近日有報道稱，隨著純電動汽車的普及與V2G技術的不斷成熟、特斯拉有可能重返V2G戰場。國家發改委近期提出的《關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》中也有提到，鼓勵電動汽車提供儲能服務，并通過峰谷價差獲得收益。電動汽車V2G技術到底是什么？它又怎樣提供儲能服務？本文可給大家提供一些意見。

　　電動汽車入網（Vehicle to Grid，簡稱V2G）技術就是電動車輛的能量在受控狀態下實現與電網之間的雙向互動和交換，是智能電網技術的重要組成部分，應用V2G和智能電網技術,電動汽車電池的充放電被統一部署，根據既定的充放電策略,在滿足電動汽車用戶行駛需求的前提下，將剩余電能雙向可控回饋到電網。簡單來說V2G就是以電動汽車的動力電池作為電網中的分布式電源，實現電網儲能、支持智能電網工作的一種應用方式。

　　2. 1　雙向智能充放電裝置

　　雙向智能控制裝置作為V2G技術中的關鍵功率部件,用于實現電網與電動汽車間的能量雙向流動,可工作在充電模式和V2G模式:如果選擇充電工作模式,即只是對車輛進行充電操作,不將車輛電池能量回饋至電網;如果選擇V2G工作模式,裝置根據用戶在人機交互終端上選擇的車輛SOC上下限門限值,或裝置默認的SOC上下限門限值,將連接車輛可充放電的實時容量、受控時間等信息提供給后臺管理系統,后臺管理系統下發充放電控制指令,裝置根據車輛電池當前SOC進行充、放電操作,實現能量的雙向流動。下圖所示為雙向智能控制裝置主回路拓撲。

　　其拓撲特點如下:

　　(1) 采用三相全橋雙向PWM變換,能對電池進行充放電;

　　(2) 電網交流與電動汽車電池側采用隔離變壓器進行電氣隔離

　　(3) 同時隔離變壓器可進行交直流之間的電壓匹配;

　　(4) 交流側和直流側配置過載過流斷路器;

　　(5) 交流直流側均配置有預充電回路,啟動方式靈活;

　　(6) 采用一級變換器,拓撲簡單,可靠性高。

　　2. 2　人機交互終端

　　人機交互終端系統結構,主要由嵌入式控制器、觸摸顯示屏、射頻卡讀卡器、CAN通信卡、遠程監控通信擴展卡、微型打印機等部分組成。主要功能有:界面顯示、身份識別、EV2PCS控制模式、票據打印、數據管理和查詢、個性化參數設置、語言切換、以及用戶操作幫助和異常信息提示等。

　　2. 3　后臺管理系統

　　后臺管理系統包括充放電策略控制子系統和能量管理子系統;充放電策略控制子系統主要功能是根據能量管理系統提供的可充放電總容量、電價以及當前電網的實時負荷信息,采用適當的充放電策略算法,計算出電網實際允許的充電或放電容量,從而動態地實現車輛車載電池組與電網的雙向能量交換;能量管理子系統主要功能是實時監測車載電池組工作狀況、提供充放電策略基礎數據、為每臺EV2PCS提供充電或放電容量二次分配指令。

　　2. 4　車輛電池管理系統

　　電池管理系統(BMS)是對車輛電池性能和狀態了解最為全面的設備,將BMS和EV2PCS之間建立聯系,使充電裝置實時了解電池信息,改變自己的執行策略和輸入輸出電流,以保障車輛運行、電池安全和延長使用壽命。BMS主要功能包括:實現電池運行狀態的實時監控;電壓、電流、溫度、SOC等數據采集、顯示、傳輸;電池故障診斷、告警和安全保護;故障自檢和診斷;充放電均衡;與車輛控制系統和智能充放電充電裝置雙向通訊等。

　　2. 5　智能電表

　　智能電表作為作為V2G應用的重要技術組件,工作原理,主要功能包括雙向計量、雙向通信、事件記錄(記錄電表斷相、失壓、過壓、失流、電流不平衡、超功率、超需量、過壓、開蓋、逆相序等事件,記錄時鐘對時、記錄數據清零、參數設置、電表上下電等事件)等。

　　用戶首先插入IC卡, UT終端通過射頻卡讀卡器讀取用戶信息,在人機操作界面上顯示卡上剩余電量和上次消費記錄情況,待用戶設置工作模式及其相關信息后,提示用戶正確連接充電插頭,并確認啟動充電模式或V2G模式。

　　工作模式確定好后,UT將與EV2PCS確認充放電接口是否正確連接,確認后發送控制信號給EV2PCS,啟動充電裝置EV2PCS的工作為待機狀態,等待后臺控制指令。

　　EV2PCS按用戶選擇的運行模式執行后臺充放電指令,在運行過程中,UT定時獲取電表數據、電池組數據并進行計費以及保存數據。當達到用戶設置的參數或用戶自行終止時,發送停止指令給EV2PCS,控制EV2PCS斷電,在人機操作界面上提示用戶充放電完畢,用戶拔下插頭后,可以進行打印票據操作。

　　電動車輛作為既有的分布式移動儲能單元,通過智能電網技術,對車輛充放電進行長期、成功管理,V2G技術將在智能電網中得到廣泛應用。

　　4.1　負荷轉移

　　雖然電價是固定的，但短期內發電成本卻是邊際成本遞增的(原因不在此處展開)。因此，電網希望全社會的用電需求是穩定的，最好是常數?？赡挠羞@么好的事情啊，夏天開空調、春秋不開空調，這是季節波動;下班回家看電視做飯加充電用電多，12點后關燈睡覺用電少，這是日內波動。

　　減少波動無非就是兩種措施：高峰時盡量少用電、甚至給電網充電(削峰)，低谷時鼓勵用電(填谷)，特別是那些具備儲能功能的電器。這在電網叫需求側管理(DSM, demand side managemand)。需求側管理在研究領域很火，但一直很難辦，因為一般家庭里都沒有儲能功能的電器。如果一個城市10%的汽車換成電動汽車，而且這些車都是晚上8點充電的話，有可能使峰值負荷增加20%!(如下圖所示)對電網的沖擊，意味著需要更大的發電固定資產投資，這時常也是電動汽車反對派常用的論據，電動汽車可能會造成電網癱瘓。

　　如果V2G的負荷轉移得當，從上圖的藍色區域移到黃色區域，問題即可解決。更理想的狀態，在晚上8點不僅不用電，還給電網充電，這樣就減少了峰值負荷，減少了大量的發電固定資產投資，不是很好嗎?當然，這個很困難，面臨很多難以逾越的難題，比如鋰電池壽命，比如并電入網。

　　4.2　負荷調節

　　電網并不存在超大的UPS，而是電網繃緊神經跟隨我們的用電需求。晚上8點到了，用電高峰來了，電網就開啟更多的機組，加大發電功率，跟上用電需求；晚上12點到了，大家都睡了，用電低谷來了，電網就關閉機組，降低功率，跟上用電需求。這個過程就可以簡單地理解為負荷調節。如果跟不上頻率會波動，再嚴重點，進而就是停電，從小范圍停電到大范圍停電。并且值得提出的是，不僅發電少于需求會停電，發電多于需求也會停電，這也就是為什么電網不希望我們私自發電并網。因為現在電網只有供給側管理，這種私自的發電并網會危害負荷調節，嚴重時還會造成事故。

　　4.3　旋轉備用

　　為應對潛在的事故，電網還準備了很多備用機組來應對緊急情況。這些備用機組雖然功率不大，但由于對響應時間要求苛刻(小于1分鐘)，所以成本也是蠻高的。這些旋轉備用機組有可能一年也用不上一次，但也必須得備著。

　　這時，電動汽車的鋰電池就是一個完美的旋轉備用機組，響應時間以微秒計。假如一個城市幾十萬輛電動汽車在連入電網時，可以為電網所控制，為電網所用，那旋轉備用機組的投資就可以節省了。電動汽車也很開心，旋轉備用一年也用不了一次，只需要承諾每天晚上回家插上電就能收旋轉備用租金。當公共供電系統受損無法正常提供電力時，可以使用動力電池中的備用電力向家庭供電，以維持家庭的正常用電。

　　設想的V2G可能的應用模式和應用場景有:

　　(1) 居民小區(V2H,Vehicle to Home) ;

　　(2) 辦公樓宇(V2B,Vehicle to Bulding) ;

　　(3) 大型專用停車場;

　　(4) 超市、大賣場或購物中心;

　　(5) 政府、學校辦公樓;

　　(6) 利用清潔能源對車輛充電等。

　　4.4　穩定新能源并網

　　除了上述的負荷轉移、負荷調節與旋轉備用之外，還要再補充一點。這些年風頭正勁的風力發電、太陽能發電，電網并不太喜歡。為什么呢?因為傳統的供給側管理中，發電量是可控的。而風電、光電波動太厲害。

　　既然國家要鼓勵風電光電，電網也只好建儲能電站，用大規模電池組成的“電容”把光電、風電的波動給濾掉。但這成本太高。如果真的有大量電動汽車接入電網，把這部分成本省下分給電動汽車一部分，就可實現共贏互利。

　　就這樣電動汽車產業與光伏產業，兩大風光無限但發展受阻的國家戰略產業，看似風馬牛不相及，但一結合就互相解決了對方的難題。

　　以上都是V2G技術的理想應用情況，對電網而言利益是巨大的，對電動汽車來說也有一定的獲利方式，雙方可達到互利。

（本文北極星儲能網獨家整理，內容及圖片來源自知乎作者張抗抗、及論文《電動汽車入網技術(V2G)在智能電網中的應用》）