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

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

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

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

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)汽車公司指出，“消費(fèi)者對V2H的實(shí)際需求正在增加”。

以提升電動汽車的附加價值為目標(biāo)

目前，致力于研發(fā)V2H功能的汽車廠商主要有日產(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)。通過使用電力轉(zhuǎn)換裝置(PCS)將直流電轉(zhuǎn)化為交流電對家庭進(jìn)行供電。不同汽車廠商的PCS配置、汽車輸出電力方式各不相同。

日本目前已經(jīng)有太陽能發(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。汽車廠商將V2H功能加入到電動汽車后，有的廠商旨在簡化現(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。

盡管電動汽車有EV(電動汽車)、PHV(外充電式混合動力汽車)等多種選擇，但從實(shí)際銷售來看，除了混合動力汽車(HV)之外，其它種類目前都面臨著市場普及不足問題。

豐田與本田預(yù)計(jì)在2015年發(fā)售的FCV(氫燃料電池車)中的氫氣補(bǔ)充站的建設(shè)等，也需要更長時間來推廣。然而，各廠商仍都希望通過V2H的實(shí)際應(yīng)用，在一定意義上提高電動汽車的附加價值，并以此推動電動汽車進(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V2H系統(tǒng)——“EV發(fā)電站”(尼吉康制造)至今銷售了約2000臺。這一套裝置最多可以從EV“聆風(fēng)(LEAF)”的車載鋰電池中轉(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)汽車電池的快速充電接口中輸出直流電、在PCS內(nèi)部會轉(zhuǎn)化為交流電為家庭輸出電力。

圖3在住宅內(nèi)對使用汽車供電還是電力公司供電進(jìn)行任意切換。使用V2H系統(tǒng)時，利用分電盤上的開關(guān)便可進(jìn)行切換。

在日本國內(nèi)銷售的4萬臺聆風(fēng)中，有5%的客戶選擇了購買這一系統(tǒng)，推廣的主要賣點(diǎn)就是注重宣傳該系統(tǒng)可以通過錯峰用電來減少電費(fèi)。

這一系統(tǒng)目前算上補(bǔ)貼的價格為34萬日元。利用相對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)電站的開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)向家庭供電。

日產(chǎn)考慮在歐美國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供電這一點(diǎn)上同樣采取了節(jié)約成本的方案(圖3)。對電力公司來說，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)，每個接入設(shè)備都要取得地方電力公司的許可。對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)用戶大量時間。

因此，EV發(fā)電站在分電盤上安裝了切換開關(guān)，用戶可用于選擇切換使用汽車供電或者電力公司供電;而使用聆風(fēng)汽車供電時，分電盤便可以在物理上將汽車與電力網(wǎng)隔開，這樣一來便不再需要系統(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)電站在一開始無法在屋內(nèi)觀察電池剩余電量和設(shè)置開始時間，必須去屋外的EV發(fā)電站上進(jìn)行設(shè)置。而從2014年1月開始，系統(tǒng)增加了在室內(nèi)設(shè)置時間和觀察電量的監(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，但日產(chǎn)仍計(jì)劃進(jìn)行新的開發(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參與競爭”。日產(chǎn)現(xiàn)在已經(jīng)開始使用日產(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)公司同樣開始進(jìn)一步研究V2H系統(tǒng)在歐美國家的制造和銷售。日產(chǎn)公司準(zhǔn)備在全世界銷售10萬臺以上聆風(fēng)汽車，尤其是美國的夜間電力比日本價格更加低廉， “如果用汽車儲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，這比在日本的時間更短”，日產(chǎn)汽車企劃與尖端技術(shù)開發(fā)本部主任中野智之對此非常有信心。

本田汽車提供更大供電能力

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

本田已經(jīng)開始進(jìn)行利用氫燃料電池車(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車內(nèi)配備了大容量的氫氣罐，用以實(shí)現(xiàn)媲美汽油車的續(xù)航距離。

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

FCV的另一個特點(diǎn)就是氫氣可以在短時間內(nèi)補(bǔ)充完畢。只要附近有氫氣補(bǔ)充站，車載氫氣罐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使用就會難免受到限制。

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。

“移動的發(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10kW的發(fā)電設(shè)備，將認(rèn)定為發(fā)電站對其進(jìn)行管理，必須取得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的認(rèn)可。因此，這次開發(fā)的產(chǎn)品將輸出功率控制在10kW以下。

具體來說，每臺汽車輸出功率為9kW，其中6 kW將通過電力轉(zhuǎn)換設(shè)備“可移動變電箱”提供給住宅，剩余3kW將為100V的插座提供電源。

可移動變電箱安裝在汽車的后備箱內(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變電箱內(nèi)輸出電力。岡部說，“重新制造可以負(fù)荷9kW電力的接口和電纜會大大提高成本，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,對住宅供電6kW。通過為V2H系統(tǒng)新增的CHAdeMO接口與汽車相連輸出電流。(b)系統(tǒng)構(gòu)成。使用V2H系統(tǒng)時，將住宅安裝的接線盒的插頭插入PCS中即可。

汽車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，因此車上沒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的CHAdeMO接口后，便可從汽車中獲取直流電。而汽車和接線盒之間只有進(jìn)行CAN通信(Controller Area Network)確認(rèn)安全后才會輸出電流。

FCV或在2025到2030年左右得到普及

FCV在住宅使用時與聆風(fēng)一樣，采取FCV供電與電力公司供電自由切換使用的方式。用戶可以通過操作平板電腦上的應(yīng)用軟件，來對分電盤上的切換開關(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，通過汽車對家庭供電以進(jìn)行錯峰用電。但除了氫燃料相關(guān)設(shè)施建設(shè)需要時間來普及以外，針對FCV的氫氣銷售價格也尚未確定。因此,目前只是作為應(yīng)急電源對消費(fèi)者有一定吸引力。

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

豐田汽車結(jié)合使用住宅蓄電池

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

圖6為豐田汽車正在試驗(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)的蓄電池儲存。(b)日常使用時將汽車輸出的電力儲存于蓄電池內(nèi)使用。

這種使用方式有兩個優(yōu)點(diǎn)。一是由于利用了家用蓄電系統(tǒng)，汽車內(nèi)安裝的電力轉(zhuǎn)換裝置便可以做到低成本和小型化;二是即使從汽車中輸出的電流不夠穩(wěn)定，經(jīng)過家用蓄電池內(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格通常在20萬日元以上，如果汽車包含了蓄電池，成本就會相應(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)通過個別協(xié)議獲得了系統(tǒng)聯(lián)系的許可，因此在住宅內(nèi)可以同時用電力公司和汽車來供電，這樣一來豐田的系統(tǒng)的利用率相對更高。

汽車配備了日常用與應(yīng)急用兩種對住宅供電的電源線。在錯峰用電時使用日常用電源線將汽車電力輸送進(jìn)蓄電池內(nèi)存儲，需要時通過分電盤將蓄電池內(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分電盤便能對住宅進(jìn)行供電。在應(yīng)急使用時普銳斯PHV可以利用汽油維持汽車發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，加上車載電池(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)，如果電動汽車(EV、PHV和FCV等)能夠和住宅用太陽能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、燃料電池一樣，獲得汽車電力轉(zhuǎn)換裝置許可的話，那么V2H功能的使用將會更加簡便。

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

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

由各充電器廠商加盟組成的EVPOSSA(電動汽車用電力供給系統(tǒng)商討會)在2014年4月末公布了V2H的指導(dǎo)方針。該指導(dǎo)方針對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)國外制造商采用日本研發(fā)的V2H系統(tǒng)。