半導(dǎo)體技術(shù)夯實(shí)V2G基礎(chǔ)，雙向充電商業(yè)化進(jìn)程加速

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著電網(wǎng)老化，世界各地面臨著前所未有的供電挑戰(zhàn)，而且隨著汽車電氣化程度越來越高，越來越普及，電網(wǎng)壓力也進(jìn)一步加劇。但是，如果電動(dòng)汽車可以將電力重新投入電網(wǎng)，那么就會(huì)減輕不少電力系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

V2G，從理論到實(shí)用

這一概念被稱為V2G，Vehicle to Grid，一項(xiàng)主動(dòng)配電關(guān)鍵技術(shù)，指電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的雙向送電，核心在于利用大量電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能能源作為電網(wǎng)和可再生能源的緩沖。借助半導(dǎo)體技術(shù)，V2G雙向充電可以在電力高峰需求期間提供電池電力以加固電網(wǎng)，并在電力昂貴或缺電時(shí)進(jìn)行家用供電。V2G雙向充電的應(yīng)用將大大釋放電動(dòng)汽車的能量。

V2G的概念是由Amory Lovins在1995年提出的，但當(dāng)時(shí)受技術(shù)條件限制可行性不大，只是一個(gè)理論上的概念。近年來由于混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的廣泛使用以及電池技術(shù)的進(jìn)步，V2G越來越受到人們關(guān)注。

關(guān)于V2G的可行性評估，國際上有著大量專業(yè)的分析，利用電動(dòng)汽車電池作為電網(wǎng)儲(chǔ)能源是可行的，不論是從工程上還是從經(jīng)濟(jì)上，V2G的效益都足夠引人注目。但是，這需要將電動(dòng)汽車與電網(wǎng)智能地結(jié)合起來，必須對電動(dòng)汽車的充放電過程進(jìn)行合理的、智能化的管理，才能使其為電網(wǎng)更好地服務(wù)。否則沒有基礎(chǔ)設(shè)施支持的V2G，電動(dòng)汽車作為日常負(fù)載也只會(huì)增加電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。

V2G智能電力系統(tǒng)建設(shè)提上日程

電力系統(tǒng)一直是國家基礎(chǔ)建設(shè)中的重點(diǎn)，9月26日，在國家發(fā)改委重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)新聞發(fā)布會(huì)上，國家能源局規(guī)劃司副司長宋雯表示，要加大新型電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，其中就包括優(yōu)化充電基礎(chǔ)設(shè)施布局，推動(dòng)新能源汽車與電力系統(tǒng)融合發(fā)展，鼓勵(lì)開展有序充電、電動(dòng)汽車向電網(wǎng)送電（V2G）等技術(shù)應(yīng)用示范。

綜合兩年國內(nèi)出臺(tái)的有關(guān)文件，國內(nèi)V2G發(fā)展計(jì)劃推廣路線很清晰，2020年之前，開展小批量多批次的V2G試驗(yàn)驗(yàn)證，主要任務(wù)是驗(yàn)證多輛電動(dòng)汽車與電網(wǎng)雙向充電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多輛電動(dòng)汽車的相互充電放電。2020年至2025年，開展規(guī)?；妱?dòng)汽車與電網(wǎng)V2G雙向充電的示范運(yùn)行。2026年之后逐步商業(yè)化推廣。

從實(shí)際應(yīng)用來看，V2G也的確體現(xiàn)了它的作用。今年4月份，大灣區(qū)首次利用網(wǎng)地一體虛擬電廠實(shí)行精準(zhǔn)削峰，深圳供電局調(diào)度臺(tái)向一座V2G充電站發(fā)送“削減20千瓦電力負(fù)荷”指令，后者在1分鐘內(nèi)將充電功率降為零，進(jìn)一步將車載電能返送回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)的迅速調(diào)節(jié)。

V2G一旦實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，不論是對消費(fèi)者、汽車企業(yè)還是電力企業(yè)以及充電設(shè)施企業(yè)都是利好的。

V2G市場與挑戰(zhàn)

據(jù)歐洲儲(chǔ)能協(xié)會(huì)發(fā)布的《歐洲2030及2050儲(chǔ)能目標(biāo)研究報(bào)告》顯示，到2030年，歐洲國家總儲(chǔ)能需求預(yù)計(jì)至少為187GW，其中，V2G儲(chǔ)能為33GW，占比約為17.6%。

我國V2G市場同樣潛力巨大，據(jù)光大證券預(yù)測，2025年V2G市場空間將達(dá)到333億元，到2030年市場空間將超過千億，達(dá)到1052億元。

從全球V2G的發(fā)展來看，國內(nèi)V2G發(fā)展稍顯遲緩。歐美日本等國家和地區(qū)已開展了近百項(xiàng)V2G項(xiàng)目，包括技術(shù)驗(yàn)證、示范推廣、商業(yè)化運(yùn)行等不同類型。去年大眾汽車就表示從2022年起對出自集團(tuán)MEB平臺(tái)的所有純電動(dòng)車型推出V2G雙向充電技術(shù)；日產(chǎn)聆風(fēng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了V2G雙向充電功能；特斯拉也在考慮讓V2G雙向充電功能回歸旗下主力車型Model 3和Model Y。

國內(nèi)V2G相關(guān)推廣相比之下就慢一些，但也在加緊布局，近兩年頒布的多項(xiàng)政策加速了V2G技術(shù)在國內(nèi)市場的發(fā)展。國內(nèi)也有一些車企開始推進(jìn)V2G技術(shù)落地，如威馬汽車聯(lián)合國網(wǎng)，完成了全項(xiàng)V2G的車、樁實(shí)測及道路測試，率先進(jìn)入技術(shù)落地應(yīng)用；比亞迪也將陸續(xù)推出V2G電動(dòng)車。

愿景是好的，但是國內(nèi)V2G想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很長的路要走，僅從硬件條件來說，電池壽命提升、現(xiàn)有充電樁的改造、智能電網(wǎng)建設(shè)不成熟等等客觀條件都制約了V2G的推廣和應(yīng)用。尤其是V2G對電池的影響，電動(dòng)車使用V2G，肯定會(huì)多出很多循環(huán)次數(shù)，這種多循環(huán)次數(shù)肯定會(huì)對電池性能產(chǎn)生影響，如何優(yōu)化電池來減緩電池的衰減是非常有挑戰(zhàn)的。

半導(dǎo)體技術(shù)加持V2G

如何解決車用逆變器、車載動(dòng)力電池、充電樁，電網(wǎng)建設(shè)上的技術(shù)難題是V2G實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的必經(jīng)之路。如何利用半導(dǎo)體技術(shù)讓V2G雙向充電消除電容峰值、提升電池在多循環(huán)下的性能是V2G發(fā)展中關(guān)鍵的一環(huán)。

能夠?qū)崿F(xiàn)V2G雙向充電的半導(dǎo)體技術(shù)可以將電動(dòng)汽車及其電池轉(zhuǎn)化為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，在需要時(shí)將電力返回電網(wǎng)。這些技術(shù)，包括了寬禁帶電源管理、優(yōu)秀的傳感和連接技術(shù)，通過優(yōu)化電力負(fù)荷管理來確保電網(wǎng)更加可靠、智能和安全，為V2G技術(shù)的商業(yè)化鋪平道路。

實(shí)現(xiàn)更高效的V2G，肯定少不了寬禁帶技術(shù)。在后摩爾時(shí)代，寬禁帶半導(dǎo)體材料有著天生的優(yōu)勢，如GaN，它是提高效率、增加電動(dòng)汽車行駛里程和壽命的關(guān)鍵。GaN能有效地提高電動(dòng)汽車車載充電器、電動(dòng)汽車充電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用中的電源或電源管理系統(tǒng)的功率密度。另一方面，這也能減小車載充電器、充電樁的體積，在靈活度上大大提升。

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基于GaN的V2G圖騰柱PFC，VisIC

上圖是VisIC基于自家650V，100A GaN功率芯片的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)8kW/L以上的功率密度，效率超過98%，滿足V2G和G2V的雙向功率流動(dòng)要求。

精準(zhǔn)的測量技術(shù)或者說傳感技術(shù)同樣能大大提升V2G效率，這同時(shí)也是保障設(shè)備安全的核心。在電動(dòng)汽車和電網(wǎng)之間移動(dòng)能源時(shí)，為了在電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電壓和電流控制回路，MCU需要隔離、快速和準(zhǔn)確的電壓和電流讀數(shù)。其中少不了放大器和ADC的組合來實(shí)現(xiàn)高分辨率測量。

通過傳感技術(shù)對電池的電壓、電流、溫度和其他性能指標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，有助于對電動(dòng)汽車，對充電設(shè)備里的能源進(jìn)行更好的管理。這也是防止電池加速老化的有效手段，在V2G的多充電循環(huán)應(yīng)用里，必須通過精準(zhǔn)的傳感隨時(shí)監(jiān)測且預(yù)測電池的老化情況。

另外，V2G雙向充電需要數(shù)據(jù)在電動(dòng)汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)之間的智能通信，對處理器的功能要求肯定也不會(huì)少。處理器需要在充電器接口和充電站與云之間的通信方面扮演決策者的角色，優(yōu)化電力負(fù)荷管理。各種通信接口協(xié)議的管理功能自然不用說，現(xiàn)在AI功能也開始出現(xiàn)在V2G的處理器中。

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V2G應(yīng)用處理器，TI

從技術(shù)層面來看，V2G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的半導(dǎo)體技術(shù)、半導(dǎo)體部件為V2G技術(shù)應(yīng)用打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用先進(jìn)的導(dǎo)體技術(shù)消除電池壽命損耗問題、研發(fā)更適合V2G的逆變器技術(shù)、提升充電設(shè)備效率、解決整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的控制管理問題，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車V2G商業(yè)化的前提。

寫在最后

從整個(gè)新能源結(jié)構(gòu)、布局以及發(fā)展來看，V2G的商業(yè)化很有價(jià)值，它不僅降低了電動(dòng)汽車用電成本，還對發(fā)展新能源、助力實(shí)現(xiàn)碳中和起到了實(shí)際作用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)在V2G各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)設(shè)備中的深入應(yīng)用，解決從車到樁到網(wǎng)每個(gè)環(huán)節(jié)的問題，政策扶持下V2G的商業(yè)化進(jìn)程會(huì)顯著加快。