2021年01月04日 | 家用发电机能否让汽车跑起来？

无论你的车子是内燃引擎(ICE)汽车、混合动力车(HEV)还是纯电动车(EV)，在有需要的时候(例如停电)，把它用来作为基本能源为住所提供交流电(AC)使用，这可能吗?

因特网上充斥着各种资源，描述在 AC 电源中断的情况下，如何实现车辆对家庭的供电(Vehicle-to-Home，V2H)。这些方案有一些是可信的，有些并不可取，毕竟在供电时经常受到许多因素的影响，如负载、ICE/HEV 燃油箱中的燃料量，或是 EV 内部电池组的电量等。为了将 EV 的电力馈送回电网(即 Vehicle-to-Grid，V2G)，业界持续不懈地努力，但这与断电时为房屋供电完全不同。

这些解决方案所采用的方法都是连接到 12V 电池，然后再利用 DC/AC 逆变器产生 120VAC (或 230VAC)电压。不同方案的情况会有所不同，但是无论 12V 电池本身如何进行充电，这些逆变器都能从中汲取足够的电流，提供 1,000~1,200W 的最大功率。

无论是哪种类型的车辆，其电源路径中都有许多功能模块在降低效率。就算连接到电池也不是件简单的事，因为它要处理的电流是 100A 级，必须使用牢固的线夹、坚固的螺钉以及大口径的缆线，以最大程度地减少不良的连接、不必要的 IR 压降以及甚至是产生火花的可能。而且，现代的车子不再是以电池为核心的简单直流(DC)电路。有一个网站专门介绍如何将日产(Nissan) Leaf 车款作为电源使用，其中有一段这样的描述，“LEAF 接地不应连接到电池地线，因为这样可能损坏测量电流的传感器。”

我注意到最近军中会将悍马车(这是一种广为使用的高机动性多用途车辆，即 HMMWV 或 Humvee)进行改装，将其用作 AC 电源，却不至于影响其作为车辆的主要用途。它无需增加逆变器和悬挂缆线，这种改装真正将车辆变成了一个电源。

改装悍马车的关键在于用来取代标准动力传动系统的设备，同时也是交流发电机，其封装尺寸不变，且不会影响悍马车传动系统的总长度(图 1)。这是一项工程的壮举，由主要的军事承包商 Leonardo DRS 与 Allison Transmission 密切合作完成。Allison Transmission 是最早的悍马车变速箱开发商，也是全球最大的中 / 重型商用车辆全自动变速箱制造商。

图 1：新的变速箱在设计中整合了高输出永磁交流发电机。

(来源：Leonardo DRS)

他们成功将一个大电源“挤进”变速箱的位置，甚至可以在野战仓库中将其改装为动力传动，不必一定得在工厂完成(如图 2 所示)，而且无需改动现有引擎或车辆交流发电机。

图 2：整合式变速箱 / 交流发电机可加载与现有动力传动系统尺寸相同的外壳中，无需延长传统线，改装也相对简单。(来源：Leonardo DRS)

悍马车用的 Leonardo TITAN 车载电源(OBVP)系统是普通车辆的升级版，让车辆在静止状态下可提供 30kW (120/208VAC 三相)功率，在行驶中可提供 10kW 功率，这是采用逆变器和悬挂电缆无法做到的。值得注意的是，标准版悍马车引擎本身的额定功率为 150HP/113kW@3,000rpm 以及 190HP/142kW@3,400rpm。

整个系统包括永磁交流发电机、功率控制单元以及纯正弦波逆变器(图 3)。永磁交流发电机安装在引擎和变速箱之间，但仍位于变速箱外壳中。有些成本更低的逆变器会产生步进正弦波，这对于某些负载来说是可接受的，但对于其他负载则否。

图 3：完整的系统还包括外部电源转换和控制单元，用于处理高达 30kW 的输出。(来源：Leonardo DRS)

其总体效率比起使用独立式发电机至少提高了 20%，而且装配更快，不需要特殊维护——这听起来似乎实现了理想的车载发电机(如图 4 所示)。此外，新组件还包括一个 SAEJ1939 接口，这是一组定义了重型车辆中引擎控制单元(ECU)如何透过 CAN 总线进行通讯的标准。

图 4：系统的另一个优点是提高了燃料发电效率，并减少后勤支持。(来源：Leonardo DRS)

我们不得不佩服这些电气和机械工程师的创造力、专业知识以及甚至胆量，他们说：“我们可以做到!”然后就真的实现了。由于针对替换组件的外形尺寸、野战仓库的升级能力，以及通用军用设备的耐用性等各方面都有严苛的限制，因此这是一项极具挑战的任务。Leonardo 目前正升级该技术使其适用于其他类似尺寸的车辆中，同时还在开发大型卡车即插即用型变速箱，在行驶中提供高达 55kW 的功率，静止时提供 125kW 的功率。

或许这只是一个梦想，但如果可以将这种变速箱设计进行一些改变，作为消费者 ICE/HEV/EV 车辆动力传动的标准配备，岂不是很好?或许还可以提供所需的动力转换子系统(显然 EV 只需要逆变器)。这将变得非常具有吸引力，因为在危机情况下，拥有更高效的能源库远胜过 1kW 的逆变器。

不过，可别开始迫不及待地等着这一切成为现实，因为它在工程上还面临巨大挑战，即使增加一个组件(或只是作为一个选配)，都会相应增加车辆的基础设施，其成本将大幅提高且由所有的车辆分担。但我们仍然充满期待。

当家里停电的时候，将 ICE、HEV 或 EV 车辆当做备用 AC 电源，你认为这一应用是否存在需求?其实用性如何?除了增加一个连接到电池的逆变器，是否还有其他更好的方法来提供超过 1kW 的功率?或者，标准的独立发电机才是更好的选择?无论是支持还是反对独立发电机，理由都很充份。为了防患于未然，如果足以负担高额成本，或许投资 Tesla Powerwall (一种 Generac 型的甲烷 / 丙烷燃气系统)或 Generac PWRcell 储能系统才是更好的选择?