G3-PLC技术最终使电动汽车充电智能化

本文探讨了电动汽车 （EV） 和电动汽车服务设备 （EVSE） 之间可靠通信所需的标准。数据将表明G3-PLC系统已经满足汽车和公用事业行业制定的标准。多项国际测试证明，G3-PLC实现是最佳的低频解决方案。

电动汽车（EV）和插电式混合动力电动汽车（PHEV）首次建立了一个可行的移动电能消费者市场。毫不奇怪，电力供应商（公用事业公司）和车主之间的新关系正在出现。许多公用事业公司已经或计划向电动汽车车主提供特殊关税，包括固定的月费率。

电动汽车对电力供应本身提出了新的动力和要求。事实上，电动汽车和能源供应商之间正在发展一种共生关系。

由于其大存储容量（通常为10kVH），电动汽车在数小时内吸收80A或更高的电流。这给电网组件带来了压力，尤其是低压变压器，在为消费者家庭提供服务时可能会过热和失效。同时，电动汽车的蓄电容量也可以逆转电流。然后，它可以将电力供应回电网，从而帮助公用事业公司满足需求高峰，而无需启动高碳输出的柴油发电机。

为了实现这种新的动态关系，电动汽车和能源供应商必须进行沟通。公用事业公司必须能够验证单个车辆，并且需要双向通信来支持功率流速和方向的协商。为了满足这一新的市场需求，包括汽车工程师协会（SAE）、国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）在内的标准组织正在努力指定连接电动汽车和充电站的通信系统，称为电动汽车服务设备（EVSE）。将这种安全、可靠的双向通信集成到现有的电力输送系统中涉及许多关键的设计问题。与此同时，随着电动汽车充电已成为关键的行业需求，智能电网的新标准G3-PLC已成为电力线上能源管理通信的领先技术。

本文探讨了可靠的 EV 到 EVSE 通信所需的标准。数据将表明G3-PLC系统已经满足汽车和公用事业行业制定的标准。多项国际测试证明，G3-PLC实现是最佳的低频解决方案。

EV 到 EVSE 的通信标准

三年多来，汽车公司一直在研究和测试各种EV到EVSE通信解决方案。汽车界已将其测试范围缩小到两种电力线通信（PLC）解决方案，重点是G3-PLC系统作为低频选项。可行的通信系统面临的挑战很多，设计人员正在考虑所有可能性。

重要的沟通标准是：

可靠性 — 强大的通信和汽车级组件

遵守 EMC、关联和串扰要求

全球遵守电力线法规

在控制先导线上操作

在交流或直流电源上运行

为能源管理系统提供安全联网支持

此外，汽车解决方案对IC设计人员和制造商提出了特殊的挑战。IC必须在对环境不利的条件下生存。它必须可靠运行 10 到 20 年，并满足汽车特定的认证/质量保证计划。

G3-PLC 针对 EV 到 EVSE 通信进行了优化

一段时间后，在汽车行业调查的同时，公用事业行业一直在开发具有10+年使用寿命的稳健，高可靠性的G3-PLC实现。这些努力得到了世界上最大的公用事业公司的支持，包括法国电力公司（EDF®）。G3-PLC 电力线调制解调器设计用于在预期负信噪比 （SNR） 的恶劣条件下独特工作。这种G3-PLC能力的重要性怎么强调都不为过。这对于确保在EV到EVSE的所有条件下进行可靠通信至关重要。

2009年美国能源部资助的独立直流充电测试证明了电动汽车到EVSE通信可能面临的困难。这些测试发现，Maxim G3-PLC电力线调制解调器强大的通信能力支持在所有条件下工作。

处理高噪声充电电缆

大多数测试的独立 PLC 解决方案都在较低的安培下工作;G3-PLC是唯一经过测试的PLC系统，在250A下可靠运行。测试数据（图1）显示，噪声可以比信号高20dB或更高。开关电源的噪声也可能处于不同的频率，具体取决于切换器。G3-PLC系统具有独特的功能来应对这种恶劣的条件，包括鲁棒模式（机器人模式），自适应音调映射，两级纠错和二维交织器。这些功能在IEEE® ISPLC论文¹中进行了详细描述，并在现场测试中得到了验证，使G3-PLC具有通过电话杆线路变压器进行可靠通信的独特功能。

图1.用于测试 G3-PLC 操作的 250A 直流充电器的频谱。

对抗电磁兼容

在G3-PLC收发器出现之前，电磁兼容性（EMC）通常是家庭外PLC实施中的一个关键缺点。但是，由于G3-PLC系统在低频（低于500kHz）下运行，并且专为全球智能电网公用事业网络而设计，因此EMC不是问题。事实上，初步测试显示，在低频段（低于500kHz）的EMC水平低于CISPR-25限制。这一性能后来在众多独立测试中得到证实。

防止关联和串扰干扰

电动汽车通常与相邻车辆并排充电。因此，关联和串扰是EV到EVSE网络的主要关注点，因为错误的通信会导致计费错误。汽车行业最初考虑为这种应用提供无线解决方案，但事实证明，保证正确的关联是一个问题。

PLC保证正在充电的电动汽车是计费的电动汽车。G3-PLC 实现解决了此问题。当 EVSE 开关打开时，无法进行通信（图 2）。这可确保在具有多条充电线的 EVSE 中，不会在开路触点之间或充电线之间发生通信。这种性能在最近的ISO 15118 PT4测试中得到了进一步证实，其中G3-PLC信号增加到正常工作水平的10倍以显示串扰。在正常甚至更高的工作条件下，没有检测到串扰。

图2.使用 G3-PLC 时，发送和接收信号显示开路触点之间没有通信。

使用全球解决方案是汽车制造商的一个关键目标。G3-PLC系统已在世界许多地方进行了广泛的测试;每个频段都在10kHz至500kHz范围内的国际许可频段中运行。为了支持许可频段的区域差异，可以对Maxim G3-PLC实现进行编程，使其符合部署时的区域设置。因此，对于欧洲公用事业测试，G3-PLC系统在CENELEC® A频段（高达95kHz）中编程。在美洲，G3-PLC在FCC频段（最高490kHz）和日本的ARIB频段（高达450kHz）中编程。

在控制先导线上运行

针对控制先导的设计增加了 G3-PLC 收发器克服的额外挑战。为了符合SAE J1772规范，在先导线上运行时需要两个关键特性：超低电压和耦合，因此不会干扰PWM参数。由于G3-PLC系统坚固耐用，因此在低电压（和低电流）下运行不是问题。图3显示，可以在500mV以下实现工作，无需丢失数据包或重复。

图3.控制导频线上电感耦合G3-PLC信号的示波器图支持PWM和PLC通信。

同样重要的是，既要避免加载PWM信号（这会对压摆率产生不利影响），又要避免来自1kHz、12V信号的PWM谐波。为了确保PWM频段和G3-PLC传输没有重叠，G3-PLC系统设置为在150kHz以上工作。为了确保PWM压摆率在系统限值范围内，电感耦合是容性耦合的一种选择。

多功能性意味着更多的可能性

G3-PLC 实施已作为交流电源解决方案被众多全球公用事业公司广泛测试。SAE赞助的测试已经独立验证了G3-PLC系统可以零错误地发送数千万条汽车公用事业消息。这种非常可靠的性能是可能的，因为G3-PLC系统可以在有源和无源线路（交流电源，控制先导，CAN或任何介质）上运行。

随着对在高级计量基础设施 （AMI） 中实施 G3-PLC 的浓厚兴趣，交流电源上的 EV-EVSE 通信开启了一个有趣的可能性：让 G3-PLC 系统直接与仪表通信。预计家中的 EVSE 将有一个单独的专用断路器，从而提供返回主外部断路器的直接路径。因此，相位差不会成为问题。

在汽车制造商开始要求IPv6寻址之前，一些公用事业公司正在将IPv6寻址添加到G3-PLC系统要求中。事实上，IPv4地址几乎已经用完了，正如Stephen Shankland的ZDNet文章²中所述。因此，支持IPv6始终是重中之重。G3-PLC实现使用6LowPAN压缩来确保真正的IPv6寻址。借助 G3-PLC 中真正的 IPv6 网络，PHY 和 MAC 无关的能源管理解决方案可通过其网络无缝运行。

审核编辑：郭婷