电动汽车自适应充电的电力载波通信系统

发布时间：2017-09-25 21:21

  本文关键词：电动汽车自适应充电的电力载波通信系统

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【摘要】：随着经济的发展,能源问题一直困扰着人类,在探求新能源的道路上人类一直在不停的探索。新能源技术朝着更加先进更加完善的方向发展。汽车是现在在中国家庭中也越来越普遍,但是汽车消耗石油,自然资源消耗紧缺必然会导致环境和能源的问题更加严峻。电动汽车的出现很有效的解决了能源的问题。而电动汽车推广普及势必会导致电网用电负荷的增加,本课题采取电力载波通信方式作为电动汽车和充电桩之间的通信方式,研究了基于电力载波通信的电动汽车充电系统。其中,电力载波通信方式是采用已有的电力线网络作为传输媒介进行数据的传输。在中国,强大的电力线网络分布非常广,不需要额外的架设通信线,采用先进的载波技术后电力线信号可以实现稳定传输。本文首先介绍了电力载波通信的国内外发展现状,围绕着基于电力载波的电动汽车充电通信方式进行了探索研究。分析了电力载波通信信道的一些特殊的固有特性,重点研究了信号衰减和距离、频率、负载的关系。针对传输环境恶劣的电力线网络,本课题提出了基于OFDM(正交频分复用技术)的电力线载波电动汽车充电的通信方式。详细介绍了正交频分复用技术的基本原理,然后对OFDM技术进行了数学模型分析。经过算法计算分析,利用循环前缀和保护间隔能够有效的解决多径衰落信道的问题。本文介绍了两种常见的算法,快速傅里叶变化和小波变换算法。再比较了两种算法之后,证明基于小波变换的OFDM电力载波通信具有高可靠性和稳定性以及较高的抗干扰能力。由于采用的OFDM电力线载波通信故传统的外围硬件电路满足不了系统的传输环境。本课题需要设计出精度更高、工作特性更加稳定的载波信号源电路,A/D、 D/A电路,晶振时钟电路以及滤波电路等。利用实习单位资源,选取了安森美半导体公司的AMIS-49587型号的芯片作为本课题的调制解调模块。结合设计的外围电路实现了将载波板处理后的信号放大后传输,提高了信号的传输距离,改善了电力载波通信效果。电动汽车充电采用的是IEC15118通信协议,该标准是为电动汽车和交流充电桩之间通讯统一制定的标准。传统的充电桩采用CAN总线通信方式,其接口不能满足本课题设计要求。本文设计了自适应充电控制策略,同时改进了充电桩接口电路。最后对整个系统进行了通信测试,结果表明本文设计的基于OFDM电力载波通信方式的电动汽车充电系统能够完成充电信号稳定传输。
【关键词】：低压电力线载波通信 电动汽车 OFDM 功率放大 AMIS-49587
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN913.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 引言15-19
• 2 绪论19-25
• 2.1 课题研究的背景及意义19-20
• 2.2 电动汽车国内外发展现状20-21
• 2.3 电力载波通信的国内外发展现状21-22
• 2.3.1 PLC技术国外发展现状21
• 2.3.2 PLC技术国内发展现状21-22
• 2.4 本文的主要研究内容22-25
• 3 低压电力载波通信环境的研究25-37
• 3.1 低压电力载波通信的基本原理25-26
• 3.2 低压电力线信道特性的分析26-33
• 3.2.1 阻抗特性分析26-28
• 3.2.2 时变特性分析28
• 3.2.3 衰减特性分析28-30
• 3.2.4 噪声特性分析30-33
• 3.3 多径与反射分析33-35
• 3.4 本章小结35-37
• 4 OFDM技术的研究与仿真37-49
• 4.1 OFDM技术简介37-38
• 4.2 OFDM技术的基本原理38-43
• 4.2.1 OFDM信号的产生与接收40-41
• 4.2.2 OFDM技术抗多径衰减技术41-42
• 4.2.3 保护前缀和循环间隔42-43
• 4.4 OFDM不同调制技术的比较43-47
• 4.4.1 基于FFT的OFDM技术43-44
• 4.4.2 基于小波变换的OFDM技术44-46
• 4.4.3 FFT变换OFDM和Wavelet变换OFDM特征比较46-47
• 4.5 OFDM技术的优缺点47-49
• 5 低压电力线系统的实现49-65
• 5.1 电力载波通信终端的选择49-51
• 5.1.1 产品的规格和应用49-50
• 5.1.2 AMIS-49587系列的优势及参数50-51
• 5.2 外围电路的设计51-59
• 5.2.1 A/D和D/A电路设计51-52
• 5.2.2 运算放大电路的设计52-53
• 5.2.3 耦合电路的设计53-54
• 5.2.4 载波信号源电路的设计54-58
• 5.2.5 晶振时钟电路和滤波电路的设计58-59
• 5.3 电力载波通信系统通信测试59-65
• 5.3.1 HomePlug AV的数据结构60-61
• 5.3.2 上位机LabVIEW的通讯编程61-62
• 5.3.3 TCP通信编程62-65
• 6 基于15118通信的电动汽车充电实验验证65-81
• 6.1 自适应充电控制策略65-68
• 6.1.1 充电控制的通信分层结构65
• 6.1.2 充电装置自适应65-66
• 6.1.3 充电参数自适应66-68
• 6.2 基于IEC15118的电动汽车充电通信协议68-73
• 6.2.1 协议数据单元69
• 6.2.2 充电握手阶段69-70
• 6.2.3 充电参数配置阶段70-71
• 6.2.4 充电阶段71-73
• 6.2.5 充电结束阶段73
• 6.3 交流充电桩外部硬件实现73-77
• 6.3.1 电动汽车和充电桩的整体结构设计74
• 6.3.2 电动汽车交流充电接口电路设计74-75
• 6.3.3 充电桩硬件控制电路设计75-76
• 6.3.4 充电连接口设计76-77
• 6.4 实验验证77-79
• 6.5 本章小结79-81
• 7 总结与展望81-83
• 7.1 总结81-82
• 7.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 作者简介及作者在读研期间主要科研成果88

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本文编号：919654