CN105281807A - 使用电力线的通信设备以及操作该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过电力线联接至电动车辆服务设备(EVSE)的电动车辆(EV)的电力线通信设备。电力线通信设备包括噪音测量单元，其用于通过电力线将第一电压信号施加到EVSE，接收响应于所述第一电压信号从EVSE输出的第二电压信号，并生成包含关于所述第二电压信号和第一电压信号之间的比较结果的信息的噪音信息。电力线通信设备包括信号衰减校正单元，其用于接收来自所述EVSE的多个电力线信号，并基于所生成的噪音信息和所述多个电力线信号生成信号衰减信息。电力线通信设备包括通信调制解调器，其用于基于所生成的信号衰减信息执行与所述EVSE的通信交换。

Description

使用电力线的通信设备以及操作该设备的方法
技术领域
本公开涉及一种使用增强了性能的电力线的通信设备。
背景技术
在车辆工业中，近来由于环境破坏和高油价导致的全球变暖的限制，电动车辆正处于快速发展中。世界范围内的主要车辆制造商现在正在研究和开发电动车辆，将其作为要发展的主要车辆。
电动车辆的优点在于它们没有废气和几乎没有噪音。虽然电动车辆在1873年就已经早于汽油车辆被开发出来，但由于诸如可再充电电池相当大的重量或者充电所花费的时间的限制，它们并没有被商用，然而由于当前的严重污染，它们再次被开发。然而，由于可再充电电池使用次数的限制所导致的限制在于，只采用可再充电电池自身时，不能确保长途驾驶。因此，使用诸如化石燃料以及可再充电电池的两种动力源的混合动力车辆目前正在特别是北美的市场中积极售卖。日本车辆制造商丰田(Toyota)的普锐斯(Prius)是典型的混合动力车辆。普锐斯具有发动机和交流发电机，其可以使用引擎和车辆使用汽油制动时收集的动能作为电能。
对于电动车辆来说，提供了一种使用可再充电电池(即二次电池)以及性能不同于典型的电池特性的燃料电池的方式。因此，由于电动车辆中可再充电电池的充电以及其频繁更换周期而导致的典型限制正在被逐步解决。某些小型电动车辆而不是通常的路面驾驶的电动车辆已经被商用，并被积极使用。例如，小型电动车辆正在被积极用于高尔夫球场的高尔夫球车、体育场中用于移动比赛者和设备的车辆、室内驾驶车辆、室内清洁车辆等，并且还被预测的事实是，电动车辆还将扩展用于一般的商用车辆和汽车。
电动车辆内的可再充电电池需要定期充电。由于电动车辆服务设备(electricvehicleserviceequipment，EVSE)可以通过使用电力线在供电的同时传输数据，这可以对使用期望在不远的将来被商用的电动车辆是相当有用，并且用户可以通过使用电力线传输车辆所需的各种多媒体数据。
通常呈现的EVSE使用电力线通信(PLC)技术来将通过电力线接收的数据信号传输至数据处理设备。
当电动车辆被商用时，电动车辆中的可再充电电池一般将通过使用商用电源插座来充电。例如，类似于目前的加油站的充电站将会出现，并且驾驶员将通过利用充电站中的商用电源插座对电动车辆的可再充电电池充电。在这种情况下，商用电源插座可以是位于家庭、专用于电动车辆的充电站或者建筑物停车场的通用商用电力连接单元。一般地，由于环境噪音或者机械噪音，导致安装了商用电源插座的地点对于车辆充电过程中的数据通信是明显不适合的环境。例如，当充电站与洗车房位于同一地点时，洗车房内为了清洗车辆而被驱动的马达的噪音或震动明显地不适合于车辆充电过程中的可靠且有效的数据通信。因此，为了在车辆充电过程中通过使用电力线来有效且可靠地传输数据信号，应当采用可以克服高负荷干扰、噪音、信号失真等的通信技术。
电力线通信类型的ISO15118标准已经被采纳为用于EV和电动车辆服务设备(EVSE)的通信标准，且特别地，电力线通信针对控制导向线传输(controlpilotlinetransmission，CPLT)而执行。EV制造商和EVSE制造商正在开发适用于该标准的电力线通信模型。但是，ISO15118标准探讨了PHY、MAC、NWK以及电力线通信调制解调器的应用技术，并且不存在对电力线信道的要求。因此，影响EVSE或EV的通信的信道特性根据制造商而变化，这可能导致电力线通信的可靠性下降。
但是，由于电力线中的潜在噪音、高负荷干扰、信号失真等，导致应用于典型的EV充电设备的PLC技术在如上文描述的环境中在有效且可靠地传输数据方面存在困难。
此外，对于PLC技术，需要以一定的间隔安装高输出PLC放大设备，因为开发用于解决传输速率和距离限制以及由电力线中的潜在噪音导致的通信质量变差问题的核心芯片技术并不容易，其对通信距离施加了限制(例如5英里)。因此，存在的限制在于，为了搭建基础结构需要高昂的初始成本，这正成为将来的技术发展项目中的待解决事项。
由于较早描述的同一原因，使用典型的PLC技术的车辆的充电设备具有的限制在于：对于用户来说，不易于可靠且有效地向车辆远程传输数据，并且为解决上述限制需要高昂的成本。
发明内容
实施例提供了电动车辆服务设备(EVSE)，该EVSE可以在将信号应用于控制导向线传输(CPLT)之前考虑电力线信道的信道特性来估计信道，基于所估计的数据施加电力线信号，克服在车辆充电过程中当通过使用典型的PLC技术传输数据信号时导致的电力线中的潜在噪音、高负荷干扰、数据信号的失真等等，并且更有效且可靠地传输数据信号。
在一个实施例中，一种通过电力线联接到电动车辆服务设备(EVSE)的电动车辆(EV)的电力线通信设备包括：噪音测量单元，其用于通过电力线将第一电压信号施加至EVSE，接收响应于第一电压信号从EVSE输出的第二电压信号，并生成包含关于第二电压信号和第一电压信号之间的比较结果的信息的噪音信息；信号衰减校正单元，其用于接收来自EVSE的多个电力线信号，并基于所生成的噪音信息和多个电力线信号生成信号衰减信息；以及通信调制解调器，其用于基于所生成的信号衰减信息执行与EVSE的通信交换。
在附图和下文的描述中阐明了一个或多个实施例的细节。通过说明书和附图以及通过权利要求书，其他特征将是显而易见的。
附图说明
图1是根据实施例的电力线通信设备的框图。
图2是根据实施例的表示信号衰减信息的图。
图3是根据实施例的电力线通信设备的操作方法的流程图。
图4是根据另一个实施例的电力线通信设备的示意图。
具体实施方式
现在将对本公开内容的实施例进行详细介绍，其示例在附图中被图示。
下文参照附图详细描述特定的实施例。然而，不可以认为，本公开内容的精神受限于呈现的实施例，而是通过组件的增加、改变或删除，能够容易地提出包含在发明精神范围内的其他退化发明或者其他实施例。
在描述本公开内容时，为了避免不必要地模糊本公开内容的主题，将排除相关已知技术的详细描述。此外，在描述本公开内容过程中使用的数量词(例如第一和第二)仅仅是用于区分一个组件与另一组件的标识数字。
本文使用的术语如有可能是当前被广泛使用的通用术语，但是在特殊情况下，使用了发明人所任意选择的术语，且在这些情况下，由于在详细说明书的相应部分中详细描述了它们的定义，因此应当注意的是，需要结合术语的含义而不是结合术语的名称来理解实施例。
另外，当在本公开内容中提到一个组件被“联接到”或“连接到”另一组件时，将要理解的是，该组件可以被连接或直接连接到其他组件，但也可以通过彼此之间的其他组件被联接或连接，除非相反地指定。
也就是说，在下文说明书中，词“包括”并不排除所列举的组件或步骤之外的组件或步骤的存在。
下文参照附图更详细地描述本公开内容的实施例。在描述本公开内容时，为了帮助读者容易地理解通篇公开内容，不考虑附图，相同的参考标记被用于同一部件。
图1是表示包含在电动车辆(EV)和电动车辆服务设备(EVSE)中的多个电力线通信设备1和2，以及两个设备之间的电力线的电路图。
如图1所示，EV和EVSE由电力线联接。
EV和EVSE可以通过电力线通信。
当EV和EVSE彼此通信时，可以使用标准协议ISO-15118的通信技术。
ISO-15118是用于EV的通信标准，并且ISO-15118-3定义了MAC层和PHY层的电力线通信。
电力线通信设备1可以包括噪音测量单元104、信号测量单元102、信号衰减校正单元101以及通信调制解调器103。
噪音测量单元104可以与信号衰减校正单元101集成，从而使得它们被配置在单个模块中。
由于EV中的电力线通信设备1与EVSE中的电力线通信设备2具有相同的配置，并且通过相同的操作方法进行操作，因此，下文中仅描述EV中的电力线通信设备1的操作方法，并略去了EVSE中的电力线通信设备2的操作方法。
噪音测量单元104可以生成是关于电力线中噪音的信息的电力线噪音信息。
下面描述了生成电力线噪音信息的示例。
噪音测量单元104可以通过电力线将第一电压信号(例如，具有1Hz的频率和5V的最大电压的正弦信号)施加至EVSE。在施加第一电压信号后，噪音测量单元104可以测量包括通过电力线从EVSE施加的噪音的第二电压信号。噪音测量单元104可以比较第一电压信号和第二电压信号，并仅仅获取从第一电压信号新增加到第二电压信号的噪音信号。
也就是说，噪音信号可以被定义为第三电压信号＝(第二电压信号-第一电压信号)。
电力线噪音信息可以包括关于在以这一方式获得的所有噪音信号上的频域中的每个频率的信号强度的信息，以分贝(dB)为单位。
在生成电力线噪音信息后，噪音测量单元104可以将所生成的电力线噪音信息存储在存储器(未示出)中。
EV中的通信调制解调器103可以传输电力线信号至EVSE并接收来自EVSE的电力线信号。
EVSE的调制解调器203向EV的信号测量单元102输出多个第一电力线信号，并且当多个第一电力线信号被输出时，EV的信号测量单元102可以接收在多个第一电力线信号经由电力线被传输时因多个第一电力线信号的衰减而生成的多个第二电力线信号。
EVSE的通信调制解调器203可以向EV的信号测量单元102输出多个第一电力线信号，并向EV的通信调制解调器103传输关于多个第一电力线信号的信息。
作为多个电力线信号的示例，可以是具有相同幅度并使用不同频率的电力线信号。
下文详细描述多个电力线信号上的信息。
在信号测量单元102接收到(或测量)作为在通过电力线输出时衰减的信号的多个电力线信号后，可以将多个第二电力线信号传输至信号衰减校正单元101。
在衰减和由EV接收之前，EV的通信调制解调器103从EVSE接收关于从EVSE的通信调制解调器203输出的多个第一电力线信号的信息，并将关于多个第一电力线信号的信息传输至信号衰减校正单元101。
关于第一电力线信号的信息包括以dB为单位的，关于在从EVSE的通信调制解调器203输出后且在衰减和由EV接收之前的由EVSE的通信调制解调器203输出的多个第一电力线信号的频域中的每个频率的每个信号强度的信息。
EV的信号衰减校正单元101可以生成关于多个第二电力线信号的信息，且关于第二电力线信号的信息可以包括以dB为单位的、关于在从EVSE的通信调制解调器203输出和衰减之后，由EV接收的多个第二电力线信号的频域中的每个频率的每个信号强度的信息。
信号衰减校正单元101可以接收关于多个第一电力线信号的信息，并基于电力线噪音信息、关于多个第一电力线信号的信息以及关于多个第二电力线信号的信息生成关于信号衰减的信息。
通过生成信号衰减信息，以及基于生成的信号衰减信息执行通信交换，EV的电力线通信设备可以确保EV和EVSE之间的通信交换的可靠性，并提供安全性。
信号衰减信息可以是关于多个第一电力线信号与多个第二电力线信号的大小比的信息。
也就是说，信号衰减信息可以是表示频域中由EV通过电力线接收的第二电力线信号与在通过电力线接收之前从EVSE输出的第一电力线信号的比的图。
信号衰减信息可以是根据电力线状态或者电力线的信道状态，特别是电力线中的噪音，而变化的值。
图2中示出了信号衰减信息的示例。
返回参考图1，信号衰减校正单元101可以生成信号衰减信息，并将生成的信息传输至EV的通信调制解调器103。
EV的通信调制解调器103在接收来自信号衰减校正单元101的信号衰减信息后，可以基于信号衰减信息而执行与EVSE的通信调制解调器203的通信交换。
在基于信号衰减信息执行通信交换过程中，EV的通信调制解调器103针对包含在信号衰减信息中的电力线信号的每个频率，分析第二电力线信号与第一电力线信号的大小比，确定哪一个频带可以被有利地用于通信交换，并通过使用作为确定结果的有利于通信交换的频带来执行通信交换。
通信交换的操作方法的示例可以包括但是不限于通过ISO-15118执行的通信方法。
通信调制解调器103可以基于信号衰减信息，考虑电力线中的噪音信息来执行通信交换。
下文参照图3描述了本公开内容的电力线通信方法。
在步骤S301中，感测EV和EVSE通过电力线联接。
当EV和EVSE通过电力线联接时，在步骤S303中，噪音测量单元104生成作为关于电力线中的噪音的信息的电力线噪音信息，并将电力线噪音信息存储在存储器(未示出)中。
由噪音测量单元104生成电力线噪音信息的方法如上文描述。
当存储了噪音信息之后，在步骤S305中，电力线信号从EVSE的通信调制解调器203被传输至EV的通信调制解调器103和信号测量单元102，信号测量单元102向信号衰减校正单元101传输所接收的电力线信号。
在步骤S307中，当电力线信号被传输时，信号衰减校正单元101从存储器中获得电力线噪音信息，并基于电力线噪音信息和电力线信号生成关于电力线的信号衰减信息。
在步骤S309，信号衰减校正单元101向通信调制解调器103传输所生成的信号衰减信息。
通信调制解调器103接收信号衰减信息，并反映该信号衰减信息以执行与EVSE的通信调制解调器203的通信交换。
在下文中，参照图4描述了通过EV和EVSE的电力线通信设备1和2执行通信交换的方法。
如图4所示，EV和EVSE通过电力线CPLT线路和接地部PE(GND)连接。
EVSE可以包括振荡器。该振荡器可以生成例如具有大小为12V的交流(AC)电压信号(或电力线信号)。此外，振荡器可以生成具有例如频率为1kHz的AC电压信号，但是本公开内容不限于此。
电阻器R1(例如1kΩ)可以被连接到EVSE的振荡器的上端。电阻器R1可以是从振荡器朝着电力线所在的位置传输输出的AC电压信号的路径。
电容器Cs(例如200pF)可以被连接到电阻器R1的右侧。电容器Cs可以执行整流AC电压信号的操作。
电阻器RM(例如10kΩ)和连接到电阻器RM的下端的电容器CM(例如100pF)可以串联地连接到电容器Cs的上端和下端。用于测量所传输的、预整流的AC电压信号的状态或大小的测量单元可以位于电阻器RM和电容器CM之间，但是本公开内容不限于此。
电阻器Rdamp(例如220Ω)以及电感器L(例如220μH)可以并联地联接到电阻器RM的上端，但是本公开内容不需要限制于此。
电阻器Rdamp和电感器L可以向电力线和接地部传输由振荡器输出的AC电压信号。
电力线CPLT线路可以被连接到电阻器Rdamp和电感器L的另一端。
电力线通信设备2以及PLC芯片组部可以被并联连接到电力线和接地部的EVSE侧。
PLC芯片组部可以包括两个电容器(例如2.7nF)、两个电容器之间与其串联连接的变压器、以及PLC芯片组。
当PLC芯片组经由变压器和两个电容器，通过电力线和接地部向EV侧传输第一电压信号时，电力线通信设备2可以基于响应于第一电压信号的第二电压信号，生成电力线噪音信息。
EV的电力线通信设备1和PLC芯片组部可以被连接到电力线和接地部的EV侧。
由于EV的电力线通信设备1和PLC芯片组部的操作与EVSE的电力线通信设备2和PLC芯片组部的操作相同，因此略去了相关的描述。
EV的电力线通信设备1和PLC芯片组部并联连接。
电阻器Rdamp(例如220Ω)和电感器L(例如220μH)并联联接的部分可以被连接到EV的电力通信设备1和PLC芯片组部的右上端。
电阻器Rdamp和电感器L可以作为传输通过电力线传输的第一电压信号以及从振荡器传输的AC电压信号的路径，但是本公开内容不限于此。
RM电阻器(例如10kΩ)以及电容器CM(例如100pF)可以被连接到电阻器Rdamp和电感器L的右端，并可以执行整流从EVSE传输的第一电压信号和AC电压信号的操作。
电容器Cv(例如等于或小于1000pF的电容值)可以被并联连接到电阻器RM的上端和电容器CM的下端。
二极管D可以被连接到电容器Cv的上端。
电阻器R2(例如2.74kΩ)可以被连接到二极管D的另一端。
开关S2和电阻器R3(例如1.3kΩ)可以串联地连接到电阻器R2的上端和下端，并且与电阻器R2并联联接。
根据实施例，上文描述的方法还可以实施为程序记录介质上的处理器可读代码。处理器可读介质的示例是ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备，并且该方法还可以以载波形式(例如通过因特网的数据传输)实现。
存在这样的可能性：根据EV和EVSE之间变化的电力线的信道特性来估计信道，将校正的数据应用至电力线并增强电力线的通信性能。
上文描述的实施例不限于如上描述的配置和方法，一些或全部实施例还可以被选择性地组合，从而可以实现多种变形。
虽然已参考其多个示例性实施例描述了实施例，但应当理解的是，本领域技术人员可以设计出将落入本公开内容的原理的精神和范围之内的多个其他修改和实施例。更特别地，在本公开内容、附图和所附权利要求的范围内对主题组合布置的组成部分和/或布局进行多种变形和修改是可能的。除了组成部分和/或布局的变形和修改之外，替代使用对于本领域技术人员也将是显而易见的。

Claims (8)

1.一种通过电力线联接到电动车辆服务设备的电动车辆的电力线通信设备，所述电力线通信设备包括：
噪音测量单元，其用于通过电力线将第一电压信号施加到所述电动车辆服务设备，接收响应于所述第一电压信号从所述电动车辆服务设备输出的第二电压信号，并生成包含关于所述第二电压信号和所述第一电压信号之间的比较结果的信息的噪音信息；
信号衰减校正单元，其用于接收来自所述电动车辆服务设备的多个电力线信号，并基于所生成的噪音信息和所述多个电力线信号生成信号衰减信息；以及
通信调制解调器，其用于基于所生成的信号衰减信息执行与所述电动车辆服务设备的通信交换。
2.根据权利要求1所述的电力线通信设备，进一步包括：
存储器单元，其用于存储所生成的噪音信息。
3.根据权利要求1所述的电力线通信设备，进一步包括：
信号测量单元，其用于从所述电动车辆服务设备接收多个电力线信号，并将所述多个电力线信号传输给所述信号衰减校正单元。
4.根据权利要求1所述的电力线通信设备，其中，所述噪音信息包括关于第三电压信号的强度的信息，所述第三电压信号包含所述第一电压信号和所述第二电压信号之间的差，并且
关于所述第三电压信号的强度的信息是分贝的形式。
5.根据权利要求1所述的电力线通信设备，其中，所述信号衰减校正单元从所述电动车辆服务设备接收关于多个第一电力线信号的信息，所述多个第一电力线信号是从所述电动车辆服务设备输出的电力线信号，并基于关于所述多个第一电力线信号的信息、所生成的噪音信息以及多个第二电力线信号生成信号衰减信息，所述多个第二电力线信号是在所述多个第一电力线信号通过电力线传输时在衰减后被接收的信号。
6.根据权利要求5所述的电力线通信设备，其中，所述信号衰减校正单元生成关于所述多个第二电力线信号的信息，并基于关于所述多个第二电力线信号的信息、关于所述多个第一电力线信号的信息以及所述噪音信息而生成所述信号衰减信息。
7.权利要求6所述的电力线通信设备，其中，关于所述多个第一电力线信号和多个第二电力线信号的信息包括关于所述第一电力线信号和第二电力线信号的频域中的信号强度的信息，并且
关于信号强度的信息是分贝的形式。
8.根据权利要求1所述的电力线通信设备，其中，所述信号衰减信息是根据电力线的信道状态或电力线的噪音状态而变化的值。
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