摘要：随着燃油汽车数量越来越多，带来了一系列问题，例如能源危机、环境污染、全球气温上升，而发展电动汽车将是解决这些问题的有效途径。针对电动汽车充电问题，设计了基于PLC的电动汽车充电控制方案。针对充电方案的实现，制定了通信协议实现电动车、充电桩和后台服务器之间的通信，并编写代码实现初始化连接、服务会话建立、充电控制、计费结算四个主要模块的功能；搭建了实验室模拟测试平台，验证充电方案的可行性。
关键词：PLC 电动汽车 充电方案
Abstract：With the increasing number of fuel vehicles, a series of problems, such as energy crisis, environmental pollution, global temperature rise, and the development of electric vehicles will be an effective way to solve these problems. Aiming at the charging problem of electric vehicles, a charging control scheme based on PLC for electric vehicles was designed. Aiming at the realization of the charging scheme, the communication protocol was established to realize the communication between the electric vehicle, the charging pile and the background server, and the code was realized to realize the functions of the four main modules: initial connection, service session establishment, charging control and billing settlement. The laboratory simulation test platform verifies the feasibility of the charging scheme.
Keyword：PLC Electric Car Charging Scheme
【中图分类号】U469.72 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2019）01-0000-00
1 引言
近几年来，电动汽车以其鲜明的环保特性，正不断得到世界各国政府和企业的青睐。电动汽车是一种通过电池提供动力的环保汽车，几乎可以达到零排放。在如今电动汽车产业蓬勃发展的情况下，与其相配套的充电基础设施建设和充电方案研究也应该同时进行。大规模普及电动汽车的充电基础设施建设，不但需要满足不同品牌和型号电动汽车的充电要求，还应当满足电能供应商的科学管理要求。因而，根据充电过程中对车载电池的充电管理以及电能供应商的科学管理要求，制定电动汽车充电基础设施的充电管理规则，指导用户科学规范地充电，满足不同车辆都能进行充电的需求，实现电动汽车在全社会普及。因而成熟可靠的充电方案就变得至关重要[1]。
2 相关技术介绍
2.1 PLC
PLC（电力载波通信）是一种将数据信号耦合到电力线上，并将电力线作为传播介质的通信技术。随着DSP、数字编码等技术的发展，PLC技术的用途将会愈加广泛。PLC技术可以通过现有的电力线网络替代专用通信网络，轻松实现照明控制自动化、安防监控、远程抄表等等，是一种重要的通信方式。根据带宽大小，可将PLC技术分为窄带 PLC技术（9~500 k Hz）和宽带PLC技术（2~34 MHz）。窄带 PLC技术常用于对数据传输速率要求不高的场合，如实现电网负荷调控、自动抄表系统和路灯控制等轻量级数据传输服务[2]。宽带PLC则常用于对数据传输速率要求较高的场合，如大文件收发、语音通话、视频通话等高速数据传输服务。
2.2 C/S
C/S (Client/Server，客户机/服务器)模型可以充分发挥多主机信息处理的优点，将任务按需要恰当地分配给Client及Server端，从而可以有效减少单侧系统计算开销。在C/S模型中，服务器可连接多个客户端[3]。服务器是传统意义上讲是一台高性能的计算机，拥有较强的计算能力和较大的带宽。在C/S模型中，数据和信息大都保存在服务器上。在实际运作中，服务器启动监听模式，响应来自客户端的连接请求以及服务请求。体系结构如图1所示。
图1 C/S模型体系结构图
2.3 SOCKET
电动汽车与充电桩PLC设备通信，双方使用传输控制协议TCP进行数据的传输，并通过socket套接字通信机制建立网络连接。充电桩为服务端，电动汽车为客户端[4]。SOCKET通信步骤如图2所示：
图2 SOCKET通信步骤图
3 充电方案设计
系统主要由三部分组成，电动汽车，充电桩，远程服务器(数据库)。电动汽车为电力接收方，主要负责提供车载电池参数以及实时状态。充电桩为电力提供方，主要负责向电动汽车提供服务选择，输送电力等。服务器主要为充电桩匹配对应电池型号，提高充电桩充电的安全性与可靠性[5]。系统结构如图3所示。
图3 系统结构图
电动汽车与充电桩之间的通信系统模型类似OSI七层模型。系统分层结构如图4所示。
图4 系统分层模型
3.1 物理层
与数据链路层由于在ISO/IEC l5118标准中，推荐使用PLC作为取代CAN总线通信，PLC通信的研究重点在于物理层和数据链路层的数据传输。宽带PLC技术与OSI模型在数据链路层及其以上的标准相兼容。因而，电力通信网络类似于以太网，而其不同之处主要在于物理层的传输介质不同，PLC通过电力线进行通信，而以太网则通过网线进行通信[6]。
3.2 网络层
网络层基于以太网的IPv6。当前IPv4的地址已经快耗尽，而IPv6的地址足以满足全世界的任意电子设备进行互联互通。随着电动汽车数量的增多，越来越多的电动汽车需要接入互联网，IPv6即可满足这一需求。
3.3 传输层
传输层使用传输控制协议（TCP），该协议允许建立可靠的数据连接并以一种可靠的方式来数据报文的交换。此外，TCP提供流量控制和拥塞控制以及不同的算法来处理拥塞和流量控制的影响。因为对电动汽车充电过程中对数据交换的可靠性、安全性的要求较高，此处使用TCP作为传输层协议[7]。充电过程和充电结束分别如图5、图6所示。
图5 充电过程图
图6 充电结束和结算过程图
4 充电方案测试
本充电方案需根据国家电网公司要求进行充电，其中包括电动汽车从接入充电桩，验证ID，选择相关服务，有序充电控制，计费结算这一系列过程。在验证的过程中，主要考虑各模块功能实现。
软件测试的目的是通过一系列测试方案尽量发现并且克服软件中潜在的一些问题，最后将质量有所保障的程序交付给客户。软件测试首先应该做到的是完成系统设计的所有功能，所以这种测试叫做黑盒测试。因其主要对软件功能进行测试，故黑盒测试又叫做功能测试。在测试过程中，测试人员只需要负责在程序接口处检查软件的功能能否遵照产品使用说明书正常使用，程序是否能通过输入测试数据得到预期的输出结果[8]，并且保证数据类型负荷要求。测试充电曲线如图7所示。
图7 测试充电曲线图
从以上对充电方案的功能测试充电曲线图可以看出，充电控制方案中的各项功能都已实现，系统运行状态良好，系统稳定。
5 结束语
本文结合目前的ISO/IEC15118标准，设计了基于PLC技术的电动汽车充电方案,并对方案的设计和实现进行系统性的研究与分析。主要分为如下几个模块：电动汽车与充电桩的连接与认证，服务会话建立，充电安排与循环充电控制，结束充电与结算计费。充电方案的实现，主要分为四个组成部分，实验环境的搭建，通信协议的实现，数据库的设计与实现，用户操作界面的设计。对整个设计进行实验验证，首先确定测试要求，保证系统功能的全部实现。其次，就测试环境进行讨论，确保能满足系统运行要求。
参考文献
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[8]兰琴丽,周晨,孙燚.电动汽车充电桩控制系统开发[J].电子技术与软件工程,2016(24):40.