双向电动汽车充电架构简介——V2G、V2H 和 V2L

具备双向充电功能的电动汽车可用于家庭供电、向电网输送能量，甚至在停电或紧急情况下提供备用电源。电动汽车本质上是装在轮子上的大型电池，因此双向充电器可以让车辆储存价格低廉的非高峰时段电力，从而降低家庭用电成本。这项被称为“车网互动”（V2G）的新兴技术，有望彻底改变电网的运行方式，数万辆电动汽车可以在用电高峰期同时供电。

它是如何运作的？

双向充电器是一种先进的电动汽车充电器，能够双向充电。这听起来似乎很简单，但它涉及复杂的交流电 (AC) 到直流电 (DC) 的功率转换过程，这与使用交流电的传统单向电动汽车充电器不同。

与标准电动汽车充电器不同，双向充电器的工作原理类似于逆变器，充电时将交流电转换为直流电，放电时则将直流电转换为交流电。然而，双向充电器只能用于支持双向直流充电的车辆。遗憾的是，目前支持双向充电的电动汽车数量非常少。由于双向充电器结构更为复杂，因此价格也远高于普通电动汽车充电器，因为它们采用了先进的电源转换电子元件来管理车辆的能量流动。

为了给家庭供电，双向电动汽车充电器还集成了负载管理装置，并在停电期间将房屋与电网隔离，这种现象被称为孤岛运行。双向电动汽车充电器的基本工作原理与双向逆变器非常相似，后者可用作家用电池储能系统的备用电源。

双向充电的目的是什么？

双向充电器可用于两种不同的应用。第一种也是最值得关注的应用是车辆到电网（V2G），旨在高峰时段向电网输送或输出能量。如果成千上万辆配备 V2G 的车辆接入并启动，这将有可能彻底改变电力的存储和生产方式。电动汽车拥有容量大、功率强的电池，因此成千上万辆配备 V2G 的车辆的总功率可能非常巨大。请注意，V2X 是用于描述下文讨论的三种架构的术语：

I. 车辆到电网或 V2G – 电动汽车能源支持电网。

二、车辆到家庭 (V2H) – 电动汽车能源用于为家庭或企业供电。

III. 车辆到负载或 V2L – 电动汽车可用于为电器供电或为其他电动汽车充电。

双向电动汽车充电器的第二个用途是车辆到家庭（V2H）充电。顾名思义，V2H 使电动汽车能够像家用储能系统一样，储存多余的太阳能并为家庭供电。例如，典型的家用储能系统，如特斯拉 Powerwall，容量为 13.5 千瓦时。相比之下，一辆典型的电动汽车的容量为 65 千瓦时，几乎相当于五个特斯拉 Powerwall。由于其电池容量大，当与屋顶太阳能发电结合使用时，一辆充满电的电动汽车可以为普通家庭供电数天甚至更长时间。

1. 车网互动（V2G）

车辆到电网（V2G）是指根据需求将电动汽车电池中储存的部分能量输送到电网。参与V2G项目需要双向直流充电器和兼容的电动汽车。电动汽车车主可以获得奖励，例如电费抵扣或电价优惠。配备V2G功能的电动汽车还可以让车主参与车辆供电（VPP）项目，以提高电网稳定性并在用电高峰期提供电力。

尽管V2G技术备受瞩目，但其推广应用面临的挑战之一是监管障碍以及缺乏标准化的双向充电协议和连接器。双向充电器（例如太阳能逆变器）被视为一种替代发电方式，必须符合所有监管安全和停电标准，以应对电网故障。为了克服这些复杂性，一些汽车制造商（例如福特）开发了更简单的交流双向充电系统，这些系统仅供福特电动汽车使用，为家庭供电，而不是向电网供电。

2. 车辆到家庭 (V2H)

车家互联（V2H）与车网互联（V2G）类似，但它使用本地能源为家庭供电，而不是将能源输送到电网。这使得电动汽车能够像普通家用电池系统一样运行，有助于提高能源自给率，尤其是在与屋顶太阳能发电系统结合使用时。然而，V2H 最显著的优势在于其在停电期间提供备用电源的能力。

为了使V2H系统正常运行，需要一个兼容的双向逆变器和其他设备，包括在主电源连接点安装一个电能表（带电流互感器）。电流互感器用于监测电网的输入和输出。当系统检测到您的房屋正在消耗电网电力时，它会向双向电动汽车充电器发出信号，释放等量的电力来抵消从电网消耗的电量。同样，当系统检测到屋顶太阳能光伏阵列产生能量输出时，它会将能量转移给电动汽车充电，就像智能​​电动汽车充电器一样。

为了在停电或紧急情况下提供备用电源，V2H系统必须检测到与电网的孤岛连接，并将房屋与电网隔离。一旦与电网隔离，双向逆变器实际上就相当于一个离网逆变器，由电动汽车的电池供电。与太阳能电池系统中使用的混合逆变器一样，还需要额外的电网隔离设备，例如自动接触器（ATS），才能实现备用运行。

3. 车辆到货物 (V2L)

车辆到负载 (V2L) 技术更为简便，因为它无需双向充电器。配备 V2L 功能的车辆内置逆变器，可通过车内一个或多个标准插座提供交流电，可用于连接任何普通家用电器。不过，部分车辆使用专用的 V2L 适配器，该适配器插入电动汽车的充电端口以提供交流电。紧急情况下，可使用延长线将车辆的电源延伸至家中，为照明、电脑、冰箱和烹饪电器等基本负载供电。

V2L 用于离网和备用电源

配备V2L系统的车辆可以使用延长线为特定电器提供备用电源。或者，也可以使用专用交流转换开关将V2L电源直接连接到备用配电盘，甚至连接到主配电盘。

配备V2L技术的车辆还可以集成到离网太阳能发电系统中，从而减少甚至消除对备用发电机的需求。大多数离网太阳能发电系统都包含一个双向逆变器，理论上可以使用任何交流电源，包括配备V2L技术的车辆的电源。但是，为了确保安全运行，必须由太阳能专家或合格的电工进行安装和配置。

——剧终——

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