在半導體技術的支持下，車輛到電網 (V2G) 雙向充電可以提供電池電力以在高峰需求期間加強電網，並在電力昂貴或停電時為您的家庭供電
2022 年 8 月 23 日我們的寬帶隙電源、傳感和連接技術使工程師能夠實現 V2G 儲能，為更可持續、更高效和更經濟的能源管理做出貢獻
老化的電網在全球面臨著前所未有的需求，而且這種壓力可能只會隨著汽車電氣化而加劇。但是，如果電動汽車（EV）可以通過將電力返回電網來減輕負擔呢？
這個概念——被稱為車輛到電網，或 V2G——設想電動汽車車隊提供電池電力以加強電網，特別是在需求高峰期。隨著新的充電和電池存儲解決方案的出現以及經過驗證的技術被重新部署，這一願景正在獲得關注。
隨著各國努力減少排放和增加可再生能源，它也受到環境目標的推動。雖然汽車電氣化是這一旅程的一部分，但管理數百萬電動汽車車主的電力需求將是一項挑戰。平均每輛電動汽車行駛 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。如果每個人同時充電，電網可能會面臨嚴重的壓力。
“問題不在於電網的整體容量，”我們公司電網基礎設施總經理 Henrik Mannesson 說，“挑戰在於電網的峰值容量。” 我們都知道，隨著我們越來越依賴電力，這些峰值越來越高，而且越來越頻繁。極端天氣事件增加了電網的壓力。借助半導體技術，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體技術可以將電動汽車及其電池轉變為儲能係統，並在需要時將電力返回到電網。寬帶隙電源管理、傳感和連接技術可以通過優化電力負載管理來確保更可靠、更智能和更安全的電網，為可再生能源的擴展鋪平道路。
GaN 實現更快、更節能的充電
創建更高效的 V2G 解決方案的基石之一是寬帶隙技術，如氮化鎵 (GaN)。與傳統的矽器件相比，GaN 在 EV、EV 充電站和儲能係統等應用中有效地將電源或電源管理系統的功率密度（在給定外形尺寸中管理的功率量）提高了三倍. 這轉化為充電速度更快、系統尺寸更小和擁有成本更低的設計。
“GaN 幫助工程師實現了傳統晶體管的三倍功率密度，並顯著降低了DC 牆盒等應用的尺寸和成本，”我們公司 GaN 產品經理 David Snook 說。“尺寸和重量減輕是 GaN 令人興奮的事情對於這些應用程序。”
更小、更輕的充電站提供了更大的靈活性，使電網運營商能夠更輕鬆地將它們推廣到更多地方。更便攜的系統，如直流壁掛盒，也意味著電動車車主在家中更方便地在需要時為他們的家充電或供電。
電流傳感技術帶來節能
在電動汽車和電網之間傳輸能量時，傳感技術也是追求效率的關鍵。為了在電源轉換系統中實現電壓和電流控制迴路，微控制器需要隔離、快速和準確的電壓和電流讀數。我們的隔離放大器和模數轉換器 (ADC) 產品組合與小電流分流電阻器配合使用，可降低功耗並實現高分辨率測量，從而在電力返回電網時進行精確控制。
“準確的電流感應使我們能夠將電池中的能量存儲轉換為電網可以使用的交流電，”管理我們隔離式 ADC 和放大器產品組合的 Navin Kommaraju 說。
監控“充電狀態”有助於電動汽車車主更有效地管理他們的能源。準確的監視器可以幫助從電池中獲得多達 20% 的容量，而不會冒對電池造成永久性損壞的風險。例如，一些電動汽車車主可能不需要讓他們的汽車電池一直充滿電，如果他們只是通勤上班的話。智能傳感技術提高的準確性可以使電動汽車能夠提醒車主將電力返回電網或為房屋充電的最佳時間。
雖然效率很重要，但安全性對於生產 V2G 解決方案至關重要。電動汽車車主需要確保他們的電動汽車之間的動力轉換是可靠和一致的。除了傳感技術，電池管理系統還可以通過管理電壓、電流、溫度和其他性能指標來幫助監控電池的“健康狀態”。
“電池管理系統是第一道防線，”我們公司管理汽車電池監控產品的 Spencer Hu 說，“如果電池不健康，車主可能不想將其連接到電網，因為它可能會加速電池老化，最終會影響續航里程。”
用於管理電力負載的高級連接解決方案
將 V2G 從概念轉變為現實最終是一項數據驅動的任務，需要電動汽車、充電基礎設施和電網之間的智能通信。先進的連接解決方案和智能電能計量對於電網運營商預測和調整電動汽車在不同時間、地點和場景所需的電力負載至關重要。為電動汽車充電或為將電力送回電網而向車主收費，將需要大規模的可靠和安全的實時通信。
與此同時，電動汽車車主將需要智能人機界面 (HMI)，例如可以通過各種協議（無論是 WiFi ®、藍牙®還是低於 1 GHz）進行連接的顯示器和触摸板。管理各種通信接口，同時確保充電期間的高質量用戶體驗，需要應用處理器在單個芯片上處理多種功能。我們的Sitara™ AM62 處理器充當中央決策者，負責管理跨人機和 EV 到充電器接口的通信以及充電站和雲之間的通信。它們使工程師能夠滿足 V2G 通信的全球標準和協議，例如 ISO15118 Plug & Charge 和 Open Charge Point Protocol (OCPP)。
像 AM62 這樣的處理器將使電網運營商能夠優化電力負載管理，同時通過智能 HMI 通知 EV 駕駛員關於充電或返回電網的最佳時間。隨著 V2G 數據的不斷收集，具有邊緣 AI 功能的處理器也為將更多智能構建到網格中鋪平了道路。
“我們可以將 AI 置於頂層以在一年的數據中尋找模式，”我們的 Sitara 處理器產品線經理 Artem Aginskiy 說。“它可以根據電網和充電器今天的表現來預測明天的最佳充電地點。”
半導體技術可將 V2G 變為現實
一些事件，例如停電，更難預測，但當家裡的燈熄滅時，電動汽車用戶仍將受益於半導體技術。支持 V2G 的相同連接創新將允許他們的汽車電池在中斷期間為他們的家庭供電。這種車到戶 (V2H) 解決方案將通過太陽能電池和電池存儲系統補充家庭和電網之間的雙向充電，可能會刺激可再生能源的採用。
建設基礎設施以推動汽車電氣化需要時間。然而，從技術的角度來看，這些部件都已到位。通過更高效的電力負載管理，V2G 的環境效益也很引人注目。
“半導體技術可以幫助電網滿足汽車電氣化帶來的電力需求，”Henrik 說，“與此同時，智能解決方案可以讓電動汽車用戶更容易將電力送回電網。”
創造更美好世界的熱情
幫助工程師使 V2G 儲能解決方案成為現實只是我們的創新者實現我們公司的熱情的一種方式，即通過半導體使電子產品更實惠，從而創造一個更美好的世界。每一代創新都建立在上一代的基礎上，以使技術更小、更高效、更可靠和更實惠。我們認為這是工程進步。這是我們幾十年來一直在做的事情。
資料來源:Texas，https://news.ti.com/blog/2022/08/23/the-vehicle-to-grid-vision-unleashing-power-electric-vehicles
