电动汽车充电桩网络通讯解决方案为抢占21世纪世界汽车产业制高点,也是节能减排的实际需要,近年来中国陆续出台了一系列的政策鼓励新能源汽车的普及应用,2012年6月,国务院发布了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》。提出了发展我国节能与新能源汽车产业的主要目标:到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆,燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。
电动汽车将是发展的主流,所谓电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好,但当前技术尚在逐步发展完善阶段。实际上,制约电动汽车普及和发展的不仅仅是电池等关键技术,充电桩的大量建设,为电动车续航提供保证也是一个重要的制约因素。
据国家电网统计数据显示,截至2011年,国家电网累计建成243座充换电站、13283个充电桩;而南方电网全网也累计建成了14座充电站、2901个充电桩。这对于电动汽车的市场需求可谓杯水车薪,未来还将有大量的充电站和充电桩要建设和投入使用。
电动汽车充电桩是电动汽车充换电系统中最重要的设施,一般固定在路边或停车场内,利用专用充电接口,电动汽车充电桩采用传导方式,为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能,并具有相应的通讯、计费和安全防护功能。通过投币或购买专用的IC卡,为电动汽车充电。
充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种。交流充电桩是安装在电动汽车外、与交流电网连接,为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置,同时具备计量计费功能;直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接,为电动汽车动力电池提供小功率直流电源的供电装置,直流充电桩具有充电机功能,可以实时监视并控制被充电电池状态,同时,直流充电桩可以对充电电量进行计量。
电动汽车充电桩整体系统由四部分组成:电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统系统、充电管理服务平台。
现在首批“吃螃蟹”的充电桩的投资与建设单位都是大型国有电力集团,无论城市和乡村都已经是电网密布,充电桩建设过程中,变电、配电、取电都不是难事,但用于充电桩计费、管理、安防和状态检测等的通讯却成了制约充电桩建设的难题之一。
建设要求作为电网配用电侧的电动汽车充电桩,其结构的特殊性决定了通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构,因此,电动汽车充电桩通信方式的选择应考虑如下问题:
(1)、可靠性:通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰的考验,并保持通信的畅通,选用的系统必须是高可靠性的设备。
(2)、经济性:在满足可靠性的前提下,综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用,建设通讯专网技术,不但在安全和可靠性上会有提升,在后期使用费用方面也将大幅降低租用费用。
(3)、双向通信:不仅能实现信息量的上传,还要实现控制量的下达。
(4)、多业务混合组网:随着以后终端业务量的不断增长,主站到子站、子站到终端之间通信,要保证实现数据(计量数据、状态数据、控制数据等)、视频(保证电力桩安全的视频监控系统)、语音等多种业务的实时传输。
(5)、通讯带宽:多种业务传输需要有比较大的带宽,特别是视频业务,如果采用1080P高清视频监控的话,1路视频至少需要4Mbps以上的带宽保证,由此可推断,每个充电桩的通讯带宽要至少达到5-20Mbps,才能满足充电桩的网
络通讯需求。
(6)、灵活性和扩展性:由于充电桩具有控制点面多、面广和分散的特点,要求采用标准的通信协议,IT和通讯产业“ALL IP”全网络的技术趋势和近年来电力运营业务通讯发展的实践,决定了基于IP的业务承载才能满足需求,并且便于安装施工、调试、运行、维护。
电动汽车充电桩属于配电网侧,其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。通信是配电网自动化的一个重点和难点,区域不同、条件不同,可应用的通信方式也不同,具体到电动汽车充电桩,其通信方式主要有有线方式和无线方式:
1、有线方式
有线方式主要有:有线以太网(RJ45线、光纤)、工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)。
工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)优点是数据传输可靠,设计简单,缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大,缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。特别是在人口密集的大中型城市,开挖管道或架空布线都是十分困难和不经济的事情。
2、无线方式
无线方式主要采用移动运营商的移动数据接入业务,如:GRPS、CDMA、3G(WCDMA\CDMA2000\TD-SCDMA)、4G(LTE)等。电信运营商的网络服务于大众,优势是分布广,缺点是可靠性不高,承载能力不强(特别是视频监控专网等大带宽业务)。
采用移动运营商的移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商的移动数据网络,需要支付昂贵的月租和年费,随着充电桩数量的增加费用将越来越大;同时,数据的安全性和网络的可靠性都受到移动运营商服务的限制,用“公网技术”解决“私网应用”不利于系统的可靠运行;其次,移动运营商的移动接入带宽属共享带宽,当局部区域有大量设备接入时,其接入的可靠性和每个用户的平均带宽会恶化,不利于充电桩的密集接入、大数据量的数据传输。
结合多年的无线专网行业技术积淀和从业经验,新竹科技针对电动汽车充电桩通讯网络系统提出如下的设计理念:
按照从控制中心到前端电力桩的顺序,总体通讯网络分为三级,即骨干网络,接入网络,终端网络,三级统一设计,综合集成。
1、骨干网络:即充电桩通讯专网汇聚节点与主站和后台管理系统的网络,才网络要求可靠性最高,带宽容量最大,宜选择“光纤为骨干,光速无线网络系统为骨干备份”的高可靠性系统,光网络与光速无线通讯结合,系统组成“骨干环网”,构成1000Mbps骨干通讯系统;
光速无线网络系统iMAX-9000-GEPTP2000 2Gbps点对点IP微波系统是最新的高科技无线通讯系统,其超高带宽容量、超远通讯距离、高可靠性设计、结构简单、体积小巧、易安全、可网管等技术特点决定了其是光缆热备份系统的不二之选。
中华电动汽车网2、接入网络:即充电桩组之间,充电桩组到通讯专网汇聚节点的网络,宜选择超远距离300Mbps点对多点无线接入系统iMAX-8000 ,单900Mbps(单扇区300Mbps,典型组网为120度三扇区全向组网)的接入容量完全可满足充电桩的通讯需求。
iMAX-8000 系统是“无线高带宽城域专网”(WMAN)的理想接入手段。
3、终端网络:一组相邻的电力桩或一个小型的充电站,由于距离很近,采用网线布线即可实现其互联。
通讯系统组网拓扑示意图如下:
需要强调指出的是,新竹科技勘察、设计、施工、调试与售后服务等技术服务体系也是电动汽车充电桩网络通讯解决方案成功的关键所在。新竹科技根植于物联网行业,定位于物联网行业无线、视频及智控专家,公司一直秉承“用户至尚”的服务理念,将与电力行业系统集成合作伙伴一道,竭诚为中国新能源汽车事业的发展服务!
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