电动汽车充电的未来技术方向是双向，但问题要比答案多

第34届世界电动车大会征文专区

第34届世界电动车大会暨展览会（EVS34）征文通知

燃料电池│第34届世界电动车大会专题征文

储能前沿交叉│第34届世界电动车大会专题征文

电动汽车的电磁兼容│第34届世界电动车大会专题征文

电机系统故障预测和健康管理│第34届世界电动车大会专题征文

有序充电与车网互动│第34届世界电动车大会专题征文

制氢-储氢-加氢技术│第34届世界电动车大会专题征文

论文征集|电动智能载运工具国际学术会议（ICEIV2021）

征文通知│2021国际无线电能传输技术会议(ICWPT)

随着电动汽车的日益普及，公用事业正在为未来做准备，因为它们的价值将远远超过交通。有关专家表示，在未来几年之内汽车可能为房屋供电，参与能源市场交易并帮助企业降低电费。

美国落基山研究所（RMI）估计，若要使在美国道路上行驶的所有车辆，大约2.51亿辆轿车电气化，那将使年度电力需求增加约25％，且其中还不包括货运和公共交通等中型和重型车辆等。

向全电动化过渡可能还需要数10年的时间，但随着越来越多的电动汽车上路，关于公用事业如何管理其充电需求的问题越来越多。随着需求的增加，电动汽车越来越被视为潜在的电网资产，对电网管理的意义也愈加重大。将充电需求与更高的可再生能源产量和更低的电网压力相结合，可以帮助减少运输中的碳排放并提高电力系统的运行效率。

通过使用时间率和需求响应程序进行的有偿收费，被称为车辆-电网整合，已经成为公用事业的主题。这种管理电动汽车充电需求的方法（主要依赖于单向潮流，来调整充电器从电网提取能量的方式和时间）有时被称为1级集成（V1G）。但是，也有使用电动汽车电池中的能量来为其他负载提供服务，即所谓的“车辆到电网（V2G）”功能。

目前越来越多的共识是，未来将会有数以百万计的汽车电池将为建筑物和微电网供电，并将能量回馈到大功率电源系统中。尽管这些功能在欧洲和亚洲的部分地区得到了应用，但有专家表示，美国距离V2G的广泛使用还有数年之遥。包括北卡罗来纳州的杜克能源在内，有一些公用事业公司推出了试验计划来测试这些功能，但是仍然存在技术、安全和工程方面的问题，商业案例也需要进一步研究。

Fermata Energ是该领域的关键参与者，其首席执行官兼创始人David Slutzky表示，双向充电可以加速电动汽车的普及并加速可再生能源的使用。2020年该公司的双向充电系统率先通过了新的北美安全标准UL 9741（双向电动车充电系统设备标准）的认证， 这使该系统成为首个满足北美双向EV充电器标准的商用充电器。

David Slutzky指出，电动汽车有许多可以使第三方和客户受益的价值流，V2G所做的就是解放这些价值流，这些价值可能包括弹性、需求收费管理、伏特/无功优化、频率调节等。据了解，Fermata Energ的充电器起初只有几十个，去年秋天开始向试点合作伙伴发货。

非营利组织Clean Energy Works的创始人Holmes Hummel表示，对于双向充电，Fermata Energ的UL安全认证是一个分水岭，该公司致力于加速该行业的融资，这是抢占优势的开始。

RMI的Chris Nelder表示，双向充电的业务案例很可能始于将它们与建筑物（V2B）连接，而不是电网。在V2G真正成为商业现实之前，希望有各种各样的V2B解决方案，其中汽车可以用作建筑物的备用电池，但这还涉及很多技术问题。

根据David Slutzky所说，在解决了技术问题之后，双向充电的潜在价值是巨大的。例如，与25 kW双向充电器相连的日产LEAF，可以帮助一些商业客户大幅降低需求费用。如果每月使用该车辆两到三次，则每辆汽车每年可节省9000美元。

Holmes Hummel表示，大多数人对V2G的理解仅局限到高峰需求管理，但这很可能低估了它们的潜力。加利福尼亚州联合机构工作组曾发布了一份关于汽车-电网集成的报告，发现了320种不同的集成案例，到2022年被认为应该能够提供价值。该报告对V2G应用的范围进行了评估，并量化了V2G潜在的利益。

但是根据Chris Nelder的说法，车辆-电网集成中的大多数价值在于托管充电，而不是V2G应用。他们认为绝大部分场景是管理充电以提供电网服务，而不是将车辆的电能回馈给建筑物或电网。

Roanoke Electric Cooperative已购买了一套Fermata Energ的充电系统，并与Clean Energy Works合作，以单个日产LEAF测试多个用于双向充电的业务案例。Fermata Energ还向丹佛市发送了双向充电器，它将在一个小型试点中应用，这是一个非营利活动和协作工作空间。Fermata Energ还与Nissan达成了协议，将使用LEAF测试这些应用。在开发新充电器之前，该公司正在尝试在批发市场提供服务。

2016年，Fermata Energ在三个不同的地方连接了4台日产LEAF电动汽车和30 kW双向充电器，并使用它们参与了PJM频率调节市场。这些车辆在白天正常行驶，在晚上将进入频率调节市场。他们汇总了这4辆车的数据，并对PJM的信号做出了约97％的响应。

使用电动汽车为住宅供电的想法很有吸引力，但是专家表示，这不太可能成为第一个使用V2G功能的领域。校车更有可能是第一个，因为它有容量更大的电池，可长时间闲置。Holmes Hummel表示，仅需5辆电动校车即可提供约1 MW·h的车载存储，且校车的占空比很低，一天仅运行几个小时。公用事业公司预计其服务范围内的前1万辆电动汽车每年行驶1亿英里，而90％的时间是停泊状态。

Duke Energy最近获得了北卡罗来纳州公用事业一项耗资2500万美元的电动汽车试点项目，包括安装并拥有280个充电站、电动校车计划，以及V2G应用潜力的研究。该计划将从小规模的30辆巴士开始，以更多地了解其在实践中的工作方式。据称，Duke Energy一直在研究的校车具有大约50~100 kW的潜在双向功率容量，每辆校车可承载约100~150 kW·h的能量。

Duke Energy电气化战略总监Lang Reynolds表示，Duke Energy不打算在头一年或两年内对公交车进行任何双向调度，而是研究其充电需求。“我们将非常仔细地观察研究这个过程，并在很长一段时间内不做任何事情以影响其正常运行。当开始时，我们只是进行测试，以确保可以按公交车制造商和充电器要求的功率水平进行分配。我们感兴趣的是很多潜在的未来案例，包括对客户的需求收费管理和为恢复供电提供的备用电源等。”

Lang Reynolds说，Duke Energy还将允许电动汽车的电池在退役后，能继续在电力公司重新用作固定储能。Duke Energy的服务范围内有数万辆公共汽车，如果它们都是电动的，那将是一个重要的资源，但真正的问题是如何将其转化为现实。目前在这一点上，问题要比答案多。