我們的寬帶隙電源、檢測和連接技術(shù)使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)V2G 儲能，從而促進(jìn)更加可持續(xù)、高效且經(jīng)濟(jì)實惠的能源管理。

全球各地的老式電網(wǎng)都面臨著空前高漲的需求，而且這種壓力只會隨著汽車電氣化而逐漸加劇。但是，如果電動汽車 (EV) 可以通過電力回饋來減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，會怎樣呢？

這個概念被稱為車輛到電網(wǎng) (V2G)，設(shè)想電動汽車可提供電池電源儲存的電能以增強(qiáng)電網(wǎng)功能，特別是在電力峰值需求時段。隨著新的充電和電池儲能解決方案的出現(xiàn)以及經(jīng)過驗證的技術(shù)被重新部署，這一愿景逐漸引起關(guān)注。

隨著各國努力減排和發(fā)展可再生能源，環(huán)境目標(biāo)也推動了這一愿景的實現(xiàn)。汽車電氣化是這一旅程的一部分，但管理數(shù)百萬電動汽車車主的電力需求將是一項挑戰(zhàn)。每輛電動汽車行駛 100 英里平均所需的能量與每天為普通家庭供電所需的能量大致相同。如果所有車主同時充電，電網(wǎng)會面臨巨大壓力。

“問題不在于電網(wǎng)的整體容量，”TI 電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施部門總經(jīng)理 Henrik Mannesson表示，“電網(wǎng)的峰值容量才是真正的問題所在。眾所周知，隨著我們越來越依賴電力，這些峰值越來越高，而且出現(xiàn)的越來越頻繁。極端天氣事件進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)的壓力。借助半導(dǎo)體技術(shù)， V2G 雙向充電可以緩解用電高峰，讓我們所有人受益?！?/p>

支持雙向充電的半導(dǎo)體技術(shù)可以將電動汽車動力電池轉(zhuǎn)變?yōu)閮δ芟到y(tǒng)，并在需要時將電力回饋到電網(wǎng)。通過優(yōu)化電力負(fù)載管理，寬帶隙電源管理、檢測和連接技術(shù)可以確保更可靠、更智能和更安全的電網(wǎng)，為可再生能源的發(fā)展鋪平道路。

GaN 助力實現(xiàn)更快、能效更高的充電

創(chuàng)建更高效 V2G 解決方案的構(gòu)建塊之一是寬帶隙技術(shù)功率半導(dǎo)體，如氮化鎵 (GaN)。與傳統(tǒng)硅功率器件相比，GaN 在電動汽車、電動汽車充電站和儲能系統(tǒng)等應(yīng)用中可以將電源或電源管理系統(tǒng)的功率密度提高三倍。這種優(yōu)勢可助力實現(xiàn)充電速度更快、系統(tǒng)尺寸更小和方案成本更低的設(shè)計。

“GaN 幫助工程師實現(xiàn)了相對傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體設(shè)計的三倍功率密度，顯著減小了直流壁掛式充電箱等應(yīng)用的尺寸并降低了成本，”TI GaN 產(chǎn)品經(jīng)理 David Snook表示，“對于這些應(yīng)用，尺寸的減小和重量的減輕是 GaN 帶來的顯著成果。”

更小、更輕的充電站提供了更大的靈活性，電網(wǎng)運營商可以更輕松地將其推廣到更多地方。更便攜的系統(tǒng)，如直流壁掛式充電箱，也意味著電動車車主在需要時能夠更方便地為他們的住宅充電或供電。

電流檢測技術(shù)實現(xiàn)了能源節(jié)約

在電動汽車和電網(wǎng)之間傳輸能量時，檢測技術(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)確的電壓及電流讀數(shù)。我們的隔離式放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 產(chǎn)品組合與小電流分流電阻器配合使用，可降低功耗并實現(xiàn)高精度測量，從而在電力回饋電網(wǎng)時進(jìn)行精確控制。

“準(zhǔn)確的電流檢測可以幫助我們將電池中儲存的能量轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可使用的交流電，”TI 負(fù)責(zé)管理隔離式 ADC 和放大器產(chǎn)品組合的 Navin Kommaraju表示。

監(jiān)控“充電狀態(tài)”有助于電動汽車車主更有效地管理他們的能源。準(zhǔn)確的監(jiān)視器可以幫助用戶從電池中獲得多達(dá) 20% 的額外容量，而不會對電池造成損壞。例如，如果一些電動汽車車主只是開車上下班，他們可能不需要總是讓汽車電池充滿電。智能檢測技術(shù)更高的準(zhǔn)確性可以使電動汽車能夠提醒車主將電力回饋給電網(wǎng)或為他們的住宅提供電能。

雖然效率很重要，但安全性對于 V2G 解決方案至關(guān)重要。電動汽車車主需要確保電動汽車之間的動力轉(zhuǎn)換可靠且一致。除了檢測技術(shù)，電池管理系統(tǒng)可以通過管理電壓、電流、溫度和其他性能指標(biāo)來幫助監(jiān)控電池的“健康狀態(tài)”。

“電池管理系統(tǒng)是第一道防線，”TI 汽車電池監(jiān)控產(chǎn)品的 Spencer Hu表示，“如果電池狀況不佳，車主可能不想將其連接到電網(wǎng)，因為它會加速電池老化，最終影響續(xù)航里程?！?/p>

用于管理電力負(fù)載的連接解決方案

將 V2G 從概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實最終是一項數(shù)據(jù)驅(qū)動的任務(wù)，需要電動汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)之間的智能通信。對于電網(wǎng)運營商預(yù)測和調(diào)整電動汽車在不同時間、地點和場景所需的電力負(fù)載，先進(jìn)的連接解決方案和智能電能計量技術(shù)至關(guān)重要。無論是在車主為其電動汽車充電時向車主收費，還是在車主將電力回饋給電網(wǎng)時補(bǔ)償車主，都需要可靠且安全的實時通信。

與此同時，電動汽車車主需要有效且智能的人機(jī)界面 (HMI)，例如可以通過各種協(xié)議（WiFi、Bluetooth 或 Sub-1GHz）進(jìn)行連接的顯示屏和觸摸板。若要管理各種通信接口，同時確保充電期間的高質(zhì)量用戶體驗，則需要應(yīng)用處理器在單個芯片上處理多種功能。我們的 Sitara AM62 處理器作為中央決策者，負(fù)責(zé)管理人機(jī)和電動汽車到充電器接口的通信以及充電站和云之間的通信。借助此類處理器能夠使系統(tǒng)滿足 V2G 通信的全球標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，例如 ISO15118 即插即用和開放充電協(xié)議 (OCPP)。

像 AM62 這樣的處理器將使電網(wǎng)運營商能夠優(yōu)化電力負(fù)載管理，同時通過智能 HMI 通知電動汽車駕駛員有關(guān)充電或電力回饋的理想時間。由于隨著時間推移系統(tǒng)會收集更多 V2G 數(shù)據(jù)，具有邊緣 AI 處理能力的處理器還為在電網(wǎng)中實現(xiàn)更多智能功能鋪平了道路。

“我們可以將 AI 放在首位，在數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律，”TI Sitara 處理器產(chǎn)品線經(jīng)理 Artem Aginskiy表示，“它可以根據(jù)電網(wǎng)和充電器當(dāng)下的行為來預(yù)測未來的理想充電時間和地點。”

半導(dǎo)體技術(shù)可將 V2G 變?yōu)楝F(xiàn)實

諸如停電之類的事件更難預(yù)測，但當(dāng)家里的燈熄滅時，電動汽車用戶仍可受益于半導(dǎo)體技術(shù)的升級。借助支持 V2G 的連接創(chuàng)新，用戶還可以在停電期間使用汽車電池為他們的住宅供電。這種車輛到住宅 (V2H) 的解決方案將通過太陽能電池和電池儲存系統(tǒng)，補(bǔ)充住宅和電網(wǎng)之間的雙向充電，這可能會刺激可再生能源的采用。

建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施以推動汽車電氣化需要一些時間。但從技術(shù)的角度來看，這些要求全都已經(jīng)滿足。通過更高效的電力負(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)應(yīng)對汽車電氣化帶來的電力需求挑戰(zhàn)，”Henrik 表示，“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回饋到電網(wǎng)?！?/p>

熱衷于創(chuàng)造更美好的世界

幫助工程師將 V2G 能源儲存解決方案變?yōu)楝F(xiàn)實，只是我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本、讓世界更美好并以此實現(xiàn)公司愿景的方式之一。每一代的技術(shù)創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，其核心之處在于通過新技術(shù)將系統(tǒng)變得更小巧、更高效、更可靠和更經(jīng)濟(jì)實惠。這就是工程的進(jìn)步，也正是我們數(shù)十年來一直在堅持做的事。

審核編輯：湯梓紅