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整合於先進讀表基礎建設之電動車輛充電監控策略之研究 (參考資料: 整合於先進讀表基礎建設之電動車輛充電監控策略之研究 白富升國立臺南大學電機工程學系、黃冠傑國立臺南大學綠色能源科技學系) 汽車電子學實習 期中報告 班級：車輛二乙 姓名：吳 瑞 豐 學號：4A015094 一、摘要 本文旨在研究電動車之智慧型充電系統，本文以Zigbee無線網路為通訊媒介，並將電動車之充電能量建構在整合智慧型電表及電力通訊網路的需量反應控制上。本文同時在傳統電池之均充、浮充充電法中加入定功率控制機制，以利準確掌握家庭高用電器具之用電量。而為評估掌握本文所提方法的可行性，本文已於實驗室完成一雛形電路，經由實際電路測試證實，本文所提方法確實能於必要時，有效的控管電動車之充電功率，相關研究心得與經驗應可提供電力從業人員進行相關策略研究時之施行及參考。 二、系統架構設計 本文研究為達電動車輛充電系統之運轉即時監控與管理，同時基於 Zig Bee網路具高度可塑性，可根據實際家庭用戶之需要，設計合乎需求的網路拓撲結構，因此本文即設計將家庭智慧型電表上之用電數據，委以 Z i g b e e網路為傳播媒體傳遞至充電系統，使得充電系統得在允許之電力用量下進行充電控制。相關充電命令決策機制如圖 2所示，其中所提充電電路係以微控制器為控制核心，利用其數位訊號處理能力直接與 Z i gB ee終端裝置通訊，並在內部輔以電壓及電流控制機制，完成具功率管控能力之智慧型充電系統。 (1)輔以 ZigBee網路之家用電力資訊傳輸設計 Z i g B e e為一相當先進的短距離傳輸技術標準，其係從家用無線通訊規格 H o m e R F聯盟中所分出來， Z i g B e e聯盟成立於 2 0 0 2年，在不同區域有不同的定義頻段 (如美國 9 1 5 M H z、歐洲 8 6 8 M H z、其他主要區域2 . 4 G H z等)。Z i g B e e聯盟以感測與控制為主要應用，進而定義出簡單、低成本，又容易實現的無線通訊標準。Z i g B e e標準主要是由I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4與Z i g B e e A l l i a n c e二個組織分別制定硬體與軟體標準，其中在實體層 ( P H Y )、媒體儲存控制層 ( M A C )、資料鏈結層 ( D a t a L i n k )等發展由 I E E E主導，而 Z i g B e e A l l i a n c e則負責制定邏輯網路、資料傳輸加密機制、應用介面規範及各系統產品間之互通規範。另在 Z i g B e e與其他通訊協定比較方面，Z i g B e e為一種短距離的無線通訊技術，實際傳遞距離約 1 0 0 ~ 1 5 0公尺，資料傳輸速率從 2 0 K b p s到2 5 0 K b p s。今如將 Z i g B e e與現行其他無線協定比較，則可看出 Z i g B e e頻寬實不如 I E E E 8 0 2 . 11 ( b )及 Blu eto oth，其主要是應用在如溫、濕度等低速偵測需求之通訊環境，但其節點數可多達六萬多點，距離也因為可採用較彈性之網路架構，每個節點可以擷取資料也可傳遞來自其他節點的資料，故較不受限制。在Zig Bee的標準規定中，所有的網路節點都屬於協調器、路由器及末端裝置中的一種，其中網路可以星形（ S t a r）、樹形（ Tre e）及網狀（M e sh）三種結構實現。星形結構為最簡單的網路拓撲形式，其包含一個協調器節點、數個路由器節點以及末端裝置節點。每一個末端裝置節點只能和協調器節點進行通訊，如果需要在兩個末端裝置節點之間進行通訊，則必須通過協調器進行資訊的轉發。星形拓撲形式的優點是若其中一個節點故障，則僅有故障節點不能傳送接收資料，其餘節點仍可正常工作；至於其缺點則為是節點之間的資料路由只有單一協調器路徑，因此協調器可能成為整個網路的瓶頸。另外樹形拓樸則其協調器可連接數個路由器和末端裝置，而路由器節點也允許連接其他路由器節點。整體觀之，樹形拓撲形式的協調器、路由器節點可以包含自己的子節點，故建構系統較具有彈性，但樹形拓樸只有唯一的路由通道，末端裝置亦不能再擁有自己的子節點，故通訊可靠度較低。最後在網狀拓撲方面其和樹形拓撲相似，但是網狀拓撲有更靈活的資訊路由規則，例如路由器節點之間可以直接通訊，並且如果一個路由路徑出現問題，資訊可以自動沿著其他的路由路徑進行傳輸，而不會發生錯誤。網狀拓撲形式優點是具有備份傳輸功能，隨著路由器模組大量使用，可將資料傳遞路線擴增，故得以滿足大範圍監控需求。至於其缺點則是需要大量的路由器模組來達成網路架構，因此無形中即會增加系統的建置成本，並且由於路由器模組之間的關係複雜，也會增加網