Dank der Halbleitertechnologie kann das bidirektionale Vehicle-to-Grid-Laden (V2G) Batteriestrom bereitstellen, um die Stromnetze bei Nachfragespitzen zu verstärken und Ihr Haus mit Strom zu versorgen, wenn dieser teuer ist oder ausfällt.
Unsere Technologien für Energieversorgung, Sensorik und Konnektivität mit großer Bandbreite ermöglichen es den Ingenieuren, V2G-Energiespeicherung Realität werden zu lassen. Das hilft Ihnen dabei, zu einem nachhaltigeren, effizienteren und erschwinglicheren Energiemanagement beizutragen.
Die alternden Stromnetze sind weltweit mit einer nie dagewesenen Nachfrage konfrontiert – und diese Belastung wird mit der Fahrzeugelektrifizierung noch weiter zunehmen. Aber was wäre, wenn Elektrofahrzeuge (EVs) die Belastung verringern könnten, indem sie Strom in das Netz zurückspeisen?
Das Konzept – bekannt als Vehicle-to-Grid oder V2G – sieht vor, dass Flotten von Elektrofahrzeugen Batteriestrom zur Verstärkung der Stromnetze bereitstellen, insbesondere bei Nachfragespitzen. Die Vision gewinnt an Zugkraft, da neue Lade- und Batteriespeicherlösungen entwickelt und bewährte Technologien neu eingesetzt werden.
Umweltziele spielen bei dieser Entwicklung ebenfalls eine Rolle, da die Länder bestrebt sind, Emissionen zu reduzieren und erneuerbare Energiequellen auszubauen.. Die Elektrifizierung von Fahrzeugen ist zwar ein Teil dieser Reise, aber die Bewältigung des Strombedarfs von Millionen von E-Fahrzeugbesitzern wird eine Herausforderung sein. Die Energie, die benötigt wird, um ein durchschnittliches Elektrofahrzeug 100 Meilen weit zu fahren, entspricht in etwa der Menge, die für den täglichen Stromverbrauch eines durchschnittlichen Haushalts benötigt wird. Wenn alle gleichzeitig aufladen, könnten die Stromnetze ernsthaft unter Druck geraten.
„Das Problem ist nicht die Gesamtkapazität des Netzes“, so Henrik Mannesson, General Manager für Stromnetzinfrastruktur in unserem Unternehmen. „Die Herausforderung liegt in der Spitzenkapazität des Stromnetzes. Wir alle wissen, dass die entsprechenden Spitzenwerte immer höher werden. Außerdem werden sie immer häufiger erreicht, da wir immer mehr auf Strom angewiesen sind. Extreme Wetterereignisse belasten das Stromnetz zusätzlich. Mit der Halbleitertechnologie könnte das bidirektionale V2G-Laden diese Spitzen glätten. Davon würden wir alle profitieren.“
Halbleitertechnologien, die bidirektionales Laden ermöglichen, können EVs und ihre Batterien in Energiespeichersysteme verwandeln, die bei Bedarf Strom ins Netz zurückspeisen können. Technologien für Energiemanagement, Sensorik und Konnektivität mit großer Bandbreite können ein zuverlässigeres, intelligenteres und sichereres Stromnetz gewährleisten, indem sie das Lastmanagement optimieren. So ebnen sie möglicherweise den Weg für den Ausbau erneuerbarer Energiequellen.
GaN ermöglicht schnelleres, energieeffizienteres Laden
Einer der Bausteine für effizientere V2G-Lösungen ist die Technologie mit breiter Bandlücke wie Galliumnitrid (GaN). GaN verdreifacht effektiv die Leistungsdichte – die Menge an Energie, die in einem bestimmten Formfaktor verwaltet wird – der Stromversorgung oder des Energiemanagementsystems in Anwendungen wie integrierten Ladegeräten in Elektrofahrzeugen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Energiespeichersystemen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumgeräten. Das ist gleichbedeutend mit schnelleren Ladezeiten, geringeren Systemgrößen und niedrigeren Betriebskosten.
„GaN unterstützt Ingenieure dabei, die dreifache Leistungsdichte herkömmlicher Transistoren zu erreichen und reduziert die Größe und Kosten von Anwendungen wie DC-Wallboxen erheblich“, so David Snook, Manager für GaN-Produkte in unserem Unternehmen. „Die Größe und Gewichtsreduzierung macht GaN für diese Anwendungen so spannend.“
Kleinere und leichtere Ladestationen bieten mehr Flexibilität, sodass die Netzbetreiber sie an mehr Orten und einfacher einrichten können. Mehr tragbare Systeme, wie z. B. DC-Wallboxen, bedeuten auch mehr Komfort für die Besitzer von Elektrofahrzeugen zu Hause, um ihr Haus bei Bedarf aufzuladen oder mit Strom zu versorgen.
Strommesstechnologie führt zu Energieeinsparungen
Die Sensortechnologie ist auch der Schlüssel zum Streben nach Effizienz bei der Übertragung von Energie zwischen Elektrofahrzeugen und dem Netz. Um die Spannungs- und Stromregelkreise in Energieumwandlungssystemen zu implementieren, benötigen Mikrocontroller isolierte, schnelle und genaue Spannungs- und Strommesswerte. Unser Portfolio an isolierten Verstärkern und Analog-zu-Digital-Wandlern (ADC) arbeitet mit kleinen Strom-Shunt-Widerständen, um die Verlustleistung zu senken und hochauflösende Messungen zu ermöglichen, die eine genaue Kontrolle bei der Rückspeisung ins Netz erlauben.
„Eine genaue Strommessung ermöglicht es uns, Energiespeicher in Batterien in Wechselstrom umzuwandeln, den das Stromnetz nutzen kann“, so Navin Kommaraju, Manager unseres Portfolios an isolierten ADCs und Verstärkern.
Die Überwachung des „Ladezustands“ hilft den Besitzern von Elektrofahrzeugen, ihre Energie effektiver zu verwalten. Mit einer genauen Überwachung lässt sich bis zu 20 % mehr Kapazität aus einer Batterie herausholen – und das ohne eine dauerhafte Beschädigung der Zellen zu riskieren. Einige Besitzer von Elektroautos müssen die Batterien ihres Fahrzeugs beispielsweise nicht ständig vollständig aufladen, wenn sie nur zur Arbeit fahren. Die höhere Genauigkeit der intelligenten Sensortechnologien könnte es dem EV ermöglichen, seine Besitzer über den besten Zeitpunkt für die Einspeisung in das Stromnetz oder das Aufladen ihrer Häuser zu informieren.
Auch wenn Effizienz wichtig ist, steht die Sicherheit bei der Entwicklung von V2G-Lösungen an erster Stelle. Besitzer von Elektrofahrzeugen brauchen die Gewissheit, dass die Stromübertragung zu und von ihren Fahrzeugen zuverlässig und konsistent ist. Zusammen mit der Sensortechnologie können Batteriemanagementsysteme dabei helfen, den „Gesundheitszustand“ der Batterien zu überwachen, indem sie Spannung, Strom, Temperatur und andere Leistungskennzahlen verwalten.
„Das Batteriemanagementsystem ist die erste Verteidigungslinie“, sagt Spencer Hu, zuständig für die Überwachung von Autobatterien in unserem Unternehmen. „Die Besitzer sollten eine Batterie nicht an das Stromnetz anschließen, wenn sie nicht gesund ist. Es könnte die Alterung der Batterie beschleunigen, was sich am Ende auf die Reichweite auswirken würde.
Erweiterte Konnektivitätslösungen zur Verwaltung von Stromlasten
V2G von einem Konzept zur Realität werden zu lassen, ist letztlich ein datengesteuertes Unterfangen, das eine intelligente Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen, der Ladeinfrastruktur und dem Stromnetz erfordert. Erweiterte Konnektivitätslösungen und intelligente Energiemessung werden für Netzbetreiber von entscheidender Bedeutung sein, um die von Elektrofahrzeugen zu verschiedenen Zeiten, an verschiedenen Orten und in verschiedenen Szenarien benötigte Stromlast vorherzusehen und anzupassen. Es erfordert eine zuverlässige und sichere Echtzeitkommunikation in großem Umfang, wenn man Besitzern von Elektrofahrzeugen für das Laden in Rechnung stellen oder für die Einspeisung entschädigen möchte.
Die Besitzer von Elektrofahrzeugen benötigen intelligente Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs: Human Machine Interfaces) wie Displays und Touchpads, die über verschiedene Protokolle wie WiFi®, Bluetooth® oder Sub-1 GHz verbunden werden können. Es werden Anwendungsprozessoren benötigt, die mehrere Funktionen auf einem einzigen Chip ausführen, um eine Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen zu verwalten und gleichzeitig ein hochwertiges Benutzererlebnis während des Ladevorgangs zu gewährleisten. Unsere Sitara™ AM62-Prozessoren fungieren als zentraler Entscheidungsträger bei der Verwaltung der Kommunikation über das gesamte Spektrum der Mensch-Maschine- und Elektrofahrzeug-zu-Ladegerät-Schnittstellen sowie der Kommunikation zwischen Ladestationen und der Cloud. Außerdem ermöglichen sie es Ingenieuren, globale Standards und Protokolle für V2G-Kommunikation wie ISO15118 Plug & Charge und Open Charge Point Protocol (OCPP) zu erfüllen.
Prozessoren wie der AM62 ermöglichen es Stromnetzbetreibern, das Lastmanagement zu optimieren und gleichzeitig die Fahrer von Elektrofahrzeugen über eine intelligente Benutzerschnittstelle darüber zu informieren, wann der beste Zeitpunkt zum Aufladen oder zur Rückspeisung ins Stromnetz ist. Prozessoren mit Edge AI-Funktionen ebnen auch den Weg für mehr Intelligenz im Stromnetz, wenn im Laufe der Zeit V2G-Daten gesammelt werden.
„Wir können KI überlagern, um nach Mustern in den Daten eines Jahres zu suchen“ , sagt Artem Aginskiy, unser Produktlinienmanager für Sitara-Prozessoren. "Es könnte, basierend auf den tagesaktuellen Verhaltensmustern des Stromnetzes und der Ladegeräte, den besten Ort zum Aufladen für morgen vorhersagen.“
Halbleitertechnologie kann V2G zur Realität werden lassen
Einige Ereignisse, wie z. B. Stromausfälle, sind schwieriger vorherzusagen. Die Nutzer von Elektrofahrzeugen werden trotzdem von der Halbleitertechnologie profitieren, wenn zu Hause die Lichter ausgehen. Die gleichen Innovationen im Bereich der Konnektivität, die V2G zugrunde liegen, werden es den Batterien ihrer Autos ermöglichen, ihre Häuser bei Unterbrechungen mit Strom zu versorgen. Solche Vehicle-to-Home (V2H)-Lösungen werden die bidirektionale Aufladung zwischen Haushalten und dem Stromnetz über Solarzellen und Batteriespeichersysteme ergänzen und möglicherweise die Nutzung erneuerbarer Energiequellen vorantreiben.
Der Aufbau der Infrastruktur für die Elektrifizierung von Fahrzeugen wird Zeit benötigen. Aus technologischer Sicht sind jedoch alle Voraussetzungen erfüllt. Die ökologischen Vorteile von V2G durch ein effizienteres Stromlastmanagement sind ebenfalls überzeugend.
„Die Halbleitertechnologie kann dem Netz helfen, den Strombedarf zu decken, der mit der Elektrifizierung der Fahrzeuge einhergeht“, so Mannesson. „Intelligente Lösungen können es den Nutzern von Elektrofahrzeugen erleichtern, den Strom ins Stromnetz zurückzuspeisen.“
Aus Leidenschaft für eine bessere Welt
Die Unterstützung von Ingenieuren bei der Verwirklichung von V2G-Energiespeicherung ist nur eine Möglichkeit, wie unsere Innovatoren die Leidenschaft unseres Unternehmens für eine bessere Welt leben, indem sie Elektronik durch Halbleiter erschwinglicher machen. Mit jeder Generation von Innovation wird unsere Technologie effizienter, zuverlässiger und erschwinglicher. Das bedeutet technischer Fortschritt für uns. Dabei können wir auf unsere jahrzehntelange Erfahrung zurückgreifen.
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