面临严重的压力。

“问题不在于电网的整体容量，”我们公司电网基础设施总经理 Henrik Mannesson 说，“挑战在于电网的峰值容量。” 我们都知道，随着我们越来越依赖电力，这些峰值越来越高，而且越来越频繁。极端天气事件增加了电网的压力。借助半导体技术，V2G 双向充电可以消除这些峰值，这将使我们所有人受益。”

支持双向充电的半导体技术可以将电动汽车及其电池转变为储能系统，并在需要时将电力返回到电网。宽带隙电源管理、传感和连接技术可以通过优化电力负载管理来确保更可靠、更智能和更安全的电网，为可再生能源的扩展铺平道路。

GaN 实现更快、更节能的充电

创建更高效的 V2G 解决方案的基石之一是宽带隙技术，如氮化镓 (GaN)。与传统的硅器件相比，GaN 在 EV、EV 充电站和储能系统等应用中有效地将电源或电源管理系统的功率密度(在给定外形尺寸中管理的功率量)提高了三倍. 这转化为充电速度更快、系统尺寸更小和拥有成本更低的设计。

“GaN 帮助工程师实现了传统晶体管的三倍功率密度，并显着降低了DC 墙盒等应用的尺寸和成本，”我们公司 GaN 产品经理 David Snook 说。“尺寸和重量减轻是 GaN 令人兴奋的事情对于这些应用程序。”

更小、更轻的充电站提供了更大的灵活性，使电网运营商能够更轻松地将它们推广到更多地方。更便携的系统，如直流壁挂盒，也意味着电动车车主在家中更方便地在需要时为他们的家充电或供电。

电流传感技术带来节能

在电动汽车和电网之间传输能量时，传感技术也是追求效率的关键。为了在电源转换系统中实现电压和电流控制回路，微控制器需要隔离、快速和准确的电压和电流读数。我们的隔离放大器和模数转换器 (ADC) 产品组合与小电流分流电阻器配合使用，可降低功耗并实现高分辨率测量，从而在电力返回电网时进行精确控制。

“准确的电流感应使我们能够将电池中的能量存储转换为电网可以使用的交流电，”管理我们隔离式 ADC 和放大器产品组合的 Navin Kommaraju 说。

监控“充电状态”有助于电动汽车车主更有效地管理他们的能源。准确的监视器可以帮助从电池中获得多达 20% 的容量，而不会冒对电池造成永久性损坏的风险。例如，一些电动汽车车主可能不需要让他们的汽车电池一直充满电，如果他们只是通勤上班的话。智能传感技术提高的准确性可以使电动汽车能够提醒车主将电力返回电网或为房屋充电的最佳时间。

虽然效率很重要，但安全性对于生产 V2G 解决方案至关重要。电动汽车车主需要确保他们的电动汽车之间的动力转换是可靠和一致的。除了传感技术，电池管理系统还可以通过管理电压、电流、温度和其他性能指标来帮助监控电池的“健康状态”。

“电池管理系统是第一道防线，”我们公司管理汽车电池监控产品的 Spencer Hu 说，“如果电池不健康，车主可能不想将其连接到电网，因为它可能会加速电池老化，最终会影响续航里程。”

用于管理电力负载的高级连接解决方案

将 V2G 从概念转变为现实最终是一项数据驱动的任务，需要电动汽车、充电基础设施和电网之间的智能通信。先进的连接解决方案和智能电能计量对于电网运营商预测和调整电动汽车在不同时间、地点和场景所需的电力负载至关重要。为电动汽车充电或为将电力送回电网而向车主收费，将需要大规模的可靠和安全的实时通信。

与此同时，电动汽车车主将需要智能人机界面 (HMI)，例如可以通过各种协议(无论是 WiFi ®、蓝牙®还是低于 1 GHz)进行连接的显示器和触摸板。管理各种通信接口，同时确保充电期间的高质量用户体验，需要应用处理器在单个芯片上处理多种功能。我们的Sitara™ AM62 处理器充当中央决策者，负责管理跨人机和 EV 到充电器接口的通信以及充电站和云之间的通信。它们使工程师能够满足 V2G 通信的全球标准和协议，例如 ISO15118 Plug & Charge 和 Open Charge Point Protocol (OCPP)。

像 AM62 这样的处理器将使电网运营商能够优化电力负载管理，同时通过智能 HMI 通知 EV 驾驶员关于充电或返回电网的最佳时间。随着 V2G 数据的不断收集，具有边缘 AI 功能的处理器也为将更多智能构建到网格中铺平了道路。

“我们可以将 AI 置于顶层以在一年的数据中寻找模式，”我们的 Sitara 处理器产品线经理 Artem Aginskiy 说。“它可以根据电网和充电器今天的表现来预测明天的最佳充电地点。”

半导体技术可将 V2G 变为现实

一些事件，例如停电，更难预测，但当家里的灯熄灭时，电动汽车用户仍将受益于半导体技术。支持 V2G 的相同连接创新将允许他们的汽车电池在中断期间为他们的家庭供电。这种车到户 (V2H) 解决方案将通过太阳能电池和电池存储系统补充家庭和电网之间的双向充电，可能会刺激可再生能源的采用。

建设基础设施以推动汽车电气化需要时间。然而，从技术的角度来看，这些部件都已到位。通过更高效的电力负载管理，V2G 的环境效益也很引人注目。

“半导体技术可以帮助电网满足汽车电气化带来的电力需求，”Henrik 说，“与此同时，智能解决方案可以让电动汽车用户更容易将电力送回电网。”

创造更美好世界的热情

帮助工程师使 V2G 储能解决方案成为现实只是我们的创新者实现我们公司的热情的一种方式，即通过半导体使电子产品更实惠，从而创造一个更美好的世界。每一代创新都建立在上一代的基础上，以使技术更小、更高效、更可靠和更实惠。我们认为这是工程进步。这是我们几十年来一直在做的事情。