充电桩建设中电力载波通信技术的应用范文

摘要：新能源电动汽车作为绿色环保交通工具，发展前景巨大。配套的基础设施充电桩行业的发展，受到越来越多的关注。基于电力载波通信PLC技术，为充电桩的建设提供解决方案。阐述PLC技术在充电桩建设中的能力与优势。

关键词：电动汽车；充电桩；电力载波通信；PLC技术

1引言

本文基于电动汽车在我国的发展及充电桩产业的市场前景分析，说明了电力载波通信（PowerLineCommunication，PLC）技术在充电桩建设中的能力与优势。

2中国发展电动汽车与充电桩产业的现状

随着环保及能源问题的日益严峻，如何保护环境，节约能源已成为各国的当务之急。电动汽车作为绿色环保、经济实用的交通工具，成为各国的宠儿。2010年9月，我国国务院常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，新能源汽车产业被列入战略新兴产业范畴，随后国家出台了多项鼓励新能源汽车发展的政策。新能源汽车在我国如火如荼地发展起来。据前瞻产业研究院的《中国新能源汽车行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》统计数据显示，到2019年2月止，新能源汽车，特别是纯电动汽车产销两旺。2月份，纯电动汽车产量4.4万辆，销量4.0万辆，比上年同期分别增长51.3%和69.4%。2月纯电动汽车的销售量占新能源汽车销量的70%以上（图1）[1]。充电桩作为电动汽车最重要的基础配套设施之一，具有非常重要的社会效益和经济效益，国内充电桩市场发展前景及投资前景广阔。（1）充电桩产业发展受到国家政策的大力支持。作为电动汽车的“加油站”，充电桩产业的全面开展，无疑是利国利民。2015年《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见（国办发〔2015〕73号）》出台，此后，国家发改委、国家能源局、工信部等都出台政策支持充电设施建设。政策红利必然刺激充电桩产业的发展。（2）大企业对充电桩产业充满期待。目前国家电网仍是国内充电桩的最大投资主体，但在充电桩的巨大市场前景下，除了国家电网、南方电网、中石化等能源巨头外，大型汽车企业和电气生产企业都积极参与。比亚迪、北汽等电动车企业早已建设了通用充电桩，许继电气、西门子等也开发或投资了充电桩的建设。（3）个人或民资会成为国内充电桩建设的主力之一。根据《电动汽车充电基础设施发展指南（2015～2020）》，到2020年，规划私人充电桩数量将达到430万，而公共充电桩数量仅50万个，两者的比例约为8.60。因此，私人充电桩市场大有可为。私人充电桩可以夜间充电，充电时间自由。同时，相对加油站，电能更安全和方面，个人或民资，根据投资规模，可在小区、公路等场所，单站经营或组网经营。大家都将是同一个市场的竞争者。充电桩市场，政策有倾斜，市场有潜力，投资又少，将面临较大的商机。

3PLC技术在充电桩建设中的应用

随着电动汽车的需求与发展，传统的无交互式充电方式已不能满足行业发展需求及用户体验度，智能化充电管理才能更好地服务电动汽车和用户。要实现智能化充电管理，电动汽车与充电桩之间必须建立高速、可靠的通信连接，使电网和电动汽车之间具备交互的能力[2]。电力载波通信PLC技术的发展与成熟使其具备了这一能力。

3.1PLC技术在充电桩建设中需考虑的因素

随着电动汽车的推广，与之配套的各种充电桩也日益增多。无论是直流还是交流充电桩，桩体与桩体之间以及桩与电池之间均需要进行实时的数据通信，并且所有的数据都会采集至后台或云端，进行统一的管理。在充电过程中，充电桩与电池之间也必须进行数据交互，目前在充电桩的系统中，存在着多种通信方式，有线方式，如RS485、CAN，无线方式，如WiFi、GPRS等等，用以解决在不同层面上的数据通信。作为电动汽车的基础配套设施的充电桩，其结构的特殊性决定了智能化通信系统有以下特点：一是需要检测的点多且分散；二是覆盖面广、通信距离短；三是网络拓扑须具有灵活性和扩展性。因此，建设充电桩时需要考虑以下问题：（1）通信系统在户外需长期经受暴风骤雨等恶劣环境，具备抗电磁、噪音干扰能力，保持通信畅通。（2）通信上，实现信息量的上传和控制量的下达；且随着终端业务量的增长，保证多业务的数据传输速率越来越快。（3）通信协议标准化，用以满足充电桩控制点面多、面广和分散的特点。（4）在满足通信稳定可靠后，整体考虑初期建设成本，长期使用、维护的成本，以及便于安装施工、调试、运维等。

3.2PLC技术为充电桩建设提供的解决方案

电动汽车和充电桩之间需建立稳定、高速的通信连接，电力线载波通信PLC技术利用现有电力线路进行信息传输，不需要再铺设通信电缆，也无需对现有充电设备进行改造，利用充电系统中的各种交直流线缆，即可进行数据交互，实现供电与信息通信的二合一。同时具备了工程量小、建设周期快、综合成本低等优势。一般充电桩可分为交流充电桩与直流充电桩。通常交流充电桩为小电流慢充方式，用于小型汽车的充电，多建在居民小区、大型商场、以及公共停车场中。直流充电桩为大电流快充方式。适用于电动大巴、中巴、混合动力公交车、电动轿车、出租车、工程车等快速直流充电。以一个典型的交流充电桩系统为例，系统布置图如图2所示。每一个充电桩可以通过串口、485或网口与PLC模块相互连接。桩体与载波模块之间进行数据交互。在低压配电柜侧安装一个PLC通信主机，主机为三相通信方式，可与三相线上的所有从机模块进行数据通信。主机自带一个RJ-45网口，可接入就近的宽带路由器，继而接入云端管理平台。免去传统无线（2G/3G/4G）通信时受信号屏蔽或时常掉线以及月租费的困扰。

4解决方案中所运用的关键技术及参数

上述解决方案中，电力线载波通信（PLC）芯片的框图，除了具有电力载波通信功能，还具有丰富的外部接口，如以太网、UART、SPI、SDIO、I2C、I2S等。基于该电力载波通信芯片的完整电路如图3，该电路支持电力载波通信与以太网、UART的数据透传。图4为PLC电路框图。所运用的关键技术及参数：（1）基于IEEE-1901标准[3]的Wavelet-OFDM调制解调技术，最大物理层传输速度240Mbps。（2）基于ITU-TG.9905标准[4]的多跳中继技术，最大10级中继，在电力线上传输距离最长10km。针对现场环境中噪声、衰减等干扰，需要通过中继的方式来增加网络的稳定性，要求载波芯片具有自动组网的功能。如图5所示，30个节点根据网络情况建立网络拓扑，使得距离较远的节点也可以通过中继的方式连接到主节点。（3）支持不同种类通信线缆：直流/交流电力线、双绞线、同轴线、电话线。（4）符合欧盟EN-50561标准[5]规范。（5）载波带宽为2~28MHz（图6）。（6）信号动态范围可达90dB。（7）中继延迟最大10ms。（8）工作功耗0.8W，待机功耗小于0.2W。

5结语

电动汽车作为一种绿色环保，经济实用的交通工具，正在蓬勃发展，作为其基础配套设施之一，充电桩建设也在如火如荼的发展[6.7]。本文重点说明了电力载波通信PLC技术为充电桩建设提供的解决方案，且在这一解决方案中所运用的关键技术及参数，体现了PLC技术在充电桩建设中的能力与优势。

参考文献

[1]中国新能源汽车行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[M].前瞻研究院,2019.

[2]李建岐,赵勇,张明.PLC技术在电动汽车充电站通信系统中的应用研究[J].电气应用,2013,32(S2):84-90.

[6]孙晓达.PLC在电动汽车与充电桩控制通信系统中的应用[D].河北：华北电力大学，201

[7]王勇.后补贴时代的新能源汽车[J].能源,2018(08):52-57.

作者：李济川 单位：上海云间半导体科技股份有限公司