V2G：电动汽车的“能源V2X”

发展V2G技术已是大势所趋

当前，全球汽车产业正加速向新能源化、智能化、网联化发展，车路协同V2X技术以“安全”和“效率”为切入点，带给汽车以及智慧交通应用无限的想象空间。随着政策的推动、技术的发展以及人们环保意识的提高，新能源电动汽车迎来爆发式增长。

新能源汽车和电网互动（Vehicle-to-Grid，V2G）技术是将电动汽车车载电池作为分布式储能单元，实现车辆和电网之间能量与信息双向传递的技术。应用V2G技术可使无序充电转变为有序充电，并将电动汽车作为移动的、分布式储能单元接入电网。

同时，V2G技术可减少火电或其他常规机组的备用容量，提高供电稳定性，降低电网在用容量和设备改造等方面的投资，带来可观的社会效益和经济效益。

一、V2G技术的好处

在传统能源结构下，发电厂将煤炭、水等一次能源转换成电能，经过大电网的发输配最终给到负荷端，“源网荷”各司其职。

伴随新能源汽车的大量普及，大规模集中或分布接入电网充电，即插即用工作方式和时间节奏使得“负荷侧”存在了随机性和波动性。未经引导的新能源汽车充电负荷可能会产生新的负荷高峰，给电网的运营带来挑战，负荷的无序增长可瞬时拉低电网电压与频率，降低有功输出等。

新能源汽车的空闲时间较长，尤其是私家车，车载大容量电池可以作为电网分布式的储能装置，通过V2G技术将多余的电能反馈到电网中，以供给其他用户使用。当电网需求高峰时，V2G技术可以将车辆储存的能量释放回电网，帮助平衡电网负荷。

相反，当电网需求低谷时，新能源汽车可以从电网接受能量并进行充电。简单说就是把新能源车通过充电桩接入电网，让新能源车和电网产生和谐的互利互助的双赢模式，电网需要新能源车接入电网进行调度，新能源车在空闲的时候可以把余电销售给电网，赚取部分收益。

这改变了电池在电动汽车中的基本属性，从单纯的储能元件，变成“储能+放电+智能”装置。

同样V2G的储能模式还可以用于解决电网负荷的削峰填谷、提高供电质量、解决新能源发电的随机性和间歇性问题。

电动汽车在晚上电力需求小，电价低时从电网充电，白天电力需求大，电价高时将电反馈给电网，起到削峰填谷、平衡电网的作用。

改善电能质量，通过电动汽车储能优化供电品质如负载跟踪，频率、电压和功率因子管理或修正。

对间歇性的可再生能源接入电网起到缓冲作用。如遇到大风时将过量的风电储存在电动汽车里，在负载高峰时再反馈给电网，从而对间歇性的风能起到稳定作用。

电动汽车可以作为分布式储能系统，在突然停电状态下提供备用电力。

二、V2G的组成与实现

智能电网为电动汽车与电网间的互动提供应用平台，V2G的组成部分主要包括新能源电动汽车、能源供应商、电网运营商、移动运营商、用户等，如图3所示.

目前V2G的实现方法可分四类：集中式V2G实现方法、自治式V2G实现方法、基于微电网的V2G实现方法以及基于更换电池组的V2G实现方法。

集中式V2G。指将某一区域内的新能源汽车聚集在一起，按照电网的需求对此区域内车辆既定的电网输馈电进行统一调配，比如修建V2G使用的停车场，个体之间则按照一定的差异控制来协调每台电动汽车的充放电行为。此种方式采用统一的调度和集中的管理，可以实现整体上的最优。

自治式V2G。指所有新能源汽车均安装有车载式信息传输装置，可实时与智能电网进行信息双向交互，根据智能电网发布的有、无功需求和价格信息，车辆则根据自身电池电量等情况有选择的进行响应。

这种方式主要特点是具有极高的灵活性，每一台电动车都作为一个独立的结点分散在各处。由于不受统一的管理，每台车的充放电具有很大的随机性。

基于更换电池组的V2G。其源于更换电池组的电动汽车供电模式，类似于集中式，但在运营行为上有所差异。

不同于集中式对车辆的整合，更注重于电池本身的集中。此种方式适用于换电站，换电站将储存的大量电池进行集中整合，在适当的调配下使电池直接参与电网的优化运行。

基于微电网的V2G。将电动汽车作为临时电源接入到微网中，并可具体根据微网的特点选择合适的接入方式。

微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，该系统亦能包含有风能，太阳能等发电装置，并与大电网相联接。

这种 V2G 实现方法的直接对象不是大电网，而是微网，为微网内的分布电源提供支持，并为相关负载供电。此种方式可适用于家庭和商业用户。

关于新能源车与电网互联，除了新能源车向电网供电模式(V2G)以外，还衍生出V2L（Vehicle-to-Load）负载紧急供电、V2H（Vehicle-to-Home）家庭备用电源、V2B（Vehicle-to-Building）楼宇供电、V2mG（Vehicle-to-microgrid）局域微电网供电等等几种模式。

V2G侧重于对电网中的电动汽车集群统一管理、统一调度，通过储能为电网削峰填谷，因此电能必须可在电网、充电设施与电动车三者间双向流动，被认为是充电基础设施的终极应用模式。

V2H／V2B概念则是V2G的缩小版，是住宅或商业大楼与电动汽车之间可以进行电能双向流动。依据技术困难度、所需处理的信息复杂度及商业化可行性，由近到远V2H、V2B与V2G可视为车与电网互联未来发展的3阶段。

三、V2G的关键技术

V2G的实现属于系统性工程，需要将车主、V2G装置、电网、信息化调度等各个环节的技术和渠道打通，技术的突破是V2G发展的前提条件。

双向充电器及关联技术。V2G实现的前提是能量的双向流动，目前的充电桩大部分为单向充电桩，只具有AC-DC的整流功能而不具备DC-AC的逆变功能。

目前的技术趋势和技术难点主要在于拓扑结构的选择、集成和控制策略的改进。V2G装置的结构模型分为单级式（双向AC-DC）和两级式(双向AC-DC和双向DC-DC)。

单级式结构简单，但控制复杂，对电网冲击较大；双级式器件数量较多，但响应速度快、效率高、谐波畸变更小，是目前的主流结构模型。

集成和控制策略的研究热点未来电动汽车双向电流器与车体的结合方式、有序充电控制算法软件等。

供需匹配预测及调度技术。在V2G模式下，新能源电动汽车具有“源”和“荷”的双重特性。但电动汽车入网和离网的数量、时间都具有很强的随机性，无法用单一的数学模型进行准确描述。

如何实时可控地维持电量的供需平衡，如何精准有效地调度可用容量是V2G走向商业化的关键。

电动汽车作为V2G中的执行者，数量多、分布广，时间和空间特性都很随机。其搭载的电池以及车体本身的状态、可用容量、运行习惯都会影响到整个网络的运行。

因此，需要基于用户出行的大量数据样本形成电动汽车用户用车习惯自学习，从而建立电动汽车负荷预测模型，掌握电动汽车的“源”、“荷”时空分布特性。

并以此为基础综合考虑电动汽车的出行交通网络拓扑结构、车体自身电量状态、所在电网信息等因素，建立电动汽车的车-路-网连续潮流模型。电网作为两头的抓手，既需要预测“供应量”，也需要预测“需求量”，从而达成供需的匹配。

未来，V2G的运营模式将会类似于电力市场现货交易模式，采用“日前+日内”相结合的方式。调度系统根据历史数据、预测数据分析电力缺口，发布日前邀约，电动汽车的聚合商或业主根据自身情况响应邀约，而后调度系统根据邀约情况，实时调整平衡供需。

电池寿命及管理技术。电动汽车加入了V2G的队伍，势必会增加汽车电池的充放电次数，必然会影响电池寿命。受到多方面因素的影响，除了电池材料本身，电池包的结构设计、热设计，使用过程中的充放电电流大小、温度、剩余电量都有极大的影响。

不管作为车企还是作为车主，电池寿命的影响都是导致不愿意部署双向充电技术的主要原因。如何提高电池寿命、优化充放电策略也是影响V2G发展的关键技术之一。

顶层设计与标准制定。电动汽车作为分布式电源向电网输电，需要更为严格的技术规范、保护装置以及资源调配能力。

目前车-桩-网之间的通信协议仍未统一，不同的通信接口和协议阻碍了电网的统一协调调度，影响车辆与电网的交互。

四、V2G技术的展望

尽管，当下面临诸多挑战，但是在双碳目标和全球能源转型背景下，发展V2G技术已是大势所趋，各个国家、各大企业已经开始了积极的探索。

一个产业的发展必须要有经济性。V2G给电网带来的价值不言而喻，V2G能给车主带来什么？2022年南网电动汽车公司为车主提供“V2G充电”、“有序充电”两款产品，鼓励车主参与车网互动。

选择了“有序充电”每度电可节省充电费用0.6元；而选择了“V2G充电”每度电可获得到2元的补偿。如以续航600公里的新能源车为例，充满一次约需70度电，在电价谷时段充满电，需花费仅需42元。电价波峰时反向放电，则可得到约140元的电价补偿，这意味着这辆新能源汽车在原地不动，可以为车主带来100元的进账。

在巨大的市场需求下，为了从技术上和市场上推动V2G的大力发展，国家给出了大力支持，一系列政策已经将V2G列为国策。

2023年6月8日，国务院办公厅印发《关于进一步构建高质量充电基础设施体系的指导意见》，意见提出提升车网双向互动能力。充分发挥新能源汽车在电化学储能体系中的重要作用，加强电动汽车与电网能量互动，提高电网调峰调频、安全应急等响应能力，推动车联网、车网互动、源网荷储一体化、光储充换一体站等试点示范。

2023年5月14日，国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推进充电基础设施建设更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》，意见提出：鼓励开展电动汽车与电网双向互动（V2G）落实峰谷分时电价政策，鼓励用户低谷时段充电。

同时，各省市也在积极推进V2G的落地。2021年4月，全国规模最大、聚合调控能力最大的V2G商业运营示范项目——保定长城工业园区车网互动示范试点项目投运。2022年7月，浙江省首个V2G公交充电桩项目在嘉善县环北东路公交停保场投入运行。

企业方面，日产、雷诺、保时捷等车企已经实现了V2G双向充电功能；大众从2022年起对出自集团MEB平台的所有纯电动车型推出V2G双向充电技术，旗下奥迪、柯斯达等品牌也将陆续配备V2G技术。长城汽车、比亚迪、吉利、一汽、小鹏、蔚来、赛力斯汽车等企业陆续开展了对V2G技术的探索。

总之，V2G还像一个襁褓中的婴儿，需要车-桩-网之间以标准约束，将诸多环节一一打通，也需要整车企业、运营商、电网企业等给与更多的关注和探索。

基于 V2G 技术使电动汽车与电网互动能够合理分配电网负荷，用户也可从参与电网调度服务中获得相应的收益， 降低了电动汽车整个生命周期的使用成本，V2G 技术的使用将有利于电动汽车的推广和普及。

汽车的“智能化”目标是无人驾驶，汽车的“网联化”目标是构建新型智慧交通，而汽车的“新能源化”的目标必然是V2G!

参考文献：

[1]欧阳明高：车网互动（V2G）技术潜力与实施可行性，电动汽车百人会https://mp.weixin.qq.com/s/TK0bCUPrNbrG52k8jHLc8A

[2]蔚来正在做一场关于「能源」的大规模社会实验https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404725577411068279

[3]赵世佳,刘宗巍,郝瀚,等. 中国V2G关键技术及其发展对策研究[J]. 汽车技术,2018(9):1-5.

[4]Sonali Goel, Renu Sharma, Akshay Kumar Rathore.A review on barrier and challenges of electric vehicle in India and vehicle to grid optimization[J].Transportation Engineering,Volume 4,2021

[5]王响. V2G模式下电动汽车充放电控制研究[D].东北石油大学,2021.

[6]杨宇航.电动汽车与电网双向互动V2G技术综述[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2022(9):4.

[7]魏臣.基于V2G技术的微电网优化调度的研究[D].华北电力大学,2015.

[8]贺瑜环,杨秀媛,陈麒宇等.电动汽车智能充放电控制与应用综述[J].发电技术,2021,42(02)

[9]贾紫蕊.基于V2G技术的双向AC-DC变换器及其关键技术研究[D].浙江大学,2014.

[10]Icaza D, Borge-Diez D, Galindo S P, et al. Analysis of Smart Energy Systems and High Participation of V2G Impact for the Ecuadorian 100% Renewable Energy System by 2050[J]. Energies, 2023, 16(10): 4045.

[11]Zhu C. Research on Vehicle-pile-Grid Interconnection and Interaction Technology[C]//2023 9th International Conference on Electrical Engineering, Control and Robotics (EECR). IEEE, 2023: 256-261.

[12] Ravi, S Sudharshan, M Aziz. Utilization of electric vehicles for vehicle-to-grid services: Progress and perspectives[J].Energies, 2022 15(2): 589.

[13]张宁. V2G智能调度研究[J]. 新一代信息技术,2019,2(11):62-66.

[14]曹光宇,金勇,喻杰,等. 国外V2G模式的发展现状分析[J]. 上海节能,2017(3):115-120.

[15]刘晓飞,张千帆,崔淑梅. 电动汽车V2G技术综述[J]. 电工技术学报,2012,27(2):121-127.