探索电力载波通信PLC技术在充电桩建设中的应用

张海涛 许倩 孙茜

淮南电力规划设计院有限公司 安徽 淮南 232000

引言

如今，国内大气污染愈发严重，诸多问题的污染源均是车辆尾气排放。为优化当前总体环境，采取新能源作为动力，电力便是其中的一类。使用电动汽车时，充电是一项必须考虑的问题。并且为延长电池的应用年限，提升充电的品质与智能化程度，应运用如今较为成熟的通信手段，改进充电桩。现阶段，有相对较好应用效果的充电模式为电力载波。

1 国内电动汽车及充电桩的建设情况

在环保与能源消耗等有关问题逐渐显现出来后，控耗以及保护环境已然是世界各国急需考虑的问题。而电动汽车是科技的产物，成为绿色生活并兼具经济型的交通方式，在多个国家及地区均有出现。早在2010年，我国便推出有关新兴产业的战略发展决定，其中，新能源汽车也被归纳到新兴产业中，而在之后的几年间，相继出台支持新能源汽车的针对性政策，此类交通工具已然在国内享有发展的条件。根据相关统计报告显示，直至2019年2月，新能源汽车尤其是全电动类，产量已经达到4.4万辆，销量占总产量90.90%左右，两项数据同比提升51.3%与69.4%。同时，电动汽车实际销售量占据新能源类总销量的70%以上。

充电桩是电动汽车的主要配件，我国市场中，其成长空间和投资价值巨大。首先，充电桩行业被我国政策支持，为鼓励电动汽车产出，充电桩此类配套设施势必要加紧建设。在2015年，国务院已经出台相关指导意见，利用政策帮助，支持此类设施的落成。其次，大型企业对此产业有较大的兴趣。如今，国家电网依旧为该产业的主要投资方，而在可预见的良好前景势头下，不仅是国内能源产业中排名前列的企业，汽车行业中的大规模企业以及电气生产主体均纷纷加入进来，如北汽、西门子等，都在充电桩上投入资金。最后，个体及民资将会是未来此类建设项目的主力军之一。

2 PLC技术剖析

2.1 工作原理

根据国际范围内的相关标准，支持运用PLC建设充电桩，此项标准的设定原因在于此项技术无须构建网络，并且不会占用过多的资源，给电力系统造成额外的运转压力，属于智能化且高效传输的通信模式。PLC技术运用载波，完成数字信号的沟通。其工作原理讨论为：PLC利用电线及设备进行传输，实践运用时，通常是主通信装置的数据输送至一般通信设备中，后者基于反馈结果启动对应操作。简单来说，其一，主通信装置把需反馈的内容利用接口输送至微处理器，后者开展编码及调制操作，最后输出处理好的数据信号；其二，利用通信电信输送到从通信系统内，而从通信系统属于传送信号的逆过程，需要先经过调制装置后，通过处理发至从通信装置，由此完成整个通信任务。现实工作运行中，主和从通信设备能实现相互交流，上文提到的是由主至从的传输。PLC技术应用于充电桩上，会面对诸多信号数据处理，能采用高效且智能的手段，实现信息交互，而此也正是其使用优势所在[1]。

2.2 电力载波难点

其一，主站连接若干从站，由主站发出的信号会被全部相连从站获取，但部分信号根本意图是针对某个从站，所以要求从通信系统可准确识别某信号是否应当执行。其二，采用电线支持信号传输，因为会受到脉冲影响，导致信号传递效果被干扰，故必须处理好此类脉冲，而此也是如今运用PLC的主要难点之一。其三，PLC能利用电线进行数据传输，但过程中势必会形成消耗。如果设备间的信号传输量偏大，会加大电线自身的荷载，进一步降低输送效率及内容品质。其四，利用电线完成信号传输，在相同系统里，各类信号实际损失量会有区别，造成损耗处理手段的选择难度较大，部分处理形式也不符合电线传输，导致输送质量无法有效把控，制约PLC大范围运用。

2.3 主流通信比对

PLC大多是采取电线输送，能摆脱网络环境的信息沟通。近些年，数字编码的成长速度明显，给PLC技术成长带来帮助，运用范围有所扩大。PLC能利用原有电线网络，取代专项网络，提高照明及安防等方面的自动化管控。按照宽带情况，PLC包括窄带9~500kHz以及宽带2~34MHz两类。前者只能满足传输效率要求标准较低的条件下，如抄表、照明管控等。

3 充电桩中电力载波通信PLC的运用分析

在电动汽车持续推广中，和其搭配应用的充电桩建设量增多，但无论是交流点或者是直流电结构，均需保证充电桩之间保持通讯基础，采集现场信息，传输到后端云台，实施统一管理。充电操作期间，要求充电桩和汽车电池形成实时信息交互。充电桩属于基础设施，自身特殊结构，使得智能通讯要实现：监测点分散，但总量多；辐射覆盖范围大，通讯间距小；网络拓扑拥有可延展及灵敏度。因为PLC无须架构网络，支持信息传输，也不能形成额外荷载。故采取此项PLC技术，组织建设充电桩，让电动汽车进行动力补充时，享有高效及智能化的条件，推动电动汽车在国内市场上逐渐成长起来。

3.1 控制分层结构

根据上文阐述的PLC工作原理，被信号传输分成若干步骤。在此传输过程中，应当配备完整适宜的装置负责具体工作，以便把电动车当下电池情况反馈给充电桩，如剩余电量、电池使用性能等。充电桩则会根据获取到的信息，给出恰当的充电服务[2]。

3.2 装置的自适应

电动车连接充电期间，为提高此过程的智能化程度，需融合有关手段，使充电装置具备自适应的能力。笔者在考虑PLC技术的同时，还搭配SDP技术，保障充电的自适应效果，继而提高采集充电桩及电动汽车的相关数据，缩短查询匹配的时间，不断提升数据传递的高效性。此处选择的SDP技术，在采集对应位置数据中，会立足于标准化的通信协议上，基于协议内容，判断双方有无连接的条件。笔者阐述的PLC工作形式，传输协议为V2GTP，基于此，电动车能被当下车载电池的情况传送至充电桩，而后者会基于电池实况，完成自适应调节。此种方式既能增强充电的效果，又能降低对电池的损耗程度，延长其的应用年限。

3.3 参数的自适应

使用PLC技术建设充电桩，当电动汽车充电中，通常会经过以下程度：汽车与充电桩连接完成后，汽车会给后者发送查看电缆有无正确连通的信号，后者获取到此请求数据后，会基于充电系统中的电压情况加以判断。假设成功连接，会进入下一个环节，反之充电桩会反馈出连接错误的信号。而在完成连接之后，汽车继续发出信号，请求进行充电。之后，充电桩根据汽车请求发给其的车辆资料与电池数据等，自动选择最优充电参数，并在充电期间，保证各项信息的平稳传送，利于保障充电的品质及效果。而PLC技术如何完成上述过程，一般是借助BMS电池管理，组合此项技术，把被充电对象的全部资料传输给充电桩，能规避充电过量以及充电不足等问题，同样能延长电池的应用年限[3]。

3.4 典型实例分析

设计充电桩时，应考虑到设备长时间暴露在自然环境中，还需抵御电磁及噪声干扰。在通讯方面，要保证上传下达的容量与速度，并适应充电桩实物的部署特点。基于此，再考量在早期施工与后期保养维护上，可能会付出的成本代价。电动汽车与充电桩应构建平稳且高效的连接通道，PLC技术借助当前已经建设完成的电力线路，便能实现信息沟通，不必额外增设电缆设施，同时也不必改造如今已投入应用的充电设施，借助充电系统内多项交直流线缆，足以支持数据信号交互，满足输电及通信集约化的目的。压缩建设的工程量以及施工周期，整体耗用成本量不高。普通充电桩会分成直流和交流两类，其中前者属于大电流快充类型，能用在大巴车及混合动力客车、出租车等类型的充电任务中，而后者属于小电流慢充的类型，一般建设于住宅小区、商场与公用停车场等场所。以某交流电的充电系统为例，各个充电桩能借助敞口、网口和PLC建立联系。充电桩的桩体和载波单元之间构成信号交互。低压配电柜的位置，安设单台PLC主机设备，设置成三相通信结构，能和三相线上全部从机实现信号沟通。PLC主机本身带有RJ-45网口，能按照距离对比，就近确定宽带率路由器，由此实现和云端控制平台连接。能避免常规无线网络环境下，遇到屏蔽、掉线、数据租费等问题造成的困扰。

在本典型实例中，PLC芯片框图不仅能贡献出电力载波的通信服务，还可支持数个外部接口，包括以太网、SDIO等。采取的关键技术和参数为：①根据IEEE-1901标准，确定调制解调手段，能呈现出的物理层中传输效率最高值是240Mbps。②多跳中继，属于最高的十级中继，能实现的远程传输长度是10km。根据充电的现场干扰条件，能借助中继处理，提高网络环境的平稳度，为此需要载波芯片拥有自动组网性能。数十个节点基于网络情况，形成网络拓扑，让距离偏大的节点也能借助中继手段，和主节点相连。③满足多类通信线缆应用，如双绞线、电话线等。④满足国际上的相关标准。⑤载波宽带达到2~28MHz。⑥信号动态的最大能达到90dB。⑦中继的延迟时长最大仅有10ms。其八，运行的功耗是0.8W，在待机状态时，功耗不会超过0.2W。

图2 立柱式交流汽车充电桩

4 结束语

电动汽车经济实惠，降低人类交通活动造成的环境污染，国家政策为此提供大力支持，使其拥有广阔的前景。而充电桩是配套设施中比较关键的一项，也受到各界的关注。经过本文讨论，有效验证PLC的应用价值。