電動汽車將改變能源和自動化市場，促進(jìn)對智慧城市的重大投資。這些變化與向更清潔、更分散和數(shù)字化環(huán)境的演變相吻合。電動汽車 (EV) 充電可能會對電網(wǎng)造成局部限制和穩(wěn)定性問題，并降低電氣化的環(huán)境效益。支持電動汽車的投資和基礎(chǔ)設(shè)施將從一個地方到另一個地方發(fā)生重大變化。

該基礎(chǔ)設(shè)施的目標(biāo)是分配能源——結(jié)合微電網(wǎng)和智能建筑等電網(wǎng)邊緣技術(shù)——并將其整合到智能電網(wǎng)中，以充分利用電動汽車的靈活性，同時保持能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

電池市場將使電動汽車效率更加便捷，智能充電服務(wù)將降低成本。數(shù)字化將有助于簡化和改善客戶體驗——支持高效的基礎(chǔ)設(shè)施管理，以及支持共享移動性等新服務(wù)。充電站將獲得成為智慧城市服務(wù)中心的權(quán)利。

電動汽車電池

需要考慮的主要因素之一是電池的容量和效率。車輛的性能，最重要的是，它的自主性取決于它們。衡量效率的參數(shù)由每公里使用的能量給出，通常以 kWh/100 km 或 km/kWh 表示。另一方面，電池的容量表示它可以容納的能量，等于傳統(tǒng)汽車油箱中的全部燃料。它的價值和消耗之間的關(guān)系表明了車輛的平均理論自主性（圖 1）。

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圖 1：對于七種不同的效率值（英里/千瓦時），以英里表示的自主性隨電池容量（千瓦時）而變化（來源：InsideEVs）。

相同尺寸單元的電池容量增加是主要市場參與者關(guān)注的焦點，他們希望在不大幅修改車輛的情況下宣布更大的自主權(quán)。彭博社的一項研究基于對 50 家汽車行業(yè)和蓄電池公司的調(diào)查，指出 2010 年鋰電池的價格遠(yuǎn)高于每千瓦時 1,000 美元，到 2025 年將達(dá)到每千瓦時 100 美元（圖 2）?，F(xiàn)在，與采用鎳金屬氫化物 (Ni-MH) 技術(shù)的電池相比，鋰離子電池可保證在更長的時間內(nèi)（平均 8 年）保持 80% 的效率。

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圖 2：電動汽車中的電池。（來源：日產(chǎn)）

智能充電

電池是電動汽車運(yùn)行的主要挑戰(zhàn)。幾項研究通過強(qiáng)調(diào)電池和智能充電如何成為減少能源部門排放從而提高效率的關(guān)鍵來解決這個問題。主要問題是電動汽車同時充電，因為這是一個電力和網(wǎng)絡(luò)問題。對于電動汽車來說，電池仍然是一個難以解決的問題，因為工程師們試圖開發(fā)一種方法來延長電池的使用壽命并以最佳方式管理其末端（圖 3）。

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圖 3：電動汽車的組件。

“大型電動汽車可以提供充足的電力存儲容量，但如果所有用戶都在早上或晚上同時給汽車充電，那么電網(wǎng)就會受到壓力，”創(chuàng)新中心主任 Dolf Gielen 解釋說。 IRENA 技術(shù)?！耙虼耍潆姇r間至關(guān)重要。”

電動汽車的自主性不僅取決于安裝的電池容量，還受到其運(yùn)行環(huán)境溫度、車載輔助服務(wù)消耗以及駕駛員駕駛類型的影響。

一種先進(jìn)的智能充電方法是車輛到電網(wǎng) (V2G)，已經(jīng)在英國、荷蘭和丹麥進(jìn)行了測試；該技術(shù)允許專欄與網(wǎng)絡(luò)“對話”，使用與其連接的汽車電池，就像存儲系統(tǒng)一樣。

借助 V2G 應(yīng)用，電動汽車?yán)硐氲爻蔀榇笮鸵苿与姵?，由雙向生產(chǎn)和管理的可再生能源供電。根據(jù)需求，可用能源從房屋轉(zhuǎn)移到汽車或網(wǎng)絡(luò)，為提供能源的人帶來經(jīng)濟(jì)回報。在這些未來的智能電網(wǎng)中，汽車也將成為清潔能源價值鏈中必不可少的一環(huán)。

V2G 的應(yīng)用還帶來了其他優(yōu)勢：除了減少污染和間接環(huán)保外，對運(yùn)營商和車主都有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。存儲在電池中的能量可用于滿足部分本地能源需求——降低負(fù)載曲線的峰值。這減少了發(fā)電廠的壓力，減少了配電系統(tǒng)中的能量，從而減少了損失。因此，峰值的降低允許在最大負(fù)載期間降低電力成本。V2G 發(fā)展的關(guān)鍵方面之一是為與智能電網(wǎng)的通信創(chuàng)建和傳播穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的超時。電動汽車必須與電氣系統(tǒng)完美結(jié)合，

各種研究已經(jīng)調(diào)查了車輛和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間通信的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。各種項目已經(jīng)研究了使用 IEC 62056 DLMS/COSEM 的機(jī)會，利用協(xié)議的技術(shù)方面將信息轉(zhuǎn)發(fā)到智能網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) - 例如負(fù)載平衡控制器。

另一種方法是使用 IEC 61850 協(xié)議來支持變電站自動化系統(tǒng)之間的通信，以實現(xiàn)可再生能源之間的能量流管理等目的。已經(jīng)提出了一個特定的擴(kuò)展，以允許與各種 V2G ISO/IEC 15118 接口進(jìn)行交互。圖 4 顯示了該參考項目如何提出 ISO/IEC 15811 和 IEC 61850 協(xié)議的組合來實現(xiàn)端到端 V2G 通信。

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圖 4：使用 V2G 通信的車輛充電站。（來源：弗勞恩霍夫）

STMicroelectronics 的 ST2100 STreamPlug 集成了一個可配置的 Arm9 內(nèi)核，能夠支持多個 HomePlug AV 或 HPGP 端口。該器件旨在為各種智能用例（如電動汽車充電）提供單芯片解決方案。Arm 內(nèi)核提供了足夠的處理能力來托管智能充電應(yīng)用程序和協(xié)議棧，例如 IEC 61850 或 DLMS/COSEM，建議用于與智能網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信（圖 5）。

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圖 5：ST2100 的框圖。（來源：意法半導(dǎo)體）

電動汽車場景涵蓋了許多技術(shù)。目前，市場正在將其資源用于支持網(wǎng)絡(luò)容量的基礎(chǔ)設(shè)施，而不是增加整體電力生產(chǎn)。使用光伏能源作為能量收集來為電池供電的汽車提供動力有助于使汽車旅行更加實惠。電動汽車為新產(chǎn)品和服務(wù)創(chuàng)造了機(jī)會，包括車輛的維護(hù)和運(yùn)營、充電站的安裝、運(yùn)營、維護(hù)和服務(wù)，以及能源管理的軟件解決方案。