電動(dòng)車(chē)（EV）和插電式混合動(dòng)力車(chē)（PHEV）正在形成一個(gè)前所未有、充滿(mǎn)活力的移動(dòng)電能消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)，電力提供方（電力公司）和汽車(chē)所有者之間的關(guān)系也日益清晰。許多電力公司已經(jīng)或正在計(jì)劃為EV用戶(hù)提供特殊的費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)，包括固定月費(fèi)率。

　　EV為電能市場(chǎng)注入了新的活力和需求。實(shí)際上，EV與能源提供者之間相互依存的關(guān)系已開(kāi)始形成。由于EV儲(chǔ)能容量較大，通常為10kVH，在數(shù)小時(shí)內(nèi)需要吸收80A甚至更大的電流。這為電網(wǎng)設(shè)備增添了重大壓力，特別是對(duì)于低壓變壓器，可能在為用戶(hù)家庭供電時(shí)產(chǎn)生過(guò)熱甚至發(fā)生故障。另外，EV儲(chǔ)備的電能也可以產(chǎn)生電流倒灌，向電網(wǎng)輸送電能，以解決供電高峰時(shí)期的電力需求，避免啟動(dòng)高碳排放的柴油發(fā)電機(jī)。

　　為了建立這種新型互動(dòng)關(guān)系，EV和能源提供者必須相互溝通。電力公司必須能夠識(shí)別每一輛汽車(chē)，并且需要通過(guò)雙向通信進(jìn)行電能流向、用電量的計(jì)量。為滿(mǎn)足 這一新的市場(chǎng)需求，包括汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在內(nèi)的各標(biāo)準(zhǔn)組織，開(kāi)始著手制定連接EV和充電站 （稱(chēng)為電動(dòng)車(chē)供電單元，EVSE）的通信標(biāo)準(zhǔn)。將這種安全、可靠的雙向通信能力集成到當(dāng)前的供電系統(tǒng)，涉及到諸多關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)，隨著EV充電成為一項(xiàng)關(guān) 鍵的行業(yè)需求，面向智能電網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn)G3-PLC脫穎而出，成為利用電力線(xiàn)通信管理電網(wǎng)能源的領(lǐng)先技術(shù)。

　　本文分析了可靠的EV-EVSE通信關(guān)鍵要求，數(shù)據(jù)表明G3-PLC系統(tǒng)完全滿(mǎn)足汽車(chē)與電力行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)全球各地測(cè)試檢驗(yàn)的G3-PLC方案是最佳的低頻通信方案。

　　EV-EVSE通信標(biāo)準(zhǔn)

　　在過(guò)去的三年中，汽車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)調(diào)研、測(cè)試了各種不同的EV-EVSE通信方案。最近，汽車(chē)聯(lián)盟也將其測(cè)試結(jié)果鎖定在兩種電力線(xiàn)通信（PLC）解決方案，并將G3-PLC重點(diǎn)作為低頻通信選擇。一套切實(shí)可行的通信方案面臨眾多挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員也在積極探求任何可行性方案。

　　通信方案需要遵循的關(guān)鍵原則是：

　　可靠性——可靠的數(shù)據(jù)通信和滿(mǎn)足汽車(chē)級(jí)要求的部件

　　滿(mǎn)足EMC、聯(lián)合干擾及串?dāng)_限制

　　符合全球范圍的電力線(xiàn)規(guī)范

　　通過(guò)控制線(xiàn)工作

　　工作在交流或直流電網(wǎng)

　　對(duì)能源管理系統(tǒng)提供安全的聯(lián)網(wǎng)支持

　　此外，汽車(chē)解決方案為IC設(shè)計(jì)者和制造商帶來(lái)了特殊挑戰(zhàn)。IC必須能夠承受惡劣的工作環(huán)境，必須可靠工作10到20年，滿(mǎn)足汽車(chē)的相關(guān)認(rèn)證/質(zhì)量保證體系要求。

　　G3-PLC——EV-EVSE通信技術(shù)的最佳選擇

　　一段時(shí)間以來(lái)，在汽車(chē)行業(yè)調(diào)研的同 時(shí)，電力行業(yè)也在開(kāi)發(fā)使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年之久的高可靠性G3-PLC方案。這些成果已經(jīng)得到世界最大電力公司的支持，包括法國(guó)電力集團(tuán)（EDF）。目前已 經(jīng)推出G3-PLC電力線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器，可以工作在負(fù)信噪比（SNR）的惡劣環(huán)境下。無(wú)論怎樣強(qiáng)調(diào)G3-PLC技術(shù)的重要性都不為過(guò)，它已成為確保任何 EV-EVSE條件下可靠通信的關(guān)鍵。

　　美國(guó)能源部2009年資助的獨(dú)立直流充電試驗(yàn)結(jié)果證明了EV-EVSE通信所面臨的困難，測(cè)試結(jié)果顯示Maxim的G3-PLC電力線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器具有高度可靠的通信能力，能夠適應(yīng)任何工作條件。

　　強(qiáng)噪聲充電電纜

　　大多數(shù)獨(dú)立的PLC方案都工作在較低電流，G3-PLC是唯一能夠在250A下實(shí)現(xiàn)可靠通信的PLC系統(tǒng)。測(cè)試數(shù)據(jù)（圖1）顯示，噪聲可能比信號(hào)強(qiáng) 20dB，甚至更高；此外，開(kāi)關(guān)電源所產(chǎn)生的噪聲頻率也不相同，取決于具體使用的開(kāi)關(guān)電源。G3-PLC系統(tǒng)采用專(zhuān)有技術(shù)應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境條件，包括可靠工 作模式（robo模式）、自適應(yīng)頻率映射、兩級(jí)糾錯(cuò)和二維梳狀濾波等。這些功能在IEEEISPLC文獻(xiàn)中有詳細(xì)介紹并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證，G3-PLC能 夠跨變壓器實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信。

　　EMC抑制

　　在G3-PLC收發(fā)器推出之前，電磁兼容性（EMC）一直是困擾PLC用于戶(hù)外通信的主要障礙。然而，由于G3- PLC系統(tǒng)工作在較低頻率（500kHz以下），并且針對(duì)全球的智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)，克服了EMC這一難題。實(shí)際上，初步試驗(yàn)已經(jīng)顯示在低頻帶 （500kHz），EMC水平低于CISPR-25的限制門(mén)限，隨后的大量試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。

　　聯(lián)合干擾與串?dāng)_

　　通常情況下，充電站會(huì)對(duì)平行排列的多臺(tái)電動(dòng)車(chē)充電，一旦發(fā)生通信誤碼，將會(huì)造成計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤。因此，聯(lián)合干擾和串?dāng)_成為EV-EVSE網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)心指標(biāo)。汽車(chē)行業(yè)最初考慮在這一應(yīng)用中采用無(wú)線(xiàn)通信方案，但事實(shí)證明這一方案無(wú)法保證可靠的聯(lián)合充電。

　　PLC確保為正在充電的EV正確計(jì)費(fèi)，采用G3-PLC技術(shù)解決這一問(wèn)題。EVSE開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，無(wú)法進(jìn)行通信（圖2），保證在具有多條充電線(xiàn)路的 EVSE中無(wú)法通過(guò)開(kāi)路觸點(diǎn)通信或在充電線(xiàn)路之間通信。這一功能在新近的ISO15118PT4試驗(yàn)中得到了進(jìn)一步證實(shí)，試驗(yàn)中將G3-PLC信號(hào)增大到 正常工作水平的10倍，以引入串?dāng)_。在標(biāo)稱(chēng)條件乃至更嘈雜的工作條件下，未檢測(cè)到串?dāng)_。

　　圖2.采用G3-PLC時(shí)，發(fā)送和接收信號(hào)表明開(kāi)路觸點(diǎn)之間沒(méi)有通信數(shù)據(jù)全球化方案是汽車(chē)制造商的關(guān)鍵目標(biāo)，G3-PLC系統(tǒng)已經(jīng)在全球多個(gè)地區(qū)經(jīng)過(guò)廣 泛測(cè)試，工作在10kHz至500kHz各國(guó)授權(quán)的許可頻帶。為了支持許可頻帶的地區(qū)差異，MaximG3-PLC方案提供可編程功能，以滿(mǎn)足部署區(qū)域的 規(guī)定。由此，歐洲電力公司的試驗(yàn)中，將G3-PLC系統(tǒng)編程在CENELECA波段（最高95kHz）；美國(guó)測(cè)試中，則將G3-PLC設(shè)置在FCC頻帶 （最高490kHz），日本則設(shè)置在ARIB頻帶（最高450kHz）。

　　工作于控制線(xiàn)

　　工作在控制線(xiàn)時(shí)，G3-PLC收發(fā)器需要克服更多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。為了滿(mǎn)足SAEJ1772規(guī)范，工作在控制線(xiàn)時(shí)需 要注意兩個(gè)關(guān)鍵因素：超低電壓與耦合問(wèn)題，以避免PWM干擾?？紤]到G3-PLC系統(tǒng)的堅(jiān)固特性，工作在低壓（及小電流）條件不成問(wèn)題。圖3表明，可正常 工作在500mV以下，不會(huì)出現(xiàn)丟包，也無(wú)需重發(fā)。

　　另外，還須注意避免PWM信號(hào)過(guò)載（對(duì)擺率造成不利影響），并避免來(lái)自1kHz、 12V信號(hào)的PWM諧波。為確保PWM信號(hào)頻帶與G3-PLC傳輸頻帶不發(fā)生重疊，G3-PLC系統(tǒng)設(shè)置工作在150kHz以上。為確保PWM擺率在系統(tǒng) 限值的范圍內(nèi)，優(yōu)先考慮電感耦合（優(yōu)于電容耦合）。

　　圖3.控制線(xiàn)上電感耦合的G3-PLC信號(hào)波形，表明其支持PWM和PLC通信

　　多功能性帶來(lái)更多可能

　　G3-PLC方案作為交流電源方案已經(jīng)在全球范圍的眾多電力公司進(jìn)行廣泛測(cè)試。SAE贊助進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明：G3-PLC系統(tǒng)能夠以零誤碼發(fā)送數(shù)千萬(wàn) 條汽車(chē)用電數(shù)據(jù)。由于G3-PLC系統(tǒng)可工作在加電和非加電線(xiàn)路（交流電網(wǎng)、控制線(xiàn)、CAN或任何介質(zhì)），能夠提供值得信賴(lài)的可靠性保障。

　　G3-PLC方案對(duì)高級(jí)電表基礎(chǔ)架構(gòu)（AMI）非常重視，為交流電網(wǎng)上的EV-EVSE通信開(kāi)啟了一扇新的大門(mén)：G3-PLC系統(tǒng)能夠與電表直接通信。 圖4所示為G3-PLC能夠支持的完備生態(tài)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)家庭中的EVSE將具有獨(dú)立、專(zhuān)用的斷路器，提供與外部電源斷路器的直接通路，避免相差的影響。

　　圖4.EV至電力公司的G3-PLC通信路由

　　部分電力公司在汽車(chē)廠(chǎng)商提出要求之前已經(jīng)為G3-PLC系統(tǒng)增加了IPv6尋址。實(shí)際上，正如StephenShankland在ZDNet發(fā)表的文章 所述，IPv4地址幾乎已經(jīng)耗盡，所以支持IPv6成為當(dāng)務(wù)之急。G3-PLC方案采用6LowPAN壓縮方案，確保支持真正的IPv6尋址。G3- PLC采用真正的IPv6組網(wǎng)后，PHY和MAC不確定能源管理的解決方案能夠在網(wǎng)絡(luò)上無(wú)縫切換。
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