電力載波通信PLC技術(shù)在充電樁建設(shè)中的應(yīng)用

崔曉峰

摘要：新能源電動汽車作為綠色環(huán)保交通工具，發(fā)展前景巨大。配套的基礎(chǔ)設(shè)施充電樁行業(yè)的發(fā)展，受到越來越多的關(guān)注。基于電力載波通信PLC技術(shù)，為充電樁的建設(shè)提供解決方案。闡述PLC技術(shù)在充電樁建設(shè)中的能力與優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：電動汽車;充電樁;電力載波通信;PLC技術(shù)

引言

本文基于電動汽車在我國的發(fā)展及充電樁產(chǎn)業(yè)的市場前景分析，說明了電力載波通信（PowerLineCommunication，PLC）技術(shù)在充電樁建設(shè)中的能力與優(yōu)勢。

1充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的現(xiàn)狀及分析

中國電動汽車長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)有3方面：電池技術(shù)、充電基礎(chǔ)設(shè)施、信息及通信技術(shù)。其中充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展方向要遵循“網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化”以及三者之間的高度融合。充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)涉及較多的管理單位，包括電網(wǎng)企業(yè)、能源規(guī)劃與發(fā)展、交通產(chǎn)業(yè)、城市規(guī)劃建設(shè)等多個管理主體，其發(fā)展需要政府的政策引導(dǎo)和市場的有效協(xié)調(diào)。然而我國缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)的市場引導(dǎo)和政商溝通機(jī)制，尤其在城市居民區(qū)域的利益相關(guān)資源和政商鏈整合方面存在不足，在充電樁占地手續(xù)辦理、充電維護(hù)管理等各環(huán)節(jié)仍面臨著城市建設(shè)、小區(qū)物業(yè)管理、政府審批等多方面事務(wù)性的相關(guān)阻礙。由此，在高密度的大城市普遍存在“安裝充電樁難”和“大量私家充電樁閑置”的矛盾問題。因此，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和充電基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)的高度融合策略，針對我國超大城市普遍存在的人口密度高，地面空間面積稀缺的具體情況，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市電動汽車智能化共享充電新商業(yè)模式就具有非常實(shí)際的意義。

2電動汽車用戶的用電需求

城市電動汽車的用電需求具有3個特殊性：可移動性、多樣性、分時性。可移動性：作為交通運(yùn)輸工具，同一輛電動汽車可能會停靠在多個不同的位置，其用電需求也會在不同停靠位置間移動，因此針對傳統(tǒng)電網(wǎng)用戶設(shè)計的“定點(diǎn)用電、定點(diǎn)計費(fèi)”的用電服務(wù)方式就不再適用，而必須為電動汽車用戶提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計費(fèi)”的用電服務(wù)方式。多樣性：不同種類電動汽車用戶的用電需求不同。如電動公交車、環(huán)衛(wèi)車、出租車和私人轎車的用電需求存在較大差異。其次，同一個電動汽車用戶存在多種用電需求，既有對電池快速更換的需求，也有對直流充電和交流充電的需求。分時性：電動汽車的用電需求可由用戶來自主選擇分配充電時間。就目前采用的慢充技術(shù)而言，一般可在5～8h完成充電過程。據(jù)統(tǒng)計，90%的汽車有95%的時間處于停駛狀態(tài)，這意味著通過合理的激勵手段和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將私家充電樁加入到統(tǒng)一運(yùn)營管理平臺中，實(shí)現(xiàn)1臺充電樁可同時滿足多臺電動汽車的充電需求。獨(dú)立和孤立的充電樁不能滿足電動汽車的可移動性用電需求，城市充電基礎(chǔ)設(shè)施必須具備網(wǎng)絡(luò)化的屬性，通過合理優(yōu)化充電樁的物理網(wǎng)點(diǎn)布局和物聯(lián)網(wǎng)信息平臺，構(gòu)建一個有機(jī)共享充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高效、智能、規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和運(yùn)營平臺。

3 PLC技術(shù)在充電樁建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)在充電樁建設(shè)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(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)通信，并且所有的數(shù)據(jù)都會采集至后臺或云端，進(jìn)行統(tǒng)一的管理。在充電過程中，充電樁與電池之間也必須進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，目前在充電樁的系統(tǒng)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(shù)據(jù)通信。作為電動汽車的基礎(chǔ)配套設(shè)施的充電樁，其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了智能化通信系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：一是需要檢測的點(diǎn)多且分散;二是覆蓋面廣、通信距離短;三是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漤毦哂徐`活性和擴(kuò)展性。因此，建設(shè)充電樁時需要考慮以下問題：（1）通信系統(tǒng)在戶外需長期經(jīng)受暴風(fēng)驟雨等惡劣環(huán)境，具備抗電磁、噪音干擾能力，保持通信暢通。（2）通信上，實(shí)現(xiàn)信息量的上傳和控制量的下達(dá);且隨著終端業(yè)務(wù)量的增長，保證多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率越來越快。（3）通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，用以滿足充電樁控制點(diǎn)面多、面廣和分散的特點(diǎn)。（4）在滿足通信穩(wěn)定可靠后，整體考慮初期建設(shè)成本，長期使用、維護(hù)的成本，以及便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)維等。

3.2 PLC技術(shù)為充電樁建設(shè)提供的解決方案

電動汽車和充電樁之間需建立穩(wěn)定、高速的通信連接，電力線載波通信PLC技術(shù)利用現(xiàn)有電力線路進(jìn)行信息傳輸，不需要再鋪設(shè)通信電纜，也無需對現(xiàn)有充電設(shè)備進(jìn)行改造，利用充電系統(tǒng)中的各種交直流線纜，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)供電與信息通信的二合一。同時具備了工程量小、建設(shè)周期快、綜合成本低等優(yōu)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(qū)、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(tǒng)為例，系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

每一個充電樁可以通過串口、485或網(wǎng)口與PLC模塊相互連接。樁體與載波模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在低壓配電柜側(cè)安裝一個PLC通信主機(jī)，主機(jī)為三相通信方式，可與三相線上的所有從機(jī)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主機(jī)自帶一個RJ-45網(wǎng)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(tǒng)無線（2G/3G/4G）通信時受信號屏蔽或時常掉線以及月租費(fèi)的困擾。

3.3架構(gòu)思路

系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)處理層、分布式數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層、軟件系統(tǒng)管理層和云平臺層。數(shù)據(jù)接入層，主要對接不同廠家的充電樁和運(yùn)營商平臺，基于阿里負(fù)載均衡SLB服務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的分布式部署，達(dá)到數(shù)據(jù)接入的動態(tài)可擴(kuò)展及接入服務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)處理層，包括對于接收數(shù)據(jù)的解密、解析，并對于數(shù)據(jù)做容錯防錯的處理。基于阿里的消息隊列，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式消費(fèi)和處理。分布式數(shù)據(jù)庫層，基于阿里的DRDS分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)，采用表格存儲數(shù)據(jù)庫、RDS關(guān)系數(shù)據(jù)庫和Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫集群。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析層，實(shí)時或者定時的對于充電樁實(shí)時數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)或日志數(shù)據(jù)等做統(tǒng)計分析。業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的主要業(yè)務(wù)功能，包括：充電樁檔案管理、報警管理、報表管理、錯誤信息處理。表現(xiàn)層為瀏覽器端，包括基礎(chǔ)信息展示、運(yùn)維管理、報警處理、統(tǒng)計分析結(jié)果等其他功能界面。軟件系統(tǒng)管理包括用戶管理、權(quán)限管理、部門管理和安全管理。日志系統(tǒng)，包括系統(tǒng)運(yùn)行日志、用戶操作日志和充電樁數(shù)據(jù)日志的收集、存儲、清洗和分析工作。云平臺，包括云主機(jī)、云服務(wù)產(chǎn)品和云安全產(chǎn)品等。

結(jié)語

電動汽車作為一種綠色環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交通工具，正在蓬勃發(fā)展，作為其基礎(chǔ)配套設(shè)施之一，充電樁建設(shè)也在如火如荼的發(fā)展。

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