從電動汽車充電站到太陽能解決方案，通過實(shí)時(shí)控制等先進(jìn)技術(shù)，城市正在變得更加高效

去年，一項(xiàng)探討已久的議題在上海付諸實(shí)踐：電動汽車 （EV） 是否可以成為城市電網(wǎng)的一種靈活能源？

電動汽車駕駛員從公用事業(yè)公司獲得充電時(shí)間信號，從而在可再生能源最充足時(shí)加以利用，并充分利用資源，避免浪費(fèi)。1 EV 電池成為車輪上的能源存儲容器，能夠在能源需求超出供給時(shí)，將多余的電量釋放到主電網(wǎng)中。

這一創(chuàng)新的試點(diǎn)項(xiàng)目顯示，日常生活中使用的家用充電器、公共充電器和電池交換站等不同類型的充電器，均可在支持城市電網(wǎng)的過程中發(fā)揮不同作用。作為中國新基建計(jì)劃的一部分，新能源車輛充電站的擴(kuò)張現(xiàn)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和環(huán)境保護(hù)長遠(yuǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵部分。

全球范圍內(nèi)的其他城市也在節(jié)能減排上迅速展開行動。技術(shù)是幫助他們履行節(jié)能減排承諾的關(guān)鍵所在，因?yàn)榧夹g(shù)能夠在解決能源效率的相關(guān)挑戰(zhàn)時(shí)提供更出色的功率密度。

可通過更加高效、功能更強(qiáng)大的系統(tǒng)，重點(diǎn)增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力（即時(shí)處理可在萬億分之一秒內(nèi)收集數(shù)據(jù)并更新閉環(huán)系統(tǒng)），從而顯著降低排放。實(shí)時(shí)控制是在能源管理領(lǐng)域開啟下一波創(chuàng)新浪潮的關(guān)鍵因素。

作為 TI C2000? 微控制器 （MCUs） 的經(jīng)理，我發(fā)現(xiàn)隨著人們想用更少的能源實(shí)現(xiàn)更多功能，同時(shí)他們對實(shí)時(shí)控制的需求在不斷增長。展望未來，我認(rèn)為實(shí)時(shí)控制會在以下方面對交通和能源使用造成顯著影響：

提高 EV 的里程和性能。

升級和增強(qiáng) EV 充電基礎(chǔ)設(shè)施。

通過太陽能解決方案對能源存儲方式進(jìn)行革新。

實(shí)時(shí)控制為什么重要

盡管實(shí)時(shí)控制并不是一項(xiàng)新技術(shù) – TI 在大約二十年前就推出了專用控制器，推動了數(shù)字信號處理領(lǐng)域的創(chuàng)新 – 近年來，由于這些元件在智能自動化系統(tǒng)中的廣泛使用，全球 MCU 市場出現(xiàn)了顯著增長。2 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和更新系統(tǒng)的時(shí)間窗口極短。這種控制對于電源轉(zhuǎn)換和高級電機(jī)控制應(yīng)用非常重要，例如工廠中機(jī)器人的移動。

對于能夠轉(zhuǎn)動電機(jī)和轉(zhuǎn)換電源的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)工程師們面臨著越來越多提高效率、精度和產(chǎn)品尺寸的要求。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制最大化和最優(yōu)化，需要在系統(tǒng)中使用特別的嵌入式器件，這種器件可以顯著縮短延遲、實(shí)現(xiàn)低功耗和成本效益。如果工程師嘗試使用非實(shí)時(shí)控制器件而非針對控制應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的單一微控制器，就可能會在無意間延長設(shè)計(jì)時(shí)間。

如果我們對城市中的某些能源敏感領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)時(shí)控制技術(shù)（例如增加 EV 和利用太陽能），就可以看到它們對能源存儲和管理的產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的潛力。

擴(kuò)展 EV 的里程和性能

EV 中幾乎每個(gè)子系統(tǒng)都依賴于某種形式的實(shí)時(shí)控制。大量激動人心的創(chuàng)新使得汽車變得更加高效，并提升了駕駛樂趣，同時(shí)還可應(yīng)對里程焦慮、充電時(shí)間和阻礙 EV 普及的其他障礙。

全新的電源技術(shù)（例如氮化鎵 （GaN））有可通過提高功率密度和效率、增加行駛里程并改善可靠性來應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的潛力。但要釋放 GaN 的潛力，就需要使用實(shí)時(shí)控制器，它能夠?qū)⒏唛_關(guān)頻率與可配置控制相結(jié)合，從而更大程度減少功率損耗和噪聲。微控制器可幫助 GaN 實(shí)現(xiàn)超高的功效和功率密度。

實(shí)時(shí)控制的進(jìn)一步發(fā)展可提升處理能力并增強(qiáng)感應(yīng)和驅(qū)動性能，這樣可實(shí)現(xiàn)更高的精度和效率，并通過提高系統(tǒng)集成度使汽車更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

升級和增強(qiáng) EV 充電基礎(chǔ)設(shè)施

EV 的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁 – 汽車制造商們投資并大規(guī)模生產(chǎn)使用更清潔的能源的汽車 – 城市可能需要加大投資高性能充電基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足更多電動汽車的充電需求。

這些充電站所用的技術(shù)必須具有成本效益，還必須縮短充電時(shí)間。要提供快速充電體驗(yàn)并盡量減少功率損耗，實(shí)時(shí)控制至關(guān)重要，它同時(shí)還能減少對電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的限制，因?yàn)?EV 充電系統(tǒng)可將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?EV 電池充電所用的直流電。高充電效率還有助于駕駛員快速為電池充電，并更快地上路行駛。

通過太陽能解決方案對能源存儲方式進(jìn)行革新

上海進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)只是城市將可再生能源轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的電源資源的一種嘗試。

光伏逆變器系統(tǒng)領(lǐng)域正在進(jìn)行一場革命，利用電池的存儲容量，使得在沒有陽光的情況下也能提供能源。這些系統(tǒng)結(jié)合了實(shí)時(shí)控制的幾個(gè)關(guān)鍵支柱：從太陽能板向電網(wǎng)傳輸，從電網(wǎng)向儲能電池傳輸，以及從電池回傳到電網(wǎng)。這里有三個(gè)節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換，其中可能會產(chǎn)生電源損耗，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需仔細(xì)斟酌。 實(shí)時(shí)控制可提供最大化輸出所需的精度，同時(shí)更大程度減少雙向電源轉(zhuǎn)換的功率損耗，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中直流電和交流電的雙向高效流動。

可再生能源需要受到實(shí)時(shí)控制。現(xiàn)在，減少碳排放的要求在全球范圍內(nèi)日益緊迫，而實(shí)時(shí)控制是使系統(tǒng)能效更高、讓環(huán)境更加美好的核心關(guān)鍵。