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摘要：新能源電動汽車作為綠色環保交通工具，發展前景巨大。配套的基礎設施充電樁行業的發展，受到越來越多的關注。基于電力載波通信PLC技術，為充電樁的建設提供解決方案。闡述PLC技術在充電樁建設中的能力與優勢。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；電力載波通信；PLC技術

1引言

本文基于電動汽車在我國的發展及充電樁產業的市場前景分析，說明了電力載波通信（PowerLineCommunication，PLC）技術在充電樁建設中的能力與優勢。

2中國發展電動汽車與充電樁產業的現狀

隨著環保及能源問題的日益嚴峻，如何保護環境，節約能源已成為各國的當務之急。電動汽車作為綠色環保、經濟實用的交通工具，成為各國的寵兒。2010年9月，我國國務院常務會議審議并原則通過《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，新能源汽車產業被列入戰略新興產業范疇，隨后國家出臺了多項鼓勵新能源汽車發展的政策。新能源汽車在我國如火如荼地發展起來。據前瞻產業研究院的《中國新能源汽車行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》統計數據顯示，到2019年2月止，新能源汽車，特別是純電動汽車產銷兩旺。2月份，純電動汽車產量4.4萬輛，銷量4.0萬輛，比上年同期分別增長51.3%和69.4%。2月純電動汽車的銷售量占新能源汽車銷量的70%以上（圖1）[1]。充電樁作為電動汽車最重要的基礎配套設施之一，具有非常重要的社會效益和經濟效益，國內充電樁市場發展前景及投資前景廣闊。（1）充電樁產業發展受到國家政策的大力支持。作為電動汽車的“加油站”，充電樁產業的全面開展，無疑是利國利民。2015年《國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見（國辦發〔2015〕73號）》出臺，此后，國家發改委、國家能源局、工信部等都出臺政策支持充電設施建設。政策紅利必然刺激充電樁產業的發展。（2）大企業對充電樁產業充滿期待。目前國家電網仍是國內充電樁的最大投資主體，但在充電樁的巨大市場前景下，除了國家電網、南方電網、中石化等能源巨頭外，大型汽車企業和電氣生產企業都積極參與。比亞迪、北汽等電動車企業早已建設了通用充電樁，許繼電氣、西門子等也開發或投資了充電樁的建設。（3）個人或民資會成為國內充電樁建設的主力之一。根據《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015～2020）》，到2020年，規劃私人充電樁數量將達到430萬，而公共充電樁數量僅50萬個，兩者的比例約為8.60。因此，私人充電樁市場大有可為。私人充電樁可以夜間充電，充電時間自由。同時，相對加油站，電能更安全和方面，個人或民資，根據投資規模，可在小區、公路等場所，單站經營或組網經營。大家都將是同一個市場的競爭者。充電樁市場，政策有傾斜，市場有潛力，投資又少，將面臨較大的商機。

3PLC技術在充電樁建設中的應用

隨著電動汽車的需求與發展，傳統的無交互式充電方式已不能滿足行業發展需求及用戶體驗度，智能化充電管理才能更好地服務電動汽車和用戶。要實現智能化充電管理，電動汽車與充電樁之間必須建立高速、可靠的通信連接，使電網和電動汽車之間具備交互的能力[2]。電力載波通信PLC技術的發展與成熟使其具備了這一能力。

3.1PLC技術在充電樁建設中需考慮的因素

隨著電動汽車的推廣，與之配套的各種充電樁也日益增多。無論是直流還是交流充電樁，樁體與樁體之間以及樁與電池之間均需要進行實時的數據通信，并且所有的數據都會采集至后臺或云端，進行統一的管理。在充電過程中，充電樁與電池之間也必須進行數據交互，目前在充電樁的系統中，存在著多種通信方式，有線方式，如RS485、CAN，無線方式，如WiFi、GPRS等等，用以解決在不同層面上的數據通信。作為電動汽車的基礎配套設施的充電樁，其結構的特殊性決定了智能化通信系統有以下特點：一是需要檢測的點多且分散；二是覆蓋面廣、通信距離短；三是網絡拓撲須具有靈活性和擴展性。因此，建設充電樁時需要考慮以下問題：（1）通信系統在戶外需長期經受暴風驟雨等惡劣環境，具備抗電磁、噪音干擾能力，保持通信暢通。（2）通信上，實現信息量的上傳和控制量的下達；且隨著終端業務量的增長，保證多業務的數據傳輸速率越來越快。（3）通信協議標準化，用以滿足充電樁控制點面多、面廣和分散的特點。（4）在滿足通信穩定可靠后，整體考慮初期建設成本，長期使用、維護的成本，以及便于安裝施工、調試、運維等。

3.2PLC技術為充電樁建設提供的解決方案

電動汽車和充電樁之間需建立穩定、高速的通信連接，電力線載波通信PLC技術利用現有電力線路進行信息傳輸，不需要再鋪設通信電纜，也無需對現有充電設備進行改造，利用充電系統中的各種交直流線纜，即可進行數據交互，實現供電與信息通信的二合一。同時具備了工程量小、建設周期快、綜合成本低等優勢。一般充電樁可分為交流充電樁與直流充電樁。通常交流充電樁為小電流慢充方式，用于小型汽車的充電，多建在居民小區、大型商場、以及公共停車場中。直流充電樁為大電流快充方式。適用于電動大巴、中巴、混合動力公交車、電動轎車、出租車、工程車等快速直流充電。以一個典型的交流充電樁系統為例，系統布置圖如圖2所示。每一個充電樁可以通過串口、485或網口與PLC模塊相互連接。樁體與載波模塊之間進行數據交互。在低壓配電柜側安裝一個PLC通信主機，主機為三相通信方式，可與三相線上的所有從機模塊進行數據通信。主機自帶一個RJ-45網口，可接入就近的寬帶路由器，繼而接入云端管理平臺。免去傳統無線（2G/3G/4G）通信時受信號屏蔽或時常掉線以及月租費的困擾。

4解決方案中所運用的關鍵技術及參數

上述解決方案中，電力線載波通信（PLC）芯片的框圖，除了具有電力載波通信功能，還具有豐富的外部接口，如以太網、UART、SPI、SDIO、I2C、I2S等。基于該電力載波通信芯片的完整電路如圖3，該電路支持電力載波通信與以太網、UART的數據透傳。圖4為PLC電路框圖。所運用的關鍵技術及參數：（1）基于IEEE-1901標準[3]的Wavelet-OFDM調制解調技術，最大物理層傳輸速度240Mbps。（2）基于ITU-TG.9905標準[4]的多跳中繼技術，最大10級中繼，在電力線上傳輸距離最長10km。針對現場環境中噪聲、衰減等干擾，需要通過中繼的方式來增加網絡的穩定性，要求載波芯片具有自動組網的功能。如圖5所示，30個節點根據網絡情況建立網絡拓撲，使得距離較遠的節點也可以通過中繼的方式連接到主節點。（3）支持不同種類通信線纜：直流/交流電力線、雙絞線、同軸線、電話線。（4）符合歐盟EN-50561標準[5]規范。（5）載波帶寬為2~28MHz（圖6）。（6）信號動態范圍可達90dB。（7）中繼延遲最大10ms。（8）工作功耗0.8W，待機功耗小于0.2W。

5結語

電動汽車作為一種綠色環保，經濟實用的交通工具，正在蓬勃發展，作為其基礎配套設施之一，充電樁建設也在如火如荼的發展[6.7]。本文重點說明了電力載波通信PLC技術為充電樁建設提供的解決方案，且在這一解決方案中所運用的關鍵技術及參數，體現了PLC技術在充電樁建設中的能力與優勢。

參考文獻

[1]中國新能源汽車行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告[M].前瞻研究院,2019.

[2]李建岐,趙勇,張明.PLC技術在電動汽車充電站通信系統中的應用研究[J].電氣應用,2013,32(S2):84-90.

[6]孫曉達.PLC在電動汽車與充電樁控制通信系統中的應用[D].河北：華北電力大學，201

[7]王勇.后補貼時代的新能源汽車[J].能源,2018(08):52-57.

作者：李濟川 單位：上海云間半導體科技股份有限公司