智能充电和电池技术助力电动汽车

电动汽车将改变能源和自动化市场，促进对智慧城市的重大投资。这些变化与向更清洁、更分散和数字化环境的演变相吻合。电动汽车 (EV) 充电可能会对电网造成局部限制和稳定性问题，并降低电气化的环境效益。支持电动汽车的投资和基础设施将从一个地方到另一个地方发生重大变化。

该基础设施的目标是分配能源——结合微电网和智能建筑等电网边缘技术——并将其整合到智能电网中，以充分利用电动汽车的灵活性，同时保持能源系统的稳定性。

电池市场将使电动汽车效率更加便捷，智能充电服务将降低成本。数字化将有助于简化和改善客户体验——支持高效的基础设施管理，以及支持共享移动性等新服务。充电站将获得成为智慧城市服务中心的权利。

电动汽车电池

需要考虑的主要因素之一是电池的容量和效率。车辆的性能，最重要的是，它的自主性取决于它们。衡量效率的参数由每公里使用的能量给出，通常以 kWh/100 km 或 km/kWh 表示。另一方面，电池的容量表示它可以容纳的能量，等于传统汽车油箱中的全部燃料。它的价值和消耗之间的关系表明了车辆的平均理论自主性（图 1）。

 

图 1：对于七种不同的效率值（英里/千瓦时），以英里表示的自主性随电池容量（千瓦时）而变化（来源：InsideEVs）。

相同尺寸单元的电池容量增加是主要市场参与者关注的焦点，他们希望在不大幅修改车辆的情况下宣布更大的自主权。彭博社的一项研究基于对 50 家汽车行业和蓄电池公司的调查，指出 2010 年锂电池的价格远高于每千瓦时 1,000 美元，到 2025 年将达到每千瓦时 100 美元（图 2）。现在，与采用镍金属氢化物 (Ni-MH) 技术的电池相比，锂离子电池可保证在更长的时间内（平均 8 年）保持 80% 的效率。

 

图 2：电动汽车中的电池。（来源：日产）

智能充电

电池是电动汽车运行的主要挑战。几项研究通过强调电池和智能充电如何成为减少能源部门排放从而提高效率的关键来解决这个问题。主要问题是电动汽车同时充电，因为这是一个电力和网络问题。对于电动汽车来说，电池仍然是一个难以解决的问题，因为工程师们试图开发一种方法来延长电池的使用寿命并以最佳方式管理其末端（图 3）。

 

图 3：电动汽车的组件。

“大型电动汽车可以提供充足的电力存储容量，但如果所有用户都在早上或晚上同时给汽车充电，那么电网就会受到压力，”创新中心主任 Dolf Gielen 解释说。 IRENA 技术。“因此，充电时间至关重要。”

电动汽车的自主性不仅取决于安装的电池容量，还受到其运行环境温度、车载辅助服务消耗以及驾驶员驾驶类型的影响。

一种先进的智能充电方法是车辆到电网 (V2G)，已经在英国、荷兰和丹麦进行了测试；该技术允许专栏与网络“对话”，使用与其连接的汽车电池，就像存储系统一样。

借助 V2G 应用，电动汽车理想地成为大型移动电池，由双向生产和管理的可再生能源供电。根据需求，可用能源从房屋转移到汽车或网络，为提供能源的人带来经济回报。在这些未来的智能电网中，汽车也将成为清洁能源价值链中必不可少的一环。

V2G 的应用还带来了其他优势：除了减少污染和间接环保外，对运营商和车主都有经济优势。存储在电池中的能量可用于满足部分本地能源需求——降低负载曲线的峰值。这减少了发电厂的压力，减少了配电系统中的能量，从而减少了损失。因此，峰值的降低允许在最大负载期间降低电力成本。V2G 发展的关键方面之一是为与智能电网的通信创建和传播稳定、标准的超时。电动汽车必须与电气系统完美结合，

各种研究已经调查了车辆和网络管理系统之间通信的适当标准。各种项目已经研究了使用 IEC 62056 DLMS/COSEM 的机会，利用协议的技术方面将信息转发到智能网络管理系统 - 例如负载平衡控制器。

另一种方法是使用 IEC 61850 协议来支持变电站自动化系统之间的通信，以实现可再生能源之间的能量流管理等目的。已经提出了一个特定的扩展，以允许与各种 V2G ISO/IEC 15118 接口进行交互。图 4 显示了该参考项目如何提出 ISO/IEC 15811 和 IEC 61850 协议的组合来实现端到端 V2G 通信。

 

图 4：使用 V2G 通信的车辆充电站。（来源：弗劳恩霍夫）

STMicroelectronics 的 ST2100 STreamPlug 集成了一个可配置的 Arm9 内核，能够支持多个 HomePlug AV 或 HPGP 端口。该器件旨在为各种智能用例（如电动汽车充电）提供单芯片解决方案。Arm 内核提供了足够的处理能力来托管智能充电应用程序和协议栈，例如 IEC 61850 或 DLMS/COSEM，建议用于与智能网络管理系统进行通信（图 5）。

 

图 5：ST2100 的框图。（来源：意法半导体）

电动汽车场景涵盖了许多技术。目前，市场正在将其资源用于支持网络容量的基础设施，而不是增加整体电力生产。使用光伏能源作为能量收集来为电池供电的汽车提供动力有助于使汽车旅行更加实惠。电动汽车为新产品和服务创造了机会，包括车辆的维护和运营、充电站的安装、运营、维护和服务，以及能源管理的软件解决方案。

　　审核编辑：汤梓红