智能充电器旨在缓解电动汽车对电网的压力

Josiah02

2024 年，全球售出的汽车中，电动汽车 (EV) 的比例将超过五分之一。政府间机构估计，到 2035 年，全球售出的所有新车中，有一半将是电动汽车。
虽然道路上电动汽车的增多对环境来说是个好消息，但也可能带来麻烦。电网尚未准备好支持电动汽车的涌入，而未解决的容量限制可能会威胁电动汽车行业的未来。
佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种有助于避免电网过载的设备：革命性的电动汽车智能充电系统。
他们基于优化的方法不仅有助于减轻电网压力，还能让用户定制充电流程并降低成本、优先使用无碳能源或调整充电速度。该技术甚至可能有助于促进电动汽车行业的发展。
乔治·W·伍德拉夫机械工程学院教授、研究生院院长迈克尔·J·利米表示：“电动汽车革命发展如此之快，电力公司将发现，要快速更新电网以容纳这些电动汽车十分困难，而且成本高昂。”
“我们希望研究一种智能充电方式，将电动汽车接入电网时的情况考虑在内，我们已经知道电网的容量已经接近最大。我们需要为电网运营商争取时间，这样当更多电动汽车进入市场时，他们就不会不堪重负。”
减轻负荷（电网）
在美国东南部，夏季的用电量高峰期是从下午晚些时候到傍晚。到那时，太阳的热量已经使房屋和建筑物变暖，人们已经打开了空调。这也是大多数人下班回家并插上电动汽车电源并立即开始充电的时候。插上电源后，电动汽车很容易成为家庭中最大的耗电设备。
“在电力高峰期充电的大量电动汽车可能会给公用事业带来问题，加剧电力需求并导致电网超负荷，”电气与计算机工程学院 (ECE) 的博士毕业生、该技术的共同发明人卡蒂克·萨斯特里 (Kartik Sastry) 表示。“但你不需要一到家就开始充电。在大多数情况下，晚上有足够的时间给电动汽车充满电。”
该团队着手解决电网过载问题，利用夜间的剩余充电时间。他们开发了尖端的优化算法，以随时间分配充电，从而最大限度地减少电网压力，同时为消费者带来好处。
该团队的智能充电算法并非在电动汽车插入电源后立即全速充电，而是允许逐步充电，即在一段时间内分几个时间段充电，而不是一次性充电。该算法还降低了家庭在充电期间的最大耗电量，实现了研究人员所谓的“削峰”。
该团队计划展示他们的智能充电算法如何降低整个电动汽车车队的成本。图片来源：佐治亚理工学院
该算法本身会根据电网状态和消费者偏好规划充电及其时间。该系统无需任何集中控制，也无需与附近或城市中的其他车辆进行通信即可做出这些决定。
“通过使用随机计时和家庭用电量预测，我们的算法可以有效地分配负载，”电子与计算机工程教授、充电系统共同发明人 David G. Taylor 说道。“这意味着，只要这些电动汽车使用我们开发的智能充电算法，社区中的电动汽车数量就可以增加，而当地公用事业公司无需花费巨额费用进行基础设施升级。”
可定制充电
该系统允许消费者自定义充电方式。使用该团队设计的应用程序，消费者可以控制充电的四个不同方面：成本、无碳能源、速度和电池健康状况。该应用程序的滑块小部件允许用户权衡每个方面的偏好；根据用户的选择，算法将确定如何最好地为车辆充电，同时最大限度地减少电网影响。
例如，为了快速给车辆充电，用户可以将充电速度滑块一直移到右侧。另一方面，优先考虑无碳充电，则将充电器设置为仅在电网中有风能或太阳能等可再生资源时才给车辆充电。选择以最低成本充电将促使系统根据公用事业的价格表在低需求时间充电，从而使用户避免任何需求费用。
向前发展
该团队已在主要期刊上发表了多篇关于该项目的研究文章。他们还制造了原型硬件，完成了单个电动汽车的充电案例研究，并为该技术申请了专利。
除了个人消费者应用之外，该团队还开发了这项技术，使其可以在商业环境中发挥作用。他们希望与一家电动汽车充电站公司和一家使用电动汽车巴士的公立学校系统合作，展示他们的算法如何自动降低车队充电成本。
利米表示，目标是让企业获得其智能充电算法技术的授权。
研究人员还与汽车公司取得联系，希望将其技术融入电动汽车中，这样用户就可以直接从仪表板设置充电偏好。
“我们希望证明智能充电在大规模上是可行的，并衡量这样做的好处，”Leamy 说道。“我们计划展示消费者、公司和学校系统通过智能充电可以节省多少钱，而不是简单地以临时方式充电。”
“我们预计电动汽车的普及率将大幅上升，这将导致对电网的需求增加，”萨斯特里说。“为了保护电网并帮助电动汽车行业蓬勃发展，我们必须以智能的方式容纳这些电动汽车，这就是我们希望实现的目标。”