無論你的汽車是內燃機（ICE）汽車、混合動力汽車（HEV）還是純電動汽車（EV），在需要的時候（例如停電），把它作為基本能源為你的住所提供交流電，這可行嗎？KSZednc
網絡上充斥著各種方案，描述在交流電源中斷的情況下，如何實現車輛對家庭的供電（V2H，Vehicle-to-Home），文末列出了一些例子。這些方案有一些可信，有一些不可信，可供電時長受一些因素的影響，如負載、ICE/HEV燃料箱中的燃料量、或EV內部電池組的電量等。為了將EV的電力饋送回電網（即V2G，Vehicle-to-Grid），業界做出了不懈努力，但這與斷電時為房屋供電完全不同。KSZednc
所有這些解決方案採用的方法都是連接到12V電池，然後再利用DC/AC逆變器產生120VAC（或230VAC）電壓。不同方案的情況會有所不同，但是無論12V電池自身如何進行充電，這些逆變器都能從中汲取足夠的電流，提供1000W至1200W的最大功率。KSZednc
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圖1：新的變速箱在設計中集成了高輸出永磁交流發電機。（圖片來源：Leonardo DRS）KSZednc
無論是哪種類型的車輛，其電源路徑中都有許多功能模塊在降低效率。就算連接到電池也不是件簡單的事，因為它要處理的電流是百安級別，必須使用牢固的線夾、堅固的螺釘以及大口徑的纜線，以最大程度地減少不良連接、不必要的IR壓降甚至產生火花的可能。而且，現代汽車不再是以電池為核心的簡單直流電路，有一個網站專門介紹如何將日產Leaf汽車用作電源，其中有這樣的描述，「LEAF接地不應連接到電池地線，因為這樣可能損壞測量電流的傳感器。」KSZednc
我注意到最近軍隊將悍馬（這是一種使用廣泛的高機動性多用途車輛，或稱為HMMWV或Humvee）進行了改裝，將其用作交流電源，卻不影響其作為汽車的主要用途。它無需增加逆變器和懸掛纜線，這種改裝將車輛真正變成了一個電源。KSZednc
悍馬改裝最關鍵的地方是，用來替代標準動力傳動系統的設備同時還是交流發電機，其封裝尺寸不變，且不會影響悍馬傳動系統的總長度（圖1）。這是一項工程上的壯舉，由主要軍事承包商Leonardo DRS與Allison Transmission緊密合作完成。Allison Transmission是最早的悍馬變速箱的開發商，也是全球最大的中重型商用車輛全自動變速箱製造商。KSZednc
他們成功將一個大電源「擠進」了變速箱的位置，甚至可以在野戰倉庫中將其改裝為動力總成，而不必一定在工廠完成（如圖2所示）。現有發動機或車輛交流發電機無需進行任何改動。KSZednc
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圖2：集成式變速箱/交流發電機，裝入與現有動力傳動系統尺寸相同的外殼中，無需延長，改裝也相對簡單。（圖片來源：Leonardo DRS）KSZednc
悍馬Leonardo TITAN車載電源（OBVP）系統是普通版的升級，使車輛在靜止狀態下可提供30kW（120/208VAC三相）功率，在行駛中可提供10kW功率，而這是採用逆變器和懸掛電纜無法做到的。注意，標準版悍馬發動機本身的額定功率為150HP/113kW@3000rpm，190HP/142kW@3400rpm。KSZednc
整個系統包括永磁交流發電機、功率控制單元和純正弦波逆變器（圖3）。永磁交流發電機安裝在發動機和變速箱之間，但在變速箱外殼中。一些成本更低的逆變器會產生步進正弦波，這對某些負載來說是可接受的，但對於其他負載則不可接受。KSZednc
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圖3：完整的系統還包括外部電源轉換和控制單元，用來處理高達30kW的輸出。（圖片來源：Leonardo DRS）KSZednc
其總體效率比使用獨立的發電機至少提高了20％，而且裝配更快，不需要特殊維護——這聽起來似乎實現了理想的車載發電機（如圖4所示）。此外，新組件還包括一個SAEJ1939接口，一組定義了重型車輛發動機控制單元（ECU）如何通過CAN總線進行通信的標準。KSZednc
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圖4：系統的另一個優點是提高了燃料發電效率，減少了後勤支持。（圖片來源：Leonardo DRS）KSZednc
我們不得不佩服這些電氣和機械工程師所擁有的創造力、專業知識、甚至膽量，他們說「我們可以做到！」，然後真的做到了。由於對替換組件的外形尺寸、野戰倉庫的升級能力、以及常規軍用設備的耐用性等各方面都有嚴苛的限制，因此這是一項極具挑戰的任務。Leonardo目前正在升級該技術使其可用於其他類似尺寸的車輛中，同時還在開發大型卡車即插即用式變速箱，在行駛中提供高達55kW的功率，靜止時提供125kW的功率。KSZednc
也許這只是一個夢想，但如果可以將這種變速箱在設計上進行一些改變，作為消費者ICE/HEV/EV車輛動力總成的標準選件，豈不是很好？或許還可以提供所需的動力轉換子系統（顯然EV只需要逆變器）。這將非常具有吸引力，因為在危機情況下，擁有更高效的能源庫遠勝過1000W的逆變器。KSZednc
不過，我並沒有迫不及待地等著這一切成為現實，因為它在工程上面臨巨大挑戰，即使只增加一個組件（或只是作為一個選件），車輛基礎設施都會相應增加，其成本將大大增加並由所有車輛分擔。但我們仍然充滿期待。KSZednc
當家裡停電的時候，將ICE、HEV或EV車輛用作備用交流電源，你認為這一應用是否有需求？其實用性如何？除了增加一個接到電池的逆變器，是否還有更好的方法來提供超過1kW的功率？或者，標準的獨立發電機才是更好的選擇？無論是支持還是反對獨立發電機，理由都很充分。如果你能負擔高額成本，為了防患於未然，或許投資Tesla Powerwall（一種Generac型的甲烷/丙烷燃氣系統）或Generac PWRcell儲能系統才是更好的選擇？KSZednc
（本文授權編譯自EDN姐妹網站EETimes，原文參考連結：Use Your Car as a Vehicle-to-Home Power Plant?，由Jenny Liao編譯）KSZednc
本文為《電子技術設計》2020年12月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。免費雜誌訂閱申請點擊這裡。KSZednc