摘 要：智能充電控制能夠優(yōu)化電網(wǎng)負荷，特別是在電網(wǎng)負荷高峰期間。V2G技術(shù)允許電動汽車在非高峰時段存儲電能，并在電網(wǎng)需要時釋放這些電能。通過在非高峰時段為電動汽車充電，可以減少電網(wǎng)壓力，提高電網(wǎng)運行效率。本文詳細探討了車聯(lián)網(wǎng)下電動汽車的智能充電控制問題。通過使用V2G技術(shù)，對電動汽車充電和放電裝置中變流器的運行機理以及電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)進行分析，并提出智能充電控制的“虛擬電池”開發(fā)。研究中實時監(jiān)測電網(wǎng)的供需狀態(tài)，預(yù)測電動汽車的充電需求。通過這種方式，車網(wǎng)互動下的智能充電控制不僅能夠優(yōu)化電網(wǎng)運行，提高能源效率，還能為電動汽車用戶提供更好的使用體驗。

關(guān)鍵詞：車網(wǎng)互動 智能充電控制 電動汽車 實時監(jiān)測

0 引言

車網(wǎng)互動技術(shù)是電動汽車與電網(wǎng)之間進行能量和信息雙向互動的一種新型電網(wǎng)技術(shù)。近年來，隨著電動汽車數(shù)量的迅速增加，車網(wǎng)互動技術(shù)已成為電動汽車與電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點。這一技術(shù)能夠有效緩解電動汽車大規(guī)模無序接入電網(wǎng)會導(dǎo)致峰谷差增大，電能質(zhì)量下降，以及增加電網(wǎng)運行優(yōu)化控制的難度等問題，同時起到削峰填谷、平抑可再生能源的作用。根據(jù)國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)的《關(guān)于進一步提升電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實施意見》，鼓勵推廣智能有序充電，加快車網(wǎng)互動技術(shù)創(chuàng)新、試驗測試與標準化體系建設(shè)[1]。到2025年，中國已初步建立了車網(wǎng)互動技術(shù)標準體系，充電峰谷電價機制全面實施并不斷優(yōu)化，市場機制建設(shè)也取得了重要進展。預(yù)計到2030年，車網(wǎng)互動技術(shù)標準體系將得到進一步完善，市場機制將更加健全，車網(wǎng)互動技術(shù)將實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，智能有序充電將得到全面推廣，新能源汽車將在電化學儲能體系中扮演重要角色。

1 電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)分析

電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分包括電動汽車（EV）、充電基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)管理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及用戶界面[2]。電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)圖如圖1所示：

電動汽車（EV）作為能量存儲單元，電動汽車的電池可以在電網(wǎng)負荷高峰時向電網(wǎng)供電，而在負荷低谷時充電。充電基礎(chǔ)設(shè)施包括充電樁、充電站等，需要支持雙向充電，即充電和放電。充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)具備智能控制功能，能夠根據(jù)電網(wǎng)需求和EV狀態(tài)自動調(diào)整充電策略[3]。電網(wǎng)管理系統(tǒng)負責監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)，包括負荷、電價、可再生能源產(chǎn)出等。通過智能算法，優(yōu)化EV的充放電計劃，以實現(xiàn)電網(wǎng)負荷的平衡和效率最大化。通信系統(tǒng)支持EV、充電基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)管理系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)交換。用戶界面可以通過界面設(shè)置充電偏好，如充電時間、成本限制等。

在車輛對電網(wǎng)系統(tǒng)進行能量雙向傳輸電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)時，電動汽車在進行充電或放電操作時，必須使用整流器。這種設(shè)備在電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，其有助于減輕電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對整體系統(tǒng)的影響。其中，電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)中，電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)通過動力電池組的輸出電壓連接動力電池組和雙向DC/DC變換，通過變流器直流接口直流高壓連接雙向DC/DC變換和雙向DC/AC變流器，通過三相電壓電流連接雙向DC/AC變流器和電網(wǎng)。此外，電動汽車的車網(wǎng)互動系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)連接著電動汽車、充電樁等各種設(shè)備。每一個設(shè)備都是一個節(jié)點，電動汽車通過充電樁接入電網(wǎng)，把電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成電動汽車可以使用的直流電。車網(wǎng)互動系統(tǒng)還可以通過一系列的通信和控制系統(tǒng)，監(jiān)測電網(wǎng)的負荷情況，如果電網(wǎng)負荷過重，就可以讓電動汽車暫時停止充電，或者甚至讓電動汽車向電網(wǎng)輸送能量，幫助電網(wǎng)平衡負荷。

2 智能充電控制的“虛擬電池”開發(fā)

智能充電控制的“虛擬電池”開發(fā)是指利用計算機模型和仿真技術(shù)來模擬電動汽車的充電行為和電網(wǎng)的互動過程。在這個過程中，“虛擬電池”概念被用來代表一定數(shù)量的電動汽車的總充電和放電能力。這種開發(fā)對于研究和評估智能充電控制策略的效率和可行性至關(guān)重要。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的初始電流值，對模擬電池進行充電，并記錄其端電壓及負極過電勢[4]。首先檢查電池的端電壓，如果已經(jīng)達到預(yù)設(shè)的截止電壓值，那么應(yīng)立即停止充電；如果端電壓未達到設(shè)定值，則需要繼續(xù)檢查電池的負極過電勢。如果負極的電勢高于設(shè)定的閾值，系統(tǒng)會增加電流；相反，如果電勢低于閾值，則減小電流，以得出新的充電電流數(shù)值。繼續(xù)使用這個新的電流值進行充電，并重復(fù)上述步驟，直到電池端電壓達到截止電壓為止。在這個過程中，會生成一個周期性變化的電流序列，同時伴隨著隨時間變化的端電壓和負極過電勢曲線。因此，由此產(chǎn)生的電流序列即為經(jīng)過優(yōu)化的快速充電電流。智能充電控制算法開發(fā)策略流程圖如圖3所示。

智能充電控制算法開發(fā)策略流程是模擬電動汽車的充電需求、電網(wǎng)的供需狀態(tài)、電動汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)管理系統(tǒng)之間的通信和控制過程[5]。將一定數(shù)量的電動汽車聚合為一個整體，模擬其總的充電和放電能力。電流變化量的增加與當前負極的過電勢與閾值電勢之間的差異密切相關(guān)，這一差異是由控制器根據(jù)計算結(jié)果自動確定的；電流變化周期可以根據(jù)實際需求進行靈活設(shè)定。智能充電控制算法實例如圖4所示。

如圖4可以知，在快速充電過程中，電動汽車的最大充電倍率可能高達接近5C。然而，實際充電時通常會受到電網(wǎng)負載、電纜容量等因素的影響，這些因素會限制電流倍率的上限[6]。隨時間的增加端電壓的電壓值在升高，到1500s時端電壓的值在4.6V波動。此時，負極過電勢的值不斷降低，也是在1500s時的電壓值在3.6V波動。“虛擬電池”仿真開發(fā)不僅有助于研究和開發(fā)更高效的智能充電控制策略，還能為電動汽車和電網(wǎng)的集成提供重要的技術(shù)支持。

3 HPPC測試實驗

HPPC測試將在不同溫度、不同SOC下測試電池對于脈沖電流作用的電壓響應(yīng)。通常將恒流電流作用1s時的內(nèi)阻作為歐姆內(nèi)阻。考慮電池的極化內(nèi)阻，則一般用10s內(nèi)阻、30s內(nèi)阻等多種測試結(jié)果表征電池的總內(nèi)阻。

本研究中采用的HPPC測試方法如圖5所示，具體為：

（1）將電池放電至截止電壓，置于溫箱內(nèi)，調(diào)整溫度為25℃并充分靜置；

（2）以1/3C恒流充電，充入10%SOC的電量，充分靜置；

（3）調(diào)整溫度至-10℃并充分靜置；

（4）在低溫下進行混合脈沖實驗：0.2C放電30s，暫停30s，0.2C充電30s；

（5）調(diào)整溫度至25℃并充分靜置；

（6）在常溫下進行混合脈沖實驗：1.5C放電30s，暫停30s，1.5C充電30s；

（7）重復(fù)（2）～（6）10次，完成HPPC測試。

上述過程為-30℃～30℃HPPC測試。0℃與-10℃測試與上述過程類似，在對應(yīng)溫度與25℃之間進行測試，0℃時采用0.4C進行混合脈沖，-10℃時采用0.3C。

本測試方法同時測試了不同溫度下靜置后的開路電壓，即可得到電池的熵熱系數(shù)，反映電池開路電壓隨溫度變化的規(guī)律，該系數(shù)將作為電池反應(yīng)熱的影響因素。

4 車網(wǎng)互動下電動汽車的智能充電控制應(yīng)用

車網(wǎng)互動下電動汽車的智能充電控制應(yīng)用是指利用先進的通信、控制、優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的高效互動。這種應(yīng)用旨在優(yōu)化電網(wǎng)運行，提高能源利用效率，同時為電動汽車用戶提供更好的充電體驗和潛在的經(jīng)濟效益。車企已經(jīng)開始實施車網(wǎng)互動示范項目，探索車網(wǎng)互動在不同場景下的應(yīng)用，如電動汽車與園區(qū)、樓宇建筑、家庭住宅等場景的高效融合。

5 結(jié)論

本文就車聯(lián)網(wǎng)下電動汽車的智能充電控制問題進行了深入探討。通過研究V2G技術(shù)，對電動汽車的車輛對網(wǎng)互動系統(tǒng)進行了詳細分析，并提出了發(fā)展“虛擬電池”來實現(xiàn)智能充電控制的建議。車網(wǎng)互動下電動汽車的智能充電控制目的在于實現(xiàn)電網(wǎng)與電動汽車之間的良性互動，優(yōu)化電網(wǎng)運行，促進可再生能源的利用，同時為用戶和社會帶來經(jīng)濟效益和環(huán)境保護效益。

參考文獻

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