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一旦汽车的能量可以转换成电能,这一功能就可以使汽车在非常时期如停电时作为家用电源。
自日本东部大地震以来,日本实施的计划停电政策导致台风和风暴等自然灾害造成的停电增加。日产汽车公司指出,“消费者对v2h的实际需求正在增加。”
目标是提高电动汽车的附加值
目前,日产、本田和丰田是致力于v2h功能研发的主要汽车制造商。日产已经开始实际应用,而本田和丰田正处于应用测试阶段。虽然其功能是降低峰值功耗和作为应急电源,但不同的汽车制造商在系统结构、输出功率和供电能力方面有所不同。
图1显示了v2h的基本结构。通过使用电力转换装置(pcs)将直流电转换成交流电,向家庭供电。不同的汽车制造商有不同的电脑配置和汽车功率输出模式。
目前,日本已经拥有多种家用发电设备,如太阳能发电、家用电池、家用燃料电池和天然气发电。汽车制造商在电动汽车上增加v2h功能后,一些制造商旨在简化现有的家用发电系统,一些制造商将现有系统结合起来,使使用模式更加灵活多样。
虽然电动汽车有很多选择,如ev(电动汽车)和phv(外充电混合动力电动汽车),但从实际销售的角度来看,除了混合动力电动汽车(hv)之外,其他类型目前都面临着市场推广不足的问题。
丰田和本田预计将于2015年发布的fcv(氢燃料电池汽车)氢补充站的建设也需要更长时间来推广。然而,各厂商仍希望通过v2h的实际应用,在一定程度上提高电动汽车的附加值,从而推动电动汽车的进一步普及。
日产将节约成本作为其首要任务
日产生产的世界上第一个v2h系统——“电动汽车发电站”(nichicon制造),迄今已售出约2000辆。该装置最多可将电动汽车“聆风”车载锂电池的6kw电能转换为家用。
图2显示了日产的v2h系统。它采用了日本动力公司生产的动力转换装置——“电动汽车电站”该装置可以从尼桑汽车电池的快速充电接口输出直流电,也可以在pc机上转换成交流电输出家用。
图3。住宅内汽车电源和电力公司电源的任意切换。使用v2h系统时,配电板上的开关可用于切换。
在日本销售的4万部聆风手机中,有5%的客户选择购买该系统,推广的主要卖点是注意宣传该系统可以通过高峰时段用电来降低电费。
目前,包括补贴在内的该系统的价格为34万日元。在用相对便宜的夜间电力给电池充电后,它将在白天为家庭提供一些电力。据说用这种方法可以在大约7年内收回初始成本。此外,汽车本身几乎不需要改装接口。与丰田和本田系统相比,日产系统更注重实用性。
为了使v2h系统更加实用,日产有效利用现有系统来控制生产成本。使用原来的快速充电接口“chademo”可以快速输出风能,这比修改新接口节省了更多的成本和人力。只要将电动汽车电站的电源插头插入灵峰的快速充电接口,按下电动汽车电站的开关就可以实现家庭供电。
日产正考虑在欧洲和美国制造和销售该系统
日产还在开关电源公司和汽车方面采取了一项节约成本的计划,为家庭供电(图3)。对于电力公司,为了将发电设备直接连接到电力公司的电网(称为系统连接),每个接入设备都必须获得当地电力公司的许可。对于受家庭欢迎的大规模生产的产品,这种认证过程不可避免地要耗费用户大量的时间。
因此,电动汽车电站在配电板上装有一个开关,供用户选择切换使用汽车电源或电力公司电源;当聆风汽车用于供电时,分销商可以将汽车与电网物理隔离,因此不再需要单独的系统连接许可证。
这个课题也在根据消费者的建议进行改进和调整。首先,电动汽车电站无法观察剩余电池容量并在室内设置启动时间,因此必须到屋外的电动汽车电站进行设置。自2014年1月起,系统增加了室内设置时间和观察电量的监控设备,方便用户使用。
尽管电动汽车电站的销量只有2000台,日产仍计划实施一项新的发展计划。虽然目前的设备主要是由尼吉康制造,但未来日产计划更广泛地采用零部件制造商的产品,以“与高性能、低成本竞争”。日产已经开始使用日产津本实业有限公司的系统对设备进行应用测试。
日产也开始进一步研究v2h系统在欧美国家的制造和销售。日产计划在全球销售超过10万辆聆风汽车。尤其是,美国的夜间电力比日本便宜。“如果汽车储存夜间电力并用于白天发电,用户可以在2到3年内收回成本,这比日本的时间要短。”日产汽车规划和先进技术开发部主任中野知止对此非常有信心。
本田汽车提供了更大的供电能力
图4显示了本田正在测试的v2h系统。氢燃料电池汽车的行李箱装有可移动的动力转换装置。不使用v2h系统时,可取出电脑,以充分利用空室内空间。
本田已经开始使用氢燃料电池汽车(FCV)“FCX清晰”(图4)进行电源应用测试。Fcv的特点是具有更强的供电能力,在停电等特殊时期可以更有效地用作应急电源。
与日产聆风24千瓦小时的锂电池相比,fcx clarity的供电能力为60千瓦小时,约为日产聆风的2.5倍,相当于普通家庭6天的用电量。fcx clearance之所以具有如此强大的供电能力,是因为它配备了一个大容量的氢罐,以达到与汽油车相当的续航里程。
为了让汽车节省更多的能源,动力转换装置被设计成可移动的。在非常时期,这种设备可以安装在汽车的后备箱里,在几栋房子或公共设施之间来回供电。与只给一户人家供电相比,系统的利用率更高。
fcv的另一个特点是氢可以在短时间内补充。只要附近有氢气补给站,车载氢气罐可以在3分钟内装满。即使电动汽车使用快速充电系统,也需要大约30分钟才能充满电,这在紧急情况下需要频繁供电时不可避免地会受到限制。
本田技术研究所的首席研究员冈部昌贵说,有了fcv,在停电等特殊情况下,你“不仅可以帮助自己,还可以帮助别人。”
“移动发电站”
fcx clearance不仅具有强大的电源能力,而且具有高输出功率。氢燃料电池依靠空气体中氢和氧之间的化学反应,其最大输出功率可高达100千瓦,相当于30个家庭的用电量。本田的Okabe表示,“fcx clearance有潜力被用作‘移动电站’。”
但是,根据日本现行的电力工业法,输出功率超过10kw的发电设备将被认定为管理电站,这必须得到经济产业省的批准。因此,开发产品的输出功率控制在10kw以下。
具体来说,每辆车的输出功率为9kw,其中6 kw通过动力转换设备“移动变电站箱”提供给住宅,其余3kw为100v插座供电。
移动式变电站箱安装在汽车的行李箱内。分配给家庭供电的6kw足够普通家庭使用,现有的普通充电接口可以直接从移动变电站箱输出电力。Okabe说:“重新制造可承载9kw功率的接口和电缆将大大增加成本。”使用现有系统不仅可以降低成本,还可以确保使用方便。”
图5是功率转换装置。(a)最大输出功率为9kw。家用电器插入接口3kw,住宅供电6kw。通过新增加的v2h系统chademo接口输出电流。系统组成。使用v2h系统时,将安装在住宅内的接线盒插入电脑。
汽车本身的主要改进是需要增加chademo界面。与电动汽车和电动自行车不同,燃料电池汽车使用氢气作为燃料,因此没有普通充电和快速充电的接口。由于无法使用这些现有的充电接口,fcx clearance在中继线中安装了chademo接口。
将接线盒插头插入汽车的chademo接口后,可从汽车获得直流电。但是,只有在汽车和接线盒之间进行can通信(控制器局域网)以确认安全后,才会输出电流。
Fcv将在2025年到2030年左右普及
fcv用于住宅建筑时,与灵峰相同,采用fcv电源与电力公司电源自由切换的方式。用户可以通过操作平板电脑上的应用软件远程设置配电板上的开关。
Fcx clarity具有供电能力,与日产聆风(Nissan Leaf)相同,后者通过汽车为家庭提供高峰负荷供电。然而,除了推广氢燃料相关设施需要时间外,燃料电池汽车氢燃料的销售价格尚未确定。因此,目前它作为应急电源对消费者很有吸引力。
本田计划在2015年大规模生产fcv,届时它还将计划安装相应的v2h端口。由于fcv还需要提供与氢相关的基础设施建设,关于v2h大规模生产产品向个人推广的时间,Okabe说,“目标是10到15年后,即2015到2030年。”
丰田汽车联合使用家用电池
丰田的实验车是一款改进的车型,在普锐斯phv上增加了供电功能。然而,该型号的电池容量仅为4.4千瓦小时,输出功率为1.5千瓦,低于电瓶车和fcx。因此,为了弥补较小的输出功率,汽车的电力将被输送到家用蓄电系统进行储存。必要时,储电系统使用配电板为家庭输出电力。
图6显示了丰田汽车正在测试的v2h系统。(a)电力从普锐斯phv的公共充电接口传输到室内蓄电池进行储存。汽车输出的电力储存在蓄电池中,供日常使用。
这种用法有两个优点。首先,由于使用了家用储能系统,安装在汽车上的功率转换装置可以实现低成本和小型化;第二,即使来自汽车的输出电流不够稳定,在通过家用蓄电池内部的功率转换装置之后,也可以获得稳定的电流。
一般来说,一个约1kw的家用蓄电池的价格通常超过20万日元。如果汽车装有蓄电池,成本将相应增加。而使用家用电池的普锐斯phv电源转换装置成功地降低了成本。
在丰田的应用测试中,普锐斯phv还可以连接日产和本田不能连接的系统。房子本身的储电系统已经通过个人协议获得了系统连接的许可,所以电力公司和汽车可以同时在房子里供电,所以丰田系统的利用率比较高。
汽车配有两种电源线,供日常使用和紧急情况下使用。在非高峰用电的情况下,日常电源线用于将汽车的电力输送到蓄电池中储存,必要时,蓄电池中的电力通过配电板输送到家中使用。
另一方面,在停电等特殊情况下,居民可以手动切换电源线,使用应急电源线直接给家里的专用插座(100伏交流电)供电。在这种特殊情况下,可以不使用配电板向住宅供电。在紧急情况下,普锐斯phv可以使用汽油来维持汽车发电机的运行,车载电池(4.4千瓦小时)可以保证40千瓦小时的供电能力(普通家庭可以使用4天)。
将来,作为与家用配电板连接的家用发电设备(能够系统连接的家用发电设备),如果电动车辆(ev、phv、fcv等。)就像住宅太阳能发电系统、蓄电池和燃料电池一样可以获得汽车动力转换装置的许可,v2h功能的使用会更简单。
在丰田的应用测试中,除了丰田公司提供的整体运行和汽车测试外,电装公司还参与了hems(家庭能源管理系统)和充放电电站,丰田地产为其提供了住房。
日本充电器制造商制定指南
在汽车制造商继续加强v2h系统结构的同时,充电器制造商也致力于标准化生产。虽然充电器目前只出售给日本汽车制造商,充电器制造商预计未来外国汽车制造商将陆续在日本推出电动汽车和电动汽车产品。有了它,国外充电器制造商逐渐进入市场,这可能带来v2h模式的多样化。
由各种充电器制造商组成的电动汽车供电系统讨论会于2014年4月底发布了v2h指南。本指南为使用正常充电和快速充电接口的v2h系统制定了相关规定。它的发布也将促进外国制造商采用日本开发的v2h系统。
(资料来源:1999年信息技术汇编:工业和信息化部国际经济技术合作中心)
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