如今，日本的汽車(chē)不僅可以代步，還能給家里供電。擁有這一特性的“V2H(Vehicle to home)”功能已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)上開(kāi)始了實(shí)際應(yīng)用，外充電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHV)和燃料電池車(chē)(FCV)的此項(xiàng)功能也在開(kāi)發(fā)之中。這是以往的汽油車(chē)所不能比擬的。未來(lái)汽車(chē)與家庭之間的能源轉(zhuǎn)換，極有可能為汽車(chē)增添新的附加值。

目前，日本的研究人員已經(jīng)開(kāi)始探索最適合將電動(dòng)汽車(chē)普及到大眾的V2H系統(tǒng)。

V2H的優(yōu)勢(shì)在于，它能通過(guò)“錯(cuò)峰用電”減少家庭的電費(fèi)支出，并在停電時(shí)作為應(yīng)急電源使用。使用V2H，在夜晚用相對(duì)便宜的深夜電力給汽車(chē)充電后，白天用電高峰期用汽車(chē)給家庭供電，這樣就可以減少電費(fèi)支出。

而一旦汽車(chē)的能源可以轉(zhuǎn)化為電力，在停電等非常時(shí)期該項(xiàng)功能便可以使汽車(chē)作為家用電源來(lái)使用。

自從東日本大地震后，日本實(shí)行的計(jì)劃停電政策使得因臺(tái)風(fēng)和暴風(fēng)等自然災(zāi)害造成的停電情況增多，日產(chǎn)汽車(chē)公司指出，“消費(fèi)者對(duì)V2H的實(shí)際需求正在增加”。

以提升電動(dòng)汽車(chē)的附加價(jià)值為目標(biāo)

目前，致力于研發(fā)V2H功能的汽車(chē)廠商主要有日產(chǎn)、本田和豐田三家企業(yè)。日產(chǎn)目前已經(jīng)開(kāi)始了實(shí)際應(yīng)用，而本田與豐田正處于應(yīng)用試驗(yàn)階段。盡管功能都是減少高峰用電和作為應(yīng)急電源，不同汽車(chē)廠商的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、輸出功率與供電能力等都有一些不同。

圖1為V2H的基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用電力轉(zhuǎn)換裝置(PCS)將直流電轉(zhuǎn)化為交流電對(duì)家庭進(jìn)行供電。不同汽車(chē)廠商的PCS配置、汽車(chē)輸出電力方式各不相同。

日本目前已經(jīng)有太陽(yáng)能發(fā)電、家用蓄電池、家用燃料電池和天然氣發(fā)電等多種住宅自家發(fā)電設(shè)備。汽車(chē)廠商將V2H功能加入到電動(dòng)汽車(chē)后，有的廠商旨在簡(jiǎn)化現(xiàn)有家庭發(fā)電系統(tǒng)，也有廠商與現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，讓使用方式更加靈活多樣。

盡管電動(dòng)汽車(chē)有EV(電動(dòng)汽車(chē))、PHV(外充電式混合動(dòng)力汽車(chē))等多種選擇，但從實(shí)際銷售來(lái)看，除了混合動(dòng)力汽車(chē)(HV)之外，其它種類目前都面臨著市場(chǎng)普及不足問(wèn)題。

豐田與本田預(yù)計(jì)在2015年發(fā)售的FCV(氫燃料電池車(chē))中的氫氣補(bǔ)充站的建設(shè)等，也需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)推廣。然而，各廠商仍都希望通過(guò)V2H的實(shí)際應(yīng)用，在一定意義上提高電動(dòng)汽車(chē)的附加價(jià)值，并以此推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步普及。

日產(chǎn)公司以節(jié)約成本為先

日產(chǎn)生產(chǎn)的世界第一個(gè)V2H系統(tǒng)——“EV發(fā)電站”(尼吉康制造)至今銷售了約2000臺(tái)。這一套裝置最多可以從EV“聆風(fēng)(LEAF)”的車(chē)載鋰電池中轉(zhuǎn)化出6kW的電力供家庭使用。

圖2為日產(chǎn)汽車(chē)的V2H系統(tǒng)。采用了尼吉康生產(chǎn)的電力轉(zhuǎn)化裝置(PCS)——“EV發(fā)電站。”這一裝置可以從日產(chǎn)汽車(chē)電池的快速充電接口中輸出直流電、在PCS內(nèi)部會(huì)轉(zhuǎn)化為交流電為家庭輸出電力。

圖3在住宅內(nèi)對(duì)使用汽車(chē)供電還是電力公司供電進(jìn)行任意切換。使用V2H系統(tǒng)時(shí)，利用分電盤(pán)上的開(kāi)關(guān)便可進(jìn)行切換。

在日本國(guó)內(nèi)銷售的4萬(wàn)臺(tái)聆風(fēng)中，有5%的客戶選擇了購(gòu)買(mǎi)這一系統(tǒng)，推廣的主要賣(mài)點(diǎn)就是注重宣傳該系統(tǒng)可以通過(guò)錯(cuò)峰用電來(lái)減少電費(fèi)。

這一系統(tǒng)目前算上補(bǔ)貼的價(jià)格為34萬(wàn)日元。利用相對(duì)便宜的深夜電力為電池充電后，在白天為家庭提供一部分電力，據(jù)稱用這種方式大約7年便可收回初期成本。而且汽車(chē)本身幾乎不需重新改裝接口，與豐田和本田的系統(tǒng)相比，日產(chǎn)系統(tǒng)更加重視實(shí)用性。

為了讓V2H系統(tǒng)更加實(shí)用，日產(chǎn)公司高效利用現(xiàn)有的系統(tǒng)以控制生產(chǎn)成本。利用原有的快速充電接口“CHAdeMO”可以從聆風(fēng)中快速輸出電力，與改裝新接口相比節(jié)省了更多成本和人工。只要將EV發(fā)電站的電源插頭插入聆風(fēng)的快速充電接口中，按下EV發(fā)電站的開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)向家庭供電。

日產(chǎn)考慮在歐美國(guó)家制造和銷售該系統(tǒng)

日產(chǎn)在家庭切換使用電力公司和汽車(chē)供電這一點(diǎn)上同樣采取了節(jié)約成本的方案(圖3)。對(duì)電力公司來(lái)說(shuō)，要想將發(fā)電設(shè)備直接接入電力公司的電力網(wǎng)(稱為系統(tǒng)連接)，每個(gè)接入設(shè)備都要取得地方電力公司的許可。對(duì)于面向家庭普及的量產(chǎn)商品而言，這種認(rèn)證手續(xù)不免耗費(fèi)用戶大量時(shí)間。

因此，EV發(fā)電站在分電盤(pán)上安裝了切換開(kāi)關(guān)，用戶可用于選擇切換使用汽車(chē)供電或者電力公司供電;而使用聆風(fēng)汽車(chē)供電時(shí)，分電盤(pán)便可以在物理上將汽車(chē)與電力網(wǎng)隔開(kāi)，這樣一來(lái)便不再需要系統(tǒng)連接的單獨(dú)許可。

該項(xiàng)課題也在根據(jù)消費(fèi)者的建議進(jìn)行改進(jìn)調(diào)整。EV發(fā)電站在一開(kāi)始無(wú)法在屋內(nèi)觀察電池剩余電量和設(shè)置開(kāi)始時(shí)間，必須去屋外的EV發(fā)電站上進(jìn)行設(shè)置。而從2014年1月開(kāi)始，系統(tǒng)增加了在室內(nèi)設(shè)置時(shí)間和觀察電量的監(jiān)控設(shè)備，更加方便了用戶使用。[!--empirenews.page--]

盡管EV發(fā)電站的銷售量只有2000臺(tái)，但日產(chǎn)仍計(jì)劃進(jìn)行新的開(kāi)發(fā)方案。目前的設(shè)備雖然主要由尼吉康生產(chǎn)制造，但在今后，日產(chǎn)準(zhǔn)備更廣泛采用零部件制造商的產(chǎn)品，用于“以高性能和低成本來(lái)參與競(jìng)爭(zhēng)”。日產(chǎn)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用日產(chǎn)椿本興業(yè)的系統(tǒng)在設(shè)備上進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。

日產(chǎn)公司同樣開(kāi)始進(jìn)一步研究V2H系統(tǒng)在歐美國(guó)家的制造和銷售。日產(chǎn)公司準(zhǔn)備在全世界銷售10萬(wàn)臺(tái)以上聆風(fēng)汽車(chē)，尤其是美國(guó)的夜間電力比日本價(jià)格更加低廉， “如果用汽車(chē)儲(chǔ)存深夜電力后用于日間發(fā)電的話，用戶2到3年內(nèi)便可收回成本，這比在日本的時(shí)間更短”，日產(chǎn)汽車(chē)企劃與尖端技術(shù)開(kāi)發(fā)本部主任中野智之對(duì)此非常有信心。

本田汽車(chē)提供更大供電能力

圖4為本田正在試驗(yàn)中的V2H系統(tǒng)。氫燃料電池車(chē)的后備箱內(nèi)搭載了可移動(dòng)電力轉(zhuǎn)換裝置。在不使用V2H系統(tǒng)時(shí)可以取出PCS，充分利用車(chē)內(nèi)空間。

本田已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行利用氫燃料電池車(chē)(FCV)“FCX Clarity”發(fā)電的供電應(yīng)用試驗(yàn)(圖4)。FCV的特點(diǎn)是供電能力更強(qiáng)，在停電等非常時(shí)期可以更加有效地作為應(yīng)急電源使用。

與日產(chǎn)聆風(fēng)中容量為24kWh的鋰電池相比，F(xiàn)CX Clarity擁有60 kWh供電能力，約為日產(chǎn)聆風(fēng)的2.5倍，相當(dāng)于普通家庭6天所需電量。擁有如此強(qiáng)大的供電能力，是因?yàn)镕CX Clarity車(chē)內(nèi)配備了大容量的氫氣罐，用以實(shí)現(xiàn)媲美汽油車(chē)的續(xù)航距離。

為了使汽車(chē)能夠儲(chǔ)蓄更多的能源，電力轉(zhuǎn)化裝置設(shè)計(jì)為可移動(dòng)型。在非常時(shí)期可以將該套設(shè)備裝于汽車(chē)后備箱內(nèi)，在幾個(gè)住宅或公共設(shè)施之間來(lái)回供電，與僅為一處住宅供電相比，該系統(tǒng)的利用率更高。

FCV的另一個(gè)特點(diǎn)就是氫氣可以在短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充完畢。只要附近有氫氣補(bǔ)充站，車(chē)載氫氣罐3分鐘內(nèi)便可充滿。而EV即使利用快速充電系統(tǒng)，充滿電也需要花費(fèi)30分鐘左右，緊急情況下需要頻繁供電時(shí)使用就會(huì)難免受到限制。

有了FCV后，在停電等特殊情況下便可以“不僅方便自己，也為他人提供幫助”，本田技術(shù)研究所主任研究員岡部昌規(guī)說(shuō)。

“移動(dòng)的發(fā)電站”

FCX Clarity不僅擁有強(qiáng)大的供電能力，事實(shí)上輸出功率也相當(dāng)高。依靠氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的氫燃料電池最大的輸出功率可以高達(dá) 100kW，相當(dāng)于30戶家庭的用電。本田公司的岡部稱，“FCX Clarity最終有作為‘移動(dòng)發(fā)電站’使用的潛力”。

但是根據(jù)日本目前的電力事業(yè)法規(guī)定，輸出功率超過(guò)10kW的發(fā)電設(shè)備，將認(rèn)定為發(fā)電站對(duì)其進(jìn)行管理，必須取得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的認(rèn)可。因此，這次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品將輸出功率控制在10kW以下。

具體來(lái)說(shuō)，每臺(tái)汽車(chē)輸出功率為9kW，其中6 kW將通過(guò)電力轉(zhuǎn)換設(shè)備“可移動(dòng)變電箱”提供給住宅，剩余3kW將為100V的插座提供電源。

可移動(dòng)變電箱安裝在汽車(chē)的后備箱內(nèi)。分配給家庭供電的6kW足夠一般家庭使用，并且可以直接利用現(xiàn)有的普通充電接口從可移動(dòng)變電箱內(nèi)輸出電力。岡部說(shuō)，“重新制造可以負(fù)荷9kW電力的接口和電纜會(huì)大大提高成本，利用現(xiàn)有的系統(tǒng)既可以降低成本，又能保證使用上的便利性。”

圖5為電力轉(zhuǎn)換裝置。(a)最大輸出功率為9kW。家用電器直插接口3kW,對(duì)住宅供電6kW。通過(guò)為V2H系統(tǒng)新增的CHAdeMO接口與汽車(chē)相連輸出電流。(b)系統(tǒng)構(gòu)成。使用V2H系統(tǒng)時(shí)，將住宅安裝的接線盒的插頭插入PCS中即可。

汽車(chē)本身主要改裝的地方就是需要增加CHAdeMO接口。與EV和PHV不同的是，F(xiàn)CV以氫氣作為燃料，因此車(chē)上沒(méi)有普通充電和快速充電用的接口。不能利用現(xiàn)有的這些充電接口，F(xiàn)CX Clarity便在后備箱內(nèi)加裝了CHAdeMO接口。

將接線盒的插頭插入汽車(chē)的CHAdeMO接口后，便可從汽車(chē)中獲取直流電。而汽車(chē)和接線盒之間只有進(jìn)行CAN通信(Controller Area Network)確認(rèn)安全后才會(huì)輸出電流。

FCV或在2025到2030年左右得到普及

FCV在住宅使用時(shí)與聆風(fēng)一樣，采取FCV供電與電力公司供電自由切換使用的方式。用戶可以通過(guò)操作平板電腦上的應(yīng)用軟件，來(lái)對(duì)分電盤(pán)上的切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行遙控設(shè)置。

擁有供電能力的FCX Clarity和日產(chǎn)聆風(fēng)一樣，通過(guò)汽車(chē)對(duì)家庭供電以進(jìn)行錯(cuò)峰用電。但除了氫燃料相關(guān)設(shè)施建設(shè)需要時(shí)間來(lái)普及以外，針對(duì)FCV的氫氣銷售價(jià)格也尚未確定。因此,目前只是作為應(yīng)急電源對(duì)消費(fèi)者有一定吸引力。

本田計(jì)劃在2015年對(duì)FCV進(jìn)行量產(chǎn)，屆時(shí)也將計(jì)劃安裝與V2H相應(yīng)的端口。由于FCV同時(shí)還需要提供氫氣相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，因此關(guān)于面向個(gè)人的V2H量產(chǎn)商品的普及時(shí)間問(wèn)題，岡部說(shuō)，“以10到15年后，也就是2015至2030年為目標(biāo)”。[!--empirenews.page--]

豐田汽車(chē)結(jié)合使用住宅蓄電池

豐田汽車(chē)的實(shí)驗(yàn)車(chē)輛為在“普銳斯PHV”上增加了供電功能的改良款。但是這種車(chē)型的電池容量只有4.4kWh，輸出功率為1.5kW，相比蓄電池車(chē)和FCX 都要低。因此,為了彌補(bǔ)較小的輸出功率，汽車(chē)的電力將輸送進(jìn)家用蓄電系統(tǒng)儲(chǔ)存。在需要時(shí)通過(guò)蓄電系統(tǒng)利用分電盤(pán)為家庭輸出電力。

圖6為豐田汽車(chē)正在試驗(yàn)中的V2H系統(tǒng)。(a)從普銳斯PHV的普通充電接口將電力輸送給室內(nèi)的蓄電池儲(chǔ)存。(b)日常使用時(shí)將汽車(chē)輸出的電力儲(chǔ)存于蓄電池內(nèi)使用。

這種使用方式有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是由于利用了家用蓄電系統(tǒng)，汽車(chē)內(nèi)安裝的電力轉(zhuǎn)換裝置便可以做到低成本和小型化;二是即使從汽車(chē)中輸出的電流不夠穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)家用蓄電池內(nèi)部的電力轉(zhuǎn)換裝置后也可以獲得穩(wěn)定電流。

一般1kW左右家用蓄電池的價(jià)格通常在20萬(wàn)日元以上，如果汽車(chē)包含了蓄電池，成本就會(huì)相應(yīng)增加。而利用家用蓄電池的普銳斯PHV電力轉(zhuǎn)換裝置因此成功地降低了成本。

在豐田的應(yīng)用試驗(yàn)中，普銳斯PHV還可以進(jìn)行日產(chǎn)和本田的系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行的系統(tǒng)連接。住宅本身的蓄電系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)個(gè)別協(xié)議獲得了系統(tǒng)聯(lián)系的許可，因此在住宅內(nèi)可以同時(shí)用電力公司和汽車(chē)來(lái)供電，這樣一來(lái)豐田的系統(tǒng)的利用率相對(duì)更高。

汽車(chē)配備了日常用與應(yīng)急用兩種對(duì)住宅供電的電源線。在錯(cuò)峰用電時(shí)使用日常用電源線將汽車(chē)電力輸送進(jìn)蓄電池內(nèi)存儲(chǔ)，需要時(shí)通過(guò)分電盤(pán)將蓄電池內(nèi)電量輸送進(jìn)家庭內(nèi)使用。

另一方面，在停電等特殊情況下，住戶可以手動(dòng)切換電源線，利用應(yīng)急電源線為住宅內(nèi)的專用插座(100V交流電)直接供電。這種特殊情況下可以不用通過(guò)分電盤(pán)便能對(duì)住宅進(jìn)行供電。在應(yīng)急使用時(shí)普銳斯PHV可以利用汽油維持汽車(chē)發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，加上車(chē)載電池(4.4kWh)一共可以確保40kWh(可供一般家庭使用4天)的電力供給能力。

在今后，作為和家庭分電盤(pán)連接的自家發(fā)電裝置(可以進(jìn)行系統(tǒng)連接的自家發(fā)電裝置)，如果電動(dòng)汽車(chē)(EV、PHV和FCV等)能夠和住宅用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、燃料電池一樣，獲得汽車(chē)電力轉(zhuǎn)換裝置許可的話，那么V2H功能的使用將會(huì)更加簡(jiǎn)便。

在豐田的應(yīng)用試驗(yàn)中，除了由豐田公司負(fù)責(zé)整體操作以及提供汽車(chē)實(shí)驗(yàn)之外，電裝公司負(fù)責(zé)參與了HEMS(家庭能源管理系統(tǒng))和充放電站的工作，豐田房地產(chǎn)則為之提供了住宅。

日本充電器廠商制定指導(dǎo)方針

在汽車(chē)制造商不斷強(qiáng)化V2H系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，充電器廠商也在致力于開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。雖然目前充電器只面向日本的汽車(chē)制造商銷售，但充電器廠商預(yù)計(jì)在今后國(guó)外的汽車(chē)制造商也將陸續(xù)在日本國(guó)內(nèi)推出EV以及PHV等產(chǎn)品。隨之而來(lái)的是國(guó)外充電器廠商逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，由此可能會(huì)帶來(lái)V2H方式的多樣化。

由各充電器廠商加盟組成的EVPOSSA(電動(dòng)汽車(chē)用電力供給系統(tǒng)商討會(huì))在2014年4月末公布了V2H的指導(dǎo)方針。該指導(dǎo)方針對(duì)使用普通充電以及快速充電接口的V2H系統(tǒng)制定了相關(guān)規(guī)定。它的發(fā)布也將有利于促進(jìn)國(guó)外制造商采用日本研發(fā)的V2H系統(tǒng)。