三種實(shí)時(shí)控制方式促進(jìn)城市可持續發(fā)展

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

電動(dòng)汽車(chē)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。1 EV 電池成為車(chē)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(lèi)型的充電器，均可在支持城市電網(wǎng)的過(guò)程中發(fā)揮不同作用。作為中國新基建計劃的一部分，新能源車(chē)輛充電站的擴張現已成為實(shí)現現代化和環(huán)境保護長(cháng)遠目標的關(guān)鍵部分。

全球范圍內的其他城市也在節能減排上迅速展開(kāi)行動(dòng)。技術(shù)是幫助他們履行節能減排承諾的關(guān)鍵所在，因為技術(shù)能夠在解決能源效率的相關(guān)挑戰時(shí)提供更出色的功率密度。

可通過(guò)更加高效、功能更強大的系統，重點(diǎn)增強系統的實(shí)時(shí)控制能力（即時(shí)處理可在萬(wàn)億分之一秒內收集數據并更新閉環(huán)系統），從而顯著(zhù)降低排放。實(shí)時(shí)控制是在能源管理領(lǐng)域開(kāi)啟下一波創(chuàng )新浪潮的關(guān)鍵因素。

Matt Watson，C2000? 微控制器經(jīng)理

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

●   提高 EV 的里程和性能。

●   升級和增強 EV 充電基礎設施。

●   通過(guò)太陽(yáng)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)控制并不是一項新技術(shù) –  TI 在大約二十年前就推出了專(zhuān)用控制器，推動(dòng)了數字信號處理領(lǐng)域的創(chuàng )新 – 近年來(lái)，由于這些元件在智能自動(dòng)化系統中的廣泛使用，全球 MCU 市場(chǎng)出現了顯著(zhù)增長(cháng)。2 實(shí)時(shí)控制系統是閉環(huán)控制系統，收集數據、處理數據和更新系統的時(shí)間窗口極短。這種控制對于電源轉換和高級電機控制應用非常重要，例如工廠(chǎng)中機器人的移動(dòng)。

對于能夠轉動(dòng)電機和轉換電源的產(chǎn)品，設計工程師們面臨著(zhù)越來(lái)越多提高效率、精度和產(chǎn)品尺寸的要求。實(shí)現實(shí)時(shí)控制最大化和最優(yōu)化，需要在系統中使用特別的嵌入式器件，這種器件可以顯著(zhù)縮短延遲、實(shí)現低功耗和成本效益。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用專(zhuān)門(mén)設計的單一微控制器，就可能會(huì )在無(wú)意間延長(cháng)設計時(shí)間。

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

擴展 EV 的里程和性能

EV 中幾乎每個(gè)子系統都依賴(lài)于某種形式的實(shí)時(shí)控制。大量激動(dòng)人心的創(chuàng )新使得汽車(chē)變得更加高效，并提升了駕駛樂(lè )趣，同時(shí)還可應對里程焦慮、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(guò)提高功率密度和效率、增加行駛里程并改善可靠性來(lái)應對上述挑戰的潛力。但要釋放 GaN 的潛力，就需要使用實(shí)時(shí)控制器，它能夠將高開(kāi)關(guān)頻率與可配置控制相結合，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感應和驅動(dòng)性能，這樣可實(shí)現更高的精度和效率，并通過(guò)提高系統集成度使汽車(chē)更加經(jīng)濟實(shí)惠。

升級和增強 EV 充電基礎設施

EV 的發(fā)展勢頭強勁 – 汽車(chē)制造商們投資并大規模生產(chǎn)使用更清潔的能源的汽車(chē) –   城市可能需要加大投資高性能充電基礎設施，以滿(mǎn)足更多電動(dòng)汽車(chē)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)基礎設施的限制，因為 EV 充電系統可將電網(wǎng)的交流電轉變?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(guò)太陽(yáng)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)驗只是城市將可再生能源轉變?yōu)殪`活的電源資源的一種嘗試。

光伏逆變器系統領(lǐng)域正在進(jìn)行一場(chǎng)革命，利用電池的存儲容量，使得在沒(méi)有陽(yáng)光的情況下也能提供能源。這些系統結合了實(shí)時(shí)控制的幾個(gè)關(guān)鍵支柱：從太陽(yáng)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)節點(diǎn)需要進(jìn)行電源轉換，其中可能會(huì )產(chǎn)生電源損耗，因此在設計時(shí)需仔細斟酌。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換的功率損耗，從而實(shí)現系統中直流電和交流電的雙向高效流動(dòng)。

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