丰田公司的电动车入网技术应用案例分析

闻岩

2007年,日本的福田康夫内阁第一次在其《年度环境白皮书及循环型社会白皮书》中提出了“低碳消费社会”的概念。其目的,是为建设一个更少地排放二氧化碳这一产生温室效应气体的社会。但是,为了实现低碳消费社会,需要从根本上改变人类社会长久以来追求舒适生活这一基本理念,同时还要确立新的技术模式、新的市场评价体系和建立新的价值观。

为顺应这一潮流,2012年丰田汽车公司(以下简称为丰田)推出了下一代环保车——插电式混合动力车(PHV)和电动车(EV)(以下如无特别区分的必要,一律统称为电动车)。在研发电动车的过程中,丰田意识到:驱动电动车所需电量是很大的。据估算,电动车每天使用的电量,要超过一般家庭用电量的3成以上。当电动车普及到一定程度,这种程度的用电增幅,就会出现充电时间集中在某个特定时间带的现象,而不可避免地会增加电网的负担。这个问题如果不能得到妥善解决,最后会成为影响车辆销售的重大问题。

2000年代,美国政府及相关部门首次提出了智能网络的概念,即通过有效地控制用输电网所连接的从发电设施、蓄电设施到电力用户等各个要素,而实现整个电网的效率化运转。同时减少整个过程中产生的能源损耗,进而减少二氧化碳等温室气体的排放量。这个概念从一个全新的角度挖掘出电动车的利用方法,为其推广和普及提供了一条新的思路。

从社会整体的角度看,为了实现低碳消费社会,环保车是一个必要的手段。但是利用其充电容量来对电网供电进行适当的控制,可以在更高层次上减少整个社会的碳消费量。实现这一目标,需要充实能够适当地控制电网中各个要素的硬件设备。

为减轻电动车对社会造成的负面影响,同时能够通过自公司产品对社会做出贡献,丰田提出了新的解决方案:从汽车用户的视点出发,用网络技术作为媒介,调控电力的供需关系、实现维持电力的安定供给和节省能源的新型电网。

丰田解决方案的核心,是开发了综合管理电动车与住宅能量使用效率的系统——“丰田智能中心(Toyota Smart Center)”。

丰田智能中心的特征是:整合电动车、装备了家庭能源管理系统(HEMS,Home Energy Management System)的住宅所使用电能,将其与电力公司的供电以及自己家庭利用自然能源所发电力等各个方面,根据家庭需要及外部电力供需状况,及时调整供需平衡。同时,还可以从住宅外部进行调控。

丰田公司的电动车入网技术应用案例分析

图1 丰田智能中心概念图

智能中心综合从电动车传送来的车载蓄电池残余电量,以及从家庭能源管理系统传来的住宅内电力消费信息,结合气象预报数据和电力公司的分时电费单价等信息,力图在实现整个社会的二氧化碳排放和居民电费负担的最小化的前提下,调整车辆的充电和住宅内的电力消费。

另外,如果通过智能手机等联网,即使车辆处于外出状态,仍然可以与智能中心进行数据交换,以调整能量的消费状态。

比如:对于插电式混合动力车、电动车可以确认车载电池的残余电量,对于电动车可以确认可以行驶的距离,所需充电时间以及遥控空调启动和关闭;对于住宅可以在确认电力消费量、太阳光发电的发电量、家用蓄电池的蓄电量、热水器的热水存量和温度等之后,遥控家庭用蓄电池及热水器的工作状态。

在电动车与住宅相结合方面,丰田有着得天独厚的优势:在日本的汽车厂家中,丰田是很少见的拥有住宅制造和销售子公司的集团企业。创业于1950年丰田Home是一家丰田集团旗下的不动产开发公司,在“低碳消费社会”的新时代,它找到了新的成长落脚点。

2010年9月,丰田与丰田Home在青森县六所村开始了智能电网的验证实验。在这里,丰田Home建设了两幢安装了太阳能发电系统的住宅,并配备两辆插电式混合动力车。在进行实验的同时,积累智能中心的控制数据,并以这些数据为基础解决使用中出现的问题。同一年,在村中电网中得到了电力自给率达80%这一结果(积雪季节之外)。而六所村所在的青森县处于日本的北方,变化剧烈的气候环境又为开发电动车提供料便利条件。

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