車輛到電網願景：發揮電動車的強大威力

我們的寬頻隙電源、感測和連線技術，協助工程師實現 V2G 儲能，進而促進更永續發展、高效率和經濟實惠的能源管理

老化的電網在全球面臨前所未有的需求，而這種壓力只會隨著車輛電氣化日益加劇。但是，如果電動車 (EV) 可以透過將電力回充給電網來減輕負擔呢？

這個概念稱為車輛到電網 (V2G)，設想為數可觀的電動車提供電池電力加強電網，特別是在尖峰需量期間。隨著新的充電和電池儲能解決方案出現，以及重新部署經過實證的技術，這個願景的受歡迎程度益加熱烈。

隨著各國努力減少排放量並增加再生能源，這項議題也受到環境目標的推動。雖然車輛電氣化是該轉型的一環，但管理數百萬電動車車主的電力需求，將是一大挑戰。平均每輛電動車行駛 100 英里所需的電力能源，與普通家庭每天供電所需的電量大致相同。如果每個人在同一時間充電，電網可能面臨嚴重的壓力。

本公司的電網基礎設施總經理 Henrik Mannesson 表示：「問題不在於電網的整體容量。電網的尖峰容量才是一大挑戰。我們都知道越依賴電力，這些峰值會越來越高，而且來得更加頻繁。極端氣候事件只讓電網壓力有增無減。有了半導體技術，V2G 雙向充電可以弭平這些峰值，讓大家同受其利。」

支援雙向充電的半導體技術可以將電動車及其電池轉變為儲能系統，並在需要時將電力回充給電網。寬頻隙電源管理、感測和連接性技術可透過最佳化電源負載管理，確保更可靠、更智慧且更安全的電網，為再生能源的擴充鋪路。

GaN 使充電速度更快、更加節能

打造更高效 V2G 解決方案的其中一項基石是如氮化鎵 (GaN) 的寬頻隙技術。與傳統矽晶裝置相比，GaN 在電動車內建充電器、電動車充電站和儲能系統等應用中有效將電源供應器或電源管理系統的功率密度 (在指定形狀係數中管理的電源量) 提高三倍。這轉化成充電速度更快、系統尺寸更小且擁有成本更低的設計。

本公司的 GaN 產品經理 David Snook 表示：「GaN 協助工程師實現三倍於傳統電晶體的功率密度，並大幅降低 DC wallboxes 等應用的尺寸和成本。尺寸縮小和重量減輕，是 GaN 在這些應用中最亮眼的表現。」

更小、更輕的充電站提供更大的彈性，可讓電網業者更輕鬆將它們推廣到更多地方。更方便攜帶的系統 (如 DC wallbox)，也意味為電動車車主帶來更多便利性，讓他們能在家中隨需充電或供電。

電流感測技術帶來節能優勢

在電動車和電網之間傳輸能源時，感測技術也是追求效率的關鍵。要在電源轉換系統中實作電壓和電流控制環路，微控制器需要隔離、快速和準確的電壓和電流讀數。我們的隔離放大器和類比轉數位轉換器 (ADC) 產品組合與小電流分流電阻器搭配使用，可降低功耗，實現高解析度量測，進而在電力回充給電網時進行準確控制。

負責管理隔離式 ADC 和放大器產品組合的 Navin Kommaraju 表示：「準確的電流感測使我們能夠將電池中的儲能轉換為電網可使用的 AC (交流電)。」

監控「充電狀態」有助於電動車車主更有效管理他們的能源。準確的監控器可從電池中獲得高達 20% 的容量，卻不會對電池造成永久性損壞。舉例來說，有些電動車車主若只是通勤的上班族，他們可能不需要讓其愛車的電池一直保持充飽電狀態。智慧感測技術提高準確度，讓電動車能夠提醒車主將電力回充給電網或為其住家充電的最佳時機。

雖然效率很重要，但安全性對於生產 V2G 解決方案而言，更是至關重要。電動車車主需要確保其電動車之間的電力轉移是可靠且一致。除了感測技術，電池管理系統還可以透過管理電壓、電流、溫度和其它性能指標來協助監控電池的「健康狀態」。

本公司負責管理汽車電池監控產品的 Spencer Hu 表示：「電池管理系統是第一道防線。如果電池運作狀況不佳，車主可能不想將其連到電網，因為這可能會加速電池老化，最終會影響行駛里程。」

管理電源負載的先進連線解決方案

將 V2G 從概念轉化為現實，最終是一項數據導向的保證，需要電動車、充電基礎設施和電網之間的智慧通訊。先進連線解決方案和智慧型能源計量功能對於電網業者預測和調整電動車在不同時間、地點和情況所需的電源負載，其重要勝過一切。為電動車充電，或為將電力回充給電網而向車主收費，需要可靠且安全的大規模即時通訊。

電動車車主同時還需要可透過 Wi-Fi®、Bluetooth® 或 Sub-1 GHz 等各種協定連線的顯示器和觸控板的智慧型人機介面 (HMI)。要管理各種通訊介面，同時確保充電期間的高品質使用者體驗，將需要應用處理器在單一晶片上處理多種功能。我們的 Sitara™ AM62 處理器充當中央決策者，負責管理人機和電動車到充電器介面的通訊，以及充電站和雲端之間的通訊。它們使工程師能夠滿足 V2G 通訊的全球標準和協定，例如 ISO15118 Plug & Charge 和 Open Charge Point Protocol (OCPP)。

像 AM62 之類的處理器讓電網業者得以將電源負載管理最佳化，同時透過智慧型 HMI 通知電動車駕駛充電或回充給電網的最佳時機。隨著不斷收集 V2G 數據，具有邊緣 AI 功能的處理器也為更多智慧技術建置到電網的工作更加順暢。

我們的 Sitara 處理器產品線經理 Artem Aginskiy 表示：「我們可以將 AI 置於最頂端，從制高點尋找一年的數據模式。它可以根據今天的電網和充電器表現，預測明天的最佳充電地點。」

半導體技術使 V2G 實現

某些事件更難預測，例如停電等，不過當家中的燈熄滅時，電動車使用者仍將受益於半導體技術。支援 V2G 的相同連線創新技術，讓汽車電池可在停電期間為他們的住家供電。這種車輛到住家 (V2H) 解決方案，將透過太陽能電池和電池儲存系統補充住家和電網之間的雙向充電，這可能會刺激再生能源的採用率。

Henrik 表示：「半導體技術可以協助解決電網因應車輛電氣化所產生的電力需求。此時，智慧型解決方案可讓電動車用戶更容易將電力回充給電網。」

打造更美好世界的熱忱

打造更美好世界是本公司的熱忱所在，為此，我們透過半導體，製作更經濟實惠的電子產品，協助工程師實現 V2G 儲能解決方案，而這只是本公司創新者實踐前述熱忱的途徑之一。每一代創新都以前一代為基礎，使我們的技術能夠更精巧、更有效率、更可靠且更經濟實惠。我們將此視為工程所帶來的巨大進步。也是我們數十年來一直堅持的做法。