第三章 ISO 15118-3 SLAC协议原理与实现（3.1~3.2协议基础）

3 ‌ISO 15118-3 SLAC协议原理与实现

本章作者将详细介绍SLAC协议原理和软件实现方案。首先，说明PLC和SLAC涉及到的协议、概念和原理。其次，详细介绍SLAC交互流程、命令内容。最后，作者还将为读者剖析3个实现软件（pyslac、XXX_SDK、EvseSlac），重点介绍EvseSlac的状态机、与HLC通信机制。 读者阅读本章节后可以掌握SLAC开发的协议、原理、流程和极具价值的实现代码。

3.1 PLC协议基础

在电动汽车充电桩通信领域，电力线载波通信（Power Line Communication, PLC）和信号电平衰减特性（signal level attenuation characterization, SLAC）是两类关键底层技术，直接影响充电设备间通信的稳定性与效率。

3.1.1 电力线载波通信（PLC）概述

电力线载波通信（PLC）是一种利用电力线作为传输介质，‌同时传输电能和数据信号‌的通信技术。通过将高频载波信号（如1.6MHz–250MHz）叠加到电力线上，实现在供电网络中完成数据传输，无需额外布线‌。

技术原理：

（1）‌信号调制与解调‌

• ‌调制技术‌：采用GMSK（高斯最小频移键控）、OFDM（正交频分复用）等技术将数据转换为高频载波信号‌。

• ‌耦合与传输‌：通过耦合器将调制信号注入电力线，利用电力线网络传输至接收端‌。

• ‌信号还原‌：接收端通过滤波器分离高频信号并解调，恢复原始数据‌。

（2）‌频段划分‌

• ‌窄带PLC‌：工作频率≤500kHz，传输速率较低（10kbps–100kbps），适用于智能电表、远程抄表等场景‌。

• ‌宽带PLC‌：工作频率1.6MHz–250MHz，支持高速传输（1Mbps–200Mbps），用于家庭互联网接入、视频传输等‌。

核心优势与挑战：

‌（1）优势‌

• ‌无需布线‌：复用现有电力线网络，显著降低部署成本‌。

• ‌广覆盖‌：电力网络天然覆盖家庭、工厂等场景，渗透性强‌。

• ‌多业务融合‌：支持数据、语音、视频的“四网合一”（电力+通信+数据+视频）‌。

（2）‌挑战‌

• ‌信道干扰‌：电力线存在高频噪声、阻抗波动及信号衰减问题，需动态优化传输参数‌。

• ‌跨相位传输限制‌：信号在不同电力相线间传输损耗大，需中继设备增强覆盖‌。

• ‌标准化兼容性‌：不同厂商协议差异导致设备互通性受限‌。

典型应用场景：

‌（1）智能电网‌

远程抄表、配电自动化、电网故障检测等‌。

（2）‌智能家居‌

家庭内部设备联网（如灯光控制、安防监控），实现“即插即用”‌。

‌（3）工业物联网‌

工厂设备状态监测，利用PLC传输传感器数据至控制中心‌。

3.1.2 PLC协议发展历程

2000年3月，由Cisco、HP、Motorola和Intel等多家知名公司联合创立了HomePlug Powerline Alliance，致力于电力线网络技术的研发和标准化。这一联盟在2001年6月发布了HomePlug 1.0标准，标志着电力线网络技术的初步实现。

随着需求的增长，Homeplug AV的制定工作于2003年2月正式启动。经过两年的努力，家庭电力线网络联盟在2005年8月正式批准了Homeplug AV标准，这是针对家庭数字多媒体传输需求而定制的新一代技术规范。Homeplug AV支持在电力线、电话线以及同轴电缆上进行高速数据传输，特别适合于高清晰度电视(HDTV)、标准清晰度电视(SDTV)等家庭娱乐应用，如HDTV播放和家庭影院系统。

Homeplug AV的目的是打造一个高质量、多路媒体流的家庭娱乐网络，专注于家庭内部的数字多媒体传输。它采用了先进的物理层和MAC层技术，能够提供高达200Mbps的电力线网络速度，确保视频、音频和数据的流畅传输，满足家庭用户对高清内容和娱乐体验的需求。

在2010年发布了GreenPHY协议。 GreenPHY是HomePlug电力线联盟针对低功耗场景优化的宽带PLC（BPLC）协议，通过简化物理层协议、降低调制密度和优化数据封装，实现低功耗与高兼容性，适用于持续连接但数据量较小的设备（如智能家居、电动汽车充电桩）‌。

核心目标‌：在保持与HomePlug AV/IEEE 1901协议兼容的前提下，降低设备能耗（典型功耗≤1W）‌。

标准兼容性‌：支持ISO 15118电动汽车充电通信协议，满足直流充电桩与车辆间的通信需求‌。

协议对比：

协议类型‌	HomePlug 1.0.1	HomePlug AV	‌HomePlug AV2‌	‌GreenPHY‌
发布时间	2001年	2007年	2012年	2010年
‌应用场景‌	低功耗、小数据量（充电桩、家居）	高清视频、宽带接入‌	家庭宽带（视频传输、高速接入）	低功耗、小数据量（充电桩、家居）
‌传输速率‌	≤14Mbps	200Mbps	1Gbps+	≤10Mbps
频段	1.8–30 MHz	1.8–30 MHz	1.8–86 MHz	1.8–30 MHz
‌功耗特性‌		高功耗（≥5W）	高功耗（≥5W）	超低功耗（≤1W）
‌标准兼容性‌			IEEE 1901	ISO 15118、HomePlug AV

在充电桩中使用的PLC专用芯片都要支持GreenPHY协议，链路层报文遵守GreenPHY协议定义的数据结构。

3.2 SLAC协议基础

GreenPHY协议通信需要专用的芯片进行编解码和组网传输，通信速度可达到2~30Mbps。市场上常见的PLC芯片有三种：

• 高通芯片组：QCA7000系列

• 杭州联芯通半导体（LinkComm）芯片组: MSE1021/MSE1022

• 北京君正的子公司Lumissil  芯片组：IS32CG5317

硬件层面：

PLC芯片作为调制解调器，遵守HomePlug Green PHY（HPGP）协议：

• HomePlug GreenPhy Stand(15118)-EVSE.pdf

• homeplug_gp_specification_v111_final_public.pdf

插枪时，车端芯片和桩端芯片通过CP线物理连接，双方通过高频信号编码和解码建立物理连接，之后通过SLAC（Signal Level Attenuation Characterization）过程，交换探测信号，评估信道质量（如信号衰减、干扰强度），并协商最佳通信频率和调制方式‌，确认信号强度合格后双方加入同一个逻辑网络。至此，完整的通信链路就建立起来了， 以后就可以承载IP报文传送了。

当充电结束时自动退出逻辑网络，就断开了链路层链接，当拔枪时就断开了物理层连接。

SECC（Smart Electric Vehicle Communication Controller）通讯控制器一般都是运行Linux嵌入式系统，加载PLC芯片驱动程序后在系统中变成了一个虚拟网卡，之后就可以通过这个虚拟网卡收发IP报文了。

软件层面：

在Linux嵌入式系统中加载PLC芯片驱动程序，PLC芯片就在系统中变成了一个虚拟网卡，运行SLAC程序，经过发现端点、测量信号强度、最后加入逻辑网络。这个SLAC程序很特殊，是直接面向链路层编程，必须要用原始套接字编程（AF_PACKET+SOCK_ROW），按照HPGP协议定义数据报文，直接传输到链路层。

ISO15118-3协议详细规定了在链路层上的通信类型、命令数据结构、交互流程，还规定了BC充电（不用15118协议）和HLC充电（使用15118协议）两种类型充电自动切换过程。本书后面章节将会介绍如何从BC充电转换到HLC充电。

关于IEC61851协议：

充电桩实现PLC通信离不开CP信号线，尤其是CP状态变化、启动SLAC和退出SLAC机制。IEC61851协议制定了CP信号的详细定义，本书第四章将详细介绍IEC61851-1协议和CP信号状态机制。

预告：

3.3 SLAC协议核心原理

3.4 软件实现方案--pyslac

3.5 软件实现方案--XXX-SDK

3.6 软件实现方案--EvseSlac