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自从2008年特斯拉推出高价位电动跑车Roadster，随后又以Model 3实现了电动汽车（EV）价格的“平民化”以来，EV的发展一直在加速。
由于对全球变暖的担忧加上电池技术的改进，EV已成为最有希望实现人和物无排放运输的优选解决方案。然而，EV普及的一个障碍是发展缓慢的充电基础设施，其挑战和难点并没有得到真正解决。经过几年的研究和试运行，ViGiL（Vehicle-to-Grid Intelligent Control，车辆到电网智能控制）已浮出水面，或将成为一种加快充电基础设施部署的多方面兼顾的解决方案，从而刺激人们使用EV。
充电可用性阻碍EV迅速增长
2020年是全球EV销量首次突破300万辆的一年。据预测，未来12个月内EV在乘用车中的占比将会翻一番。除了全球累计销量占电动车市场EV总销量18%的特斯拉将继续维护领先地位，2021年，仅丰田就将在中国密集投放10款纯电动车型；奥迪旗下第三款纯电动车型e-tron GT量产版也全球首发；日产王牌纯电SUV今年将进入中国市场；现代IONIQ 5即将发布，并于6月正式交付，今年将由北京现代实现国产。
现代IONIQ 5谍照
消费者的选择将越来越多，购买EV的意愿也越来越强烈。英国汽车协会（AA）的一项调查表明，英国有一半年轻人希望拥有一辆EV，但一个最令人担忧的问题是，车辆无法自行解决公共充电桩的可用性问题。调查发现，85%的受访者认为充电站的数目不够。
事实上，EV的充电目前对其普及构成了障碍。虽然电池容量增长迅速，从160公里到现在的300到500公里不等；但EV的价格在下降，消费者的选择在增加，EV的性能也在提高，但充电基础设施并没有跟上。
究竟难在哪里？
分析表明，到2025年，约30%的汽车销售将是全电动或混合动力汽车。随着越来越多的EV出现在道路上，当地电网配电将会出现各种问题，特别是：
·变电站过载：如果大多数人都驾驶EV，下班回家后都开始充电，这会给电网带来巨大动态负荷，需要解决EV如何从建筑物中获取能量的问题。
·无法储存可再生能源：电网多余的能量高峰需要有相当大的能量储存单元，EV可以用来移动储存可再生能源，如风能和太阳能，可以在非高峰时间充电，在高峰时间放电。
·难以大规模升级电网：建设充电基础设施需要对电网进行大规模升级，以应对日益增长的需求压力，需要一种更便宜的解决方案。
·通信协议限制：充电器制造商希望在充电器和汽车之间建立一个全面的网络协议，但IEC 61851和62196规范导致了大量（粗糙的）PWM、CAN总线和IP-over-Power通信以及不兼容的插头。此外，制造商不愿提供有用的EV电池充电状态（为保护专利），这些将继续抑制EV智能充电的潜力。
电能输送应该比燃油更便捷
先看看AC-DC充电，与家用充电器一样，充电速度较慢、负载较轻的AC充电器最适合本地或城市驾驶的充电场景。这是因为大多数旅程都很短，所以他们的能量需求不会随时间而改变。家用汽车的充电显然与EV的销量保持同步，但AC公共充电站很少。由于其价格便宜，而且涵盖大多数场景，应该部署。
然而，大功率快速DC充电器对于长途旅行是必不可少的，这是因为充电率对平均速度的影响要比电池大小大得多。如果我们要在高速公路上驾驶EV，快速充电比大电池更重要，但对于本地或城市驾驶来说，小型电池、慢充电EV将有很大市场。事实证明，2020年的部分新车，Seat Mii、斯柯达CityGoe4和大众e-Up 2.0都将标配适度大小的电池、短程和7kW充电器。
在用户体验方面，EV充电站的用户友好性出乎意料地不如所期望的那样。支付方式可能不一致，计费机制“恶劣”；连接可能出现故障或断断续续；系统可能崩溃，还会遇到插头不匹配的情况。充电比加油的体验差很多。
事实上，我们正处于EV革命的开端，它提供了一个本应优于化石燃料汽车的机会，因为燃料需要输油管道、油罐车、加油站和物流，而电能的输送应该比燃油更便捷，现在只是需要时间来改变。
负载平衡是新基础设施的关键
EV的充电比以往更重要，而EV的负载平衡是新基础设施的关键功能。它有助于充电站在充电车辆之间分配可用电力，即使充电站的可用电源有限，也能确保充电。
充电桩需要负载平衡
部署负载平衡的系统有助于管理工作场所中多辆车之间的充电，例如安排在电价便宜的夜间充电，甚至可以交错或交替进行，而不会导致业务停机。具体讲，负载平衡具有以下优势：
·减少电力基础设施升级需求
家用EV充电通常设计为7kW，AC EV快速充电器的充电额定功率在22kW和43kW之间，而DC途中快速充电器在50kW以上。这意味着根据里程需求，每辆车的大部分充电要求都是一定的。
家用电源电缆的额定功率通常为单相100A（23kW），因此在一个住宅或类似企业或充电桩为多辆EV充电时，峰值用电量可能会超过容量。住宅变电站可为大约100个家庭提供315kW到1000kW的电力，只能支持45辆EV。
负载平衡系统使充电系统能够通过评估可用容量、调整充电速率和/或安排需要充电车辆的充电时间来优化充电。这将有助于降低许多家庭、企业和各种规模配电基础设施的升级成本。
·EV家中充电
EV充电需求取决于EV平均覆盖的里程，而不是EV电池的大小。如果汽车通常每天行驶30公里，相当于每天要充电45分钟（7kW情况下）。住宅负载平衡技术可以利用一个315kW的变电站在8个小时的夜间为小区超过400辆汽车充电。这意味着，如果智能负载平衡技术得到有效应用，电网本身（至少在居民楼层面）就不需要升级。
·EV工作场所充电
许多工作场所为员工安装了充电桩，如果使用负载均衡技术意味着可以在一个工作日内对多辆车同时充电，具体取决于使用优先级。工作场所充电减少了家庭充电需求（因为多达一半的员工充电需求在白天得到满足）；这就降低了员工的用车成本，从而提高了业务效率并减少了差旅费用。换句话说，负载平衡可以在相对较短的时间内为自己买单。
·利用“鸭子曲线”
工作场所智能负载平衡可以利用所谓的“鸭子曲线”，在白天给车辆充电本身就是一个收入来源，因为白天可再生能源发电可能而且将越来越多地超过使用量。
加州独立系统运营商（CAISO）在2013年画了一张很有意思的图，显示了使用可再生能源的商业发电中（称为净负荷）一天24小时内的变化情况。其形状像鸭子，故称为鸭子曲线（duck curve）。可以看出，用电贵峰集中在晚上8点到9点。
鸭子曲线
·电动车队的动力
负载平衡对于车队车辆的快速电气化至关重要，最初用于货车运输，但在不久的将来，随着电动卡车的出现，负载平衡也变得至关重要。车队使用电动车辆在这方面具有优势，因为可以更准确地预测车辆的使用情况，并因此对其进行规划。试点项目已经表明，负载平衡有助于实现更便宜的布线和变电站升级。
负载平衡需要采用智能充电技术。智能充电装置和跨充电站的充电控制管理可以提高效率，而不会出现过载或增加供电成本。它有助于确保EV家庭或商业车队迎接每一天的挑战，就像使用传统的汽油和柴油动力汽车一样。
成功的尝试
2018年，英国启动ViGiL项目，由ByteSnap Design与英国阿斯顿大学（Aston University）、Nortech Management及Grid Edge合作完成。
2020年11月，ViGiL赢得EVIE 2020“V2G创新”奖。它是英国首个端到端、完全集成的V2G（车辆到电网）系统，得到了Innovate UK、OLEV（低排放汽车办公室）和商业能源与工业战略部（BEIS）的支持。
“V2G”创新奖
合作开发的一种EV可外接系统可以在停车和充电时将能量返回电网，提高电网的弹性，更好地利用可再生能源，降低EV车主的拥有成本；促进电网、建筑物和EV之间的双向电力流动，为EV用户和能源消费者带来新的商机和明显的优势。
ViGiL还研究了如何将从一组EV到电网的数据连接到智能建筑能源管理系统（BEMS），以优化用电并将基础设施成本降至最低。例如，在一个购物中心，周围停车场内的汽车可以在白天平衡中心本身的电力，减少当地变电站的高峰和低谷。
ViGiL平台利用完善的充电通信机制促进EV的普及，智能通信控制器管理回到智能建筑或变电站的电力；反之，变电站的能量可以流入智能建筑，为EV充电或将电力返回电网。
ViGiL智能控制
2020年1月ByteSnap Design成立名为Versionic的EV充电部门，它由经验丰富的硬件和软件工程师组成，他们之前曾为2012年伦敦奥运会的GE Durastation EV充电站创建了GUI、计量、控制和通信板。
ViGiL-ANM（主动网络管理）设备包括变电站监视器和采用Nortech iHost平台通信的Envoy-ANM控制器。iHost平台承载ViGiL-ANM引擎，该引擎根据实时网络条件确定变电站的可用容量。
V2G/BEMS控制器包括电网边缘监测和控制面板。它安全地连接到建筑物的管理和能源监测系统。这些数据用于优化建筑物内资产的调度和V2G机组的充电/放电策略，以满足电网限制要求，并尽可能保持建筑物的性能和服务能力。
V2G OCPP EVSE智能充电桩通信控制器通过OCPP 2.0标准实现任何EV充电器的互操作性和控制。该控制器允许通过楼宇管理系统进行直接控制，从而减少延迟并提高系统鲁棒性。
ByteSnap还利用其在EV充电桩设计方面的专业技术，制造了一个通信适配器。通信适配器保障了ViGiL平台与不同制造商的V2G充电桩的灵活性和互操作性。
名为MantaRay的ByteSnap控制器可控制其他具有不同通信标准的V2G或智能充电器，实现完整的本地控制。ByteSnap还创建了一个V2G移动APP，与优化的楼宇管理系统一起交付。
作为该项目的一部分，阿斯顿大学的研究小组研究了一种考虑充电状态、健康状况、充电速度、放电深度和剩余能量等因素的EV电池寿命性能预测模型。
紧凑型通信控制板
端到端通信系统是一个完全可操作的数据收集系统，可以实现从汽车到充电桩再到控制配电的DNO（配电网络运营商）的通信。如今，司机可以插上充电插头，使用手机APP启动和停止充电过程，或改变对系统的要求。新的通信系统为DNO提供网络控制，为V2G/EV车主提供充电控制，无需第三方的参与。
EV充电解决方案灵活性很重要
Versinetic部门主管Dunstan Power认为，目前现成的EV充电解决方案在市场上正趋于饱和，因为它不够灵活。许多基本充电器并不符合具体要求，原因在于：软件限制、通信或定时问题、UI兼容性、负载共享配置，等等。因此，需要具有多功能硬件和软件，以灵活的咨询模式为后盾的具有竞争力的定制EV充电产品。
“一个尺码不适合所有人”，所以Versinetic开发了一个积木式架构，通过灵活性和敏捷性实现多功能“充电块”的个性化充电桩。
新兴EV市场是一个快速增长的颠覆性市场；充电技术和基础设施对EV的部署和汽车本身一样至关重要。各国政府和工业界面临的挑战是，不仅要推动EV的发展，还要推动充电基础设施和支持系统的发展，以使EV驾驶起来像汽油或柴油汽车一样轻松和有吸引力。
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