将电动汽车引入智能电网以实现稳定性和安全性

2018-03-21 12:02　出处：互联网　人气：　评论（）

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充电过程开始后，通信建立，允许车辆及其充电点交换控制和配置数据，访问权限，时间戳，资费信息，客户ID和位置以及仪表读数等信息。
汽车制造商可以通过尽可能轻松地使用PHEV和BEV来刺激市场的接受度。这包括使充电过程像充电一样简单和安全。标准化物理充电连接可以提供帮助，但目前国际标准IEC 62196-2中规定了三种类型。其中包括SAE（美国汽车工程师协会）J1772插头，该插头在北美被广泛使用，并被定义为IEC 62196-2中的1型插头。许多欧洲国家更喜欢使用IEC Type 2插头（有些国家要求使用或不使用IP防护等级），这种插头可以支持高达43.5 kW的充电功率，并且能够与欧洲三相交流电源一起工作以快速充电站，以及普通的单相电源。
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图4：由智能车辆充电站管理的端到端V2G通信。

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该参考设计实现了J1772充电接口的所有电气功能，如图2所示。其中包括用于从主AC线路产生±12 V DC和3.3 V逻辑电源的电源管理以及管理TPL7407L低端驱动器一个两级输出继电器。该设计还利用MSP430F6736的可中断通用输入/输出（GPIO）引脚，通过LM7321放大器连接到电流互感器，以防止潜在的危险接地故障。使用这个可中断的引脚可以使系统响应速度超过通过使用ADC监测电流互感器输出的可能性。
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通信基于1 kHz±12 V脉宽调制（PWM）导频信号。EVSE产生12V信号。当充电插头正确接合时，EV放置一个电阻负载，将电压降至9 V.然后，EVSE将应用PWM并调整占空比以指示其自身的输出电流额定值。这是车辆被允许绘制的最大充电电流。与此同时，EVSE关闭其输出继电器以启动充电。此时，EV对导频信号线施加较低的电阻，将电压降至6 V，作为正在进行充电的指示。图1显示了与各种EV充电状态相关的信号电压。状态D，当电压降至3 V时，表明有足够的通风可用于使用尽可能高的功率进行快速充电。
(责任编辑：ioter)

结论环境问题和反排放政府政策是促使电动汽车大幅度转向插电式电动车并大幅减少对内燃机依赖的驱动因素之一。从用户的角度来看，由于采用了标准化接口（如SAE J1772或IEC 61851-1），充电过程可以简单而安全。

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另一种方法是使用IEC 61850协议，该协议被设计用于支持变电站自动化系统之间的通信，用于管理可再生电力资源和消费者之间的能源流动等目的。已经提出了EV特定的扩展以实现与ISO / IEC 15118 V2G接口的交互，并且Fraunhofer嵌入式系统和通信技术研究所（Fraunhofer ESK）已经开发了使用ISO / IEC 15118和IEC 61850标准的参考系统 - 以及HPGP和IPv6 - 通过智能充电站进行V2G通信，能够支持增值服务。图4显示了这个参考设计如何提出ISO / IEC 15811和IEC 61850协议的组合来实现端到端的V2G通信。

德州仪器符合J1772标准的EV充电器功能图（点击放大）

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将电动汽车引入智能电网以实现稳定性和安全性

步骤2：将电动车辆插入智能电网根据J1772和IEC 61851-1等规范对充电接口进行标准化，使充电简单安全，可以大大促进电动汽车的使用。但是，随着日常使用这类车辆的数量增加，电网插入充电时的负载也会增加。另一方面，如果智能化地管理充电，PHEV / BEV可以支持有效的需求响应程序，以防止过高的峰值负荷，并且还可以用作剩余可再生能源的存储。图3说明了车辆和充电站之间可能发生的谈判类型，利用与电网管理系统的沟通来确定能源容量和价格。
智能充电是克服广泛使用插入式电动汽车对电网稳定性带来挑战的下一步需要。诸如ISO / IEC 15118，HPGP和IEC 61850等合适的通信协议已经可用于支持端到端的V2G通信，该协议可以帮助管理需求并平衡能量流，同时通过提供车辆用户增值服务。

为了实现这些类型的功能和服务，车辆和EVSE之间需要更复杂的通信。当车辆通过电缆充电时，ISO / IEC 15118工作组制定了车对电网（V2G）通信规范，利用电力线通信（PLC）标准。特别是，它选择了IEEE P1901.2 HomePlug Green PHY（HPGP）宽带PLC规范作为确保可靠通信和高数据速率的最佳协议。HPGP工作在2 MHz和30 MHz之间的频率，使系统能够区分连接的导频线上的有效数据与其他附近信源的噪声。
图5显示了ST2100软件架构。OK Linux技术支持虚拟化，通过允许多个应用程序或操作系统在同一个处理器上并排运行，可简化应用程序开发。例如，可以使用实时操作系统来托管延迟敏感功能，同时也可以从开源社区的资源中受益，以促进Linux应用程序的开发。

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此外，计费的智能管理使附加增值服务成为可能，例如应用基于云计算的机器学习算法来计算下一次旅程中最节能的路线并预测消耗。这两项功能都为业主提供价值，并帮助公用事业公司确保电网的稳定性和可用性。可提供的其他服务包括动态计费，以便EV主人在家中或其他位置（例如公共充电站，工作场所或朋友或家人的财产）收费时可以正确计费。

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此外，微控制器的Δ-Σ（ADC）ADC用于集成功率计量，利用现有的经过验证的单相住宅智能电表参考设计。

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图2：TI参考设计实现了符合J1772标准的EV充电器所需的所有功能。

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图5：ST2100软件架构

要充电的EV图形放置各种电阻负载