本文深入探讨了充电系统PLC通信中的SLAC技术并阐述了其工作原理、流程、优势和应用场景。作为电动汽车与充电系统之间基于电力线通信的链路管理协议SLAC技术能够实现电动汽车与充电系统的互联互通。其中SLAC通过交换检测信号来评估信道质量协商最优通信参数确保充电过程稳定高效。1. 引言当前电动汽车蓬勃发展充电设施是重要的支撑其性能和稳定性直接关系到电动汽车的普及和用户体验。充电系统中的PLC电力线通信通信技术凭借无需额外布线、覆盖范围广的优势成为充电桩与电动汽车之间数据传输的关键技术。在PLC通信中SLAC信号电平衰减特性技术起着至关重要的作用它确保了充电过程中车桩之间通信的稳定性和可靠性。2. SLAC技术概述(1) 定义与背景SLAC 是一种基于电力线通信的电动汽车 (EV) 与充电桩 (EVSE) 之间的链路管理协议。电力线最初设计用于传输电能其高噪声、多径衰减和阻抗变化特性导致通信质量不稳定。在充电过程中车与桩需要频繁交换彼此的参数信息以保证充电过程的稳定性。因此在进入充电流程之前需要通过 SLAC 确认车与桩之间 PLC 连接的稳定性和可靠性。(2) 相关标准DIN SPEC 70121和ISO 15118 3中都有关于SLAC协议的详细内容。SLAC的本质是确认汽车与桩之间的电力线连接是否稳定可靠因此电力线通信标准HomePlug AV也是一个重要的参考文件。3. SLAC技术工作原理及流程(1) 核心架构SLAC协议的核心架构可以简洁地概括为 “32” 模型即3个核心必需步骤和2个辅助可选步骤。(2) 核心步骤车辆EV主动向桩端发送SOUND车辆端生成随机的RunID并通过MME命令CM_SLAC_PARM.REQ进行广播。接收到车辆端请求的桩端会通过MME命令CM_SLAC_PARM.CNF进行响应响应内容包括车辆端发送的RunId和期望的声音数量。车辆端广播三次MME命令CM_START_ATTEN_CHAR.IND告知桩端即将发送SOUND。车辆端通过MME命令CM_MNBC_SOUND.IND进行SOUND广播其中CNT参数用于记录发送声音的次数。桩端的PLC芯片接收到命令后会计算SOUND消息中58个载波组的平均衰减值并通过CM_ATTEN_PROFILE.IND发送给桩端通信控制器SECC。桩端EVSE计算平均衰减桩端收到10个SOUND和PLC芯片计算出的10个衰减值后计算这10个SOUND的平均衰减值并通过CM_ATTEN_CHAR.IND通知车辆端。车辆端收到桩端的CM_ATTEN_CHAR.IND后通过CM_ATTEN_CHAR.RSP通知桩端已收到其计算出的平均衰减值。车辆端将CM_ATTEN_PROFILE.IND中58个载波组的衰减值相加计算平均值得到总的平均衰减值如果在25-45的合理范围内有些桩可能没有严格按照标准计算衰减下限可以从25改为0则发送CM_SLAC_MATCH.REQ指令请求建立SLAC连接。由于PLC的特性容易发生串扰因此可能存在多个桩端响应车辆端请求的情况。如果出现这种情况车辆端会选择衰减最小的桩端发起MATCH请求其中桩端的标识符为CM_SLAC_MATCH.REQ指令中的EVSE MAC参数。建立连接桩端收到Match请求后若满足建立连接条件则发送CM_SLAC_MATCH.CNF通知车端SLAC已建立。同时桩端提供NID和NMK。车端使用CM_SET_KEY.REQ将生成的新的NID和NMK告知桩端PLC用于后续的V2G通信。(3) 可选步骤Validation当多个桩端通过CM_ATTEN_CHAR.IND给出衰减值且衰减值较大时需要通过Validation选择一个与车辆端物理连接即CP线连通的桩。车辆端第一次广播命令CM_VALIDATE.REQ其中Result 1告知桩端即将开始验证流程。桩端通过CM_VALIDATE.CNF回应其中Result Ready表示可以开始验证流程。车辆端收到桩端回应Ready后再次发送CM_VALIDATE.REQ告知桩端车辆端将在参数Timer指定的时间内切换BCB。随后车辆端开始通过S2切换BCB并记录次数。桩端通过参数CM_VALIDATE.CNF告知车辆端其记录的BCB次数。如果车侧记录的次数与桩侧发送的次数一致则说明桩侧与车侧物理连通可以进行下一步操作。PLC功率调整该功能是在Slac连接建立后识别出对方PLC功率不合适并向对方发送请求调整其PLC功率。即车侧可以向桩侧发起请求降低桩侧的PLC输出功率或者桩侧可以向车侧发起请求降低车侧的PLC输出功率。(4) SLAC协议“32”模型流程图为了更直观地展示SLAC协议“32”模型的执行顺序与交互关系下面通过流程图进行说明可选步骤 (2个辅助步骤)核心步骤 (3个必需步骤)车辆发送SOUNDCM_SLAC_PARM.REQ广播桩端计算平均衰减CM_ATTEN_CHAR.IND建立连接CM_SLAC_MATCH.CNFValidation验证CM_VALIDATE.REQ/CNFPLC功率调整功率协商请求流程图说明核心步骤必需车辆发送SOUND车辆端生成随机RunID通过CM_SLAC_PARM.REQ广播桩端响应CM_SLAC_PARM.CNF桩端计算平均衰减桩端收到10个SOUND后计算平均衰减值通过CM_ATTEN_CHAR.IND通知车辆端建立连接桩端收到Match请求后发送CM_SLAC_MATCH.CNF建立连接提供NID和NMK可选步骤辅助Validation验证当多个桩端响应时通过BCB切换验证物理连接PLC功率调整连接建立后根据实际需要调整对方PLC输出功率执行顺序三个核心步骤按顺序执行连接建立后可根据实际情况选择执行可选步骤。(5) 关键报文格式与字段解析SLAC协议通过一系列MMEMAC Management Entity命令报文实现车桩间的通信协商。以下是核心报文的关键字段及其作用CM_SLAC_PARM.REQ/CNF参数协商报文类型请求/确认发送方EV → EVSEREQEVSE → EVCNF关键字段RunID8字节随机生成的会话标识符用于匹配同一会话中的请求与响应NumSounds期望发送的SOUND数量通常为10TimeoutSOUND发送的超时时间ForwardingSTA转发站地址作用初始化SLAC会话协商SOUND发送参数建立通信基础CM_START_ATTEN_CHAR.IND开始衰减特性指示报文类型指示发送方EV → EVSE关键字段RunID与CM_SLAC_PARM.REQ中一致的会话标识符NumSounds即将发送的SOUND数量作用通知桩端即将开始发送SOUND信号准备接收并计算衰减CM_MNBC_SOUND.IND多网络广播SOUND指示报文类型指示发送方EV → EVSE关键字段RunID会话标识符SenderID发送方标识CntSOUND发送计数1-10Rnd随机数用于增强安全性AppType应用类型标识作用广播SOUND信号供桩端测量信道衰减特性CM_ATTEN_PROFILE.IND衰减剖面指示报文类型指示发送方PLC芯片 → SECC桩端通信控制器关键字段AAG58字节58个子载波组的衰减值数组RunID会话标识符作用PLC芯片将计算出的58个子载波组衰减值上报给SECCCM_ATTEN_CHAR.IND/RSP衰减特性指示/响应报文类型指示/响应发送方EVSE → EVINDEV → EVSERSP关键字段RunID会话标识符NumSounds实际接收的SOUND数量Attenuation计算出的平均衰减值SourceAddress源地址桩端MAC作用桩端将计算出的平均衰减值通知车辆端车辆端确认接收CM_SLAC_MATCH.REQ/CNF匹配请求/确认报文类型请求/确认发送方EV → EVSEREQEVSE → EVCNF关键字段RunID会话标识符EVSE MAC桩端MAC地址用于标识具体桩端NID7字节网络标识符NMK16字节网络成员密钥作用车辆端选择衰减最小的桩端发起匹配请求桩端确认匹配并提供安全参数CM_SET_KEY.REQ设置密钥请求报文类型请求发送方EV → EVSE关键字段NewNID新的网络标识符NewNMK新的网络成员密钥作用车辆端将生成的新的NID和NMK告知桩端PLC用于后续V2G通信加密CM_VALIDATE.REQ/CNF验证请求/确认报文类型请求/确认发送方EV → EVSEREQEVSE → EVCNF关键字段Result验证结果1开始验证Ready准备就绪TimerBCB切换时间参数BcbCountBCB切换次数作用当多个桩端响应时通过BCB切换验证物理连接确保选择正确的充电桩报文交互时序总结参数协商阶段CM_SLAC_PARM.REQ/CNFSOUND发送阶段CM_START_ATTEN_CHAR.IND → CM_MNBC_SOUND.IND×10衰减计算阶段CM_ATTEN_PROFILE.IND → CM_ATTEN_CHAR.IND/RSP匹配建立阶段CM_SLAC_MATCH.REQ/CNF → CM_SET_KEY.REQ可选验证阶段CM_VALIDATE.REQ/CNF多桩竞争时这些报文共同构成了SLAC协议的通信骨架确保在复杂的电力线环境中建立稳定、可靠的通信链路。4. SLAC技术优势(1) 保证通信稳定性SLAC技术在电力线高噪声、多径衰减、阻抗变化的环境下通过交换检测信号评估信道质量如信号衰减、干扰强度协商最佳通信频率和调制方式保证车桩之间PLC连接的稳定可靠从而保证充电过程的稳定性。(2) 提高充电效率SLAC技术通过快速、精准地建立稳定的通信连接使得充电过程中的参数交互更加高效减少因通信问题导致的充电中断或延迟提高充电效率。(3) 支持高级功能除了基本的充电信息交换之外SLAC技术还为电动汽车的车辆到电网V2G等更高级功能打开了大门使电动汽车不仅成为能源消费者还能成为电网的储能单元和服务提供商。5. SLAC技术的应用场景(1) 直流充电桩在直流充电过程中IEC 61851-1标准模式4巧妙地利用现有的CPControl Pilot线实现高层通信HLC。这一创新举措使得IEC 61851-23规范中定义的直流充电协议可以通过CP信号线进行传输大大提高了充电效率和安全性使充电过程高度智能化。SLAC技术作为关键环节保障了该高层通信的稳定实现。(2) NACS充电系统NACS北美充电标准是特斯拉免费开源发布的充电标准其在高层数字通信方面的突破尤其值得关注。不同于传统的单物理通信线设计NACS采用电力线通信PLC技术尤其体现在采用HomePlug GreenPHY作为数据链路层协议。在具体实现上充电桩和车辆上的CP信号电路中均嵌入调制解调器将经OFDM正交频分复用调制的高频信号耦合到CP信号线上实现高效的数据传输。在此过程中SLAC技术保障了通信的稳定性和可靠性即使不增加额外的通信引脚也能实现惊人的10 Mbit/s通信速率大大提升了直流充电时信息交换的速度和质量。
