电力载波通信PLC技术在充电桩建设中的应用

崔晓峰

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

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。

1充电基础设施建设的现状及分析

中国电动汽车长远发展的关键点有3方面：电池技术、充电基础设施、信息及通信技术。其中充电基础设施的建设和发展方向要遵循“網联化、智能化、共享化”以及三者之间的高度融合。充电基础设施的建设涉及较多的管理单位，包括电网企业、能源规划与发展、交通产业、城市规划建设等多个管理主体，其发展需要政府的政策引导和市场的有效协调。然而我国缺乏统一协调的市场引导和政商沟通机制，尤其在城市居民区域的利益相关资源和政商链整合方面存在不足，在充电桩占地手续办理、充电维护管理等各环节仍面临着城市建设、小区物业管理、政府审批等多方面事务性的相关阻碍。由此，在高密度的大城市普遍存在“安装充电桩难”和“大量私家充电桩闲置”的矛盾问题。因此，采用物联网技术和充电基础设施研发的高度融合策略，针对我国超大城市普遍存在的人口密度高，地面空间面积稀缺的具体情况，提出基于物联网技术的城市电动汽车智能化共享充电新商业模式就具有非常实际的意义。

2电动汽车用户的用电需求

城市电动汽车的用电需求具有3个特殊性：可移动性、多样性、分时性。可移动性：作为交通运输工具，同一辆电动汽车可能会停靠在多个不同的位置，其用电需求也会在不同停靠位置间移动，因此针对传统电网用户设计的“定点用电、定点计费”的用电服务方式就不再适用，而必须为电动汽车用户提供“多点用电、多点计费”的用电服务方式。多样性：不同种类电动汽车用户的用电需求不同。如电动公交车、环卫车、出租车和私人轿车的用电需求存在较大差异。其次，同一个电动汽车用户存在多种用电需求，既有对电池快速更换的需求，也有对直流充电和交流充电的需求。分时性：电动汽车的用电需求可由用户来自主选择分配充电时间。就目前采用的慢充技术而言，一般可在5～8h完成充电过程。据统计，90%的汽车有95%的时间处于停驶状态，这意味着通过合理的激励手段和物联网技术，将私家充电桩加入到统一运营管理平台中，实现1台充电桩可同时满足多台电动汽车的充电需求。独立和孤立的充电桩不能满足电动汽车的可移动性用电需求，城市充电基础设施必须具备网络化的属性，通过合理优化充电桩的物理网点布局和物联网信息平台，构建一个有机共享充电服务网络，实现高效、智能、规范的网络化建设和运营平台。

3 PLC技术在充电桩建设中的应用

3.1 PLC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。

3.2 PLC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1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。

3.3架构思路

系统分为数据接入层、数据处理层、分布式数据库层、数据统计分析层、业务逻辑层、表现层、软件系统管理层和云平台层。数据接入层，主要对接不同厂家的充电桩和运营商平台，基于阿里负载均衡SLB服务，实现网关的分布式部署，达到数据接入的动态可扩展及接入服务稳定运行。数据处理层，包括对于接收数据的解密、解析，并对于数据做容错防错的处理。基于阿里的消息队列，实现数据的分布式消费和处理。分布式数据库层，基于阿里的DRDS分布式数据库服务，采用表格存储数据库、RDS关系数据库和Redis内存数据库集群。数据统计分析层，实时或者定时的对于充电桩实时数据、档案数据或日志数据等做统计分析。业务逻辑层实现系统要求的主要业务功能，包括：充电桩档案管理、报警管理、报表管理、错误信息处理。表现层为浏览器端，包括基础信息展示、运维管理、报警处理、统计分析结果等其他功能界面。软件系统管理包括用户管理、权限管理、部门管理和安全管理。日志系统，包括系统运行日志、用户操作日志和充电桩数据日志的收集、存储、清洗和分析工作。云平台，包括云主机、云服务产品和云安全产品等。

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。

参考文献

[1]商车，陈清泰.电动车已经进入产业化阶段[J].商用汽车新闻，2019（03）：9.

[2]气候组织，贝恩公司.低碳技术市场化之路，电动汽车[EB/OL].（2010-05-04）（2010-06-20）.

[3]罗文雲，周浩，于乐淘，李金宝.国内外电动汽车发展现状及优化建议[J].中国集体经济，2018（11）：15-17.

[4]李立理，张义斌，周原冰，葛旭波.我国发展电动汽车充电基础设施若干问题分析[J].能源技术经济，2011，23（01）：6-10.