为了理解ISO 15118-2协议,首先要提到定义该协议使用的IEC 61851协议。本节描述了该标准以及ISO 15118-2如何与之链接。
IEC 61851-电动汽车传导充电系统标准定义了电动汽车(EV)充电的不同充电模式(交流和直流)。这些模式是:
充电模式1-交流充电,电动汽车通过标准1ph/3ph插座连接到电源。高达16 A和250/480 V。充电电缆中没有保护装置。
充电模式2-交流充电,电动汽车通过标准1ph/3ph插座连接到电源。高达32 A和250/480 V。充电电缆中集成了保护装置。
充电模式3-使用专用交流充电站进行交流充电。强制PWM信号和可选的高级通信(HLC)。
充电模式4-使用专用直流充电站进行直流充电。强制性PWM信号和强制性高电平通信(HLC)。
标准将充电模式4分为3个系统,这些系统在使用的通讯协议和连接器方面有所不同。这些系统:
系统A-物理/数据层通过CAN总线A接口,而应用层在IEC 61851-24标准中定义。
系统B-物理/数据层通过CAN总线B接口,而应用层由GB/T 27930标准定义。
系统C-物理/数据层通过电力线通信(PLC),而应用层由ISO 15118-2协议定义。
换句话说,ISO 15118-2协议负责在应用系统C时定义电动汽车和电动汽车供电设备之间用于直流充电模式的数字通信层。
ISO 15118-2(道路车辆-车辆到电网通信接口)规定了电动汽车(EV)(与电动汽车供电设备(EVSE)之间的数字通信协议。由于该通用设备的通信部分是电动汽车通信控制器(EVCC)和供电设备通信控制器(SECC),ISO 15118-2描述了这些组件之间的通信。
尽管ISO 15118-2主要针对电动道路车辆的充电,但它也对其他车辆开放。作为组合充电系统(CCS)的一部分,ISO 15118-2涵盖了有线(交流和直流)、无线充电应用,并使电动汽车能够集成到智能电网中(V2G-车辆到电网)。
ISO 15118-2允许电动汽车和充电站动态交换信息,基于这些信息可以(重新)协商适当的充电时间表。智能充电应用程序通过使用有关电网状态、每辆电动汽车的能源需求和每个驾驶员的出行需求(出发时间和行驶里程)的可用信息来计算每辆电动车辆的单独充电时间表。这样,每次充电都能使电网的容量与同时为电动汽车充电的电力需求完美匹配。
ISO 15118-2还附带了一个名为Plug&Charge的功能。Plug&Charge部署了多种加密机制来保护这种通信,并保证所有交换数据的机密性、完整性和真实性。这是通过使用传输线安全(TLS)协议来实现的。
ISO 15118-2数字通信实现了以下功能:
安全概念包括加密、签名、密钥管理等。
A, 基于PLC的稳健通信
B, 自动地址分配和关联
C, 基于IPv6的通信
D, 压缩XML消息
E, 客户端-服务器方法
F, 安全概念,包括电缆检查、焊接检测等
G, 附加值服务的扩展概念
ISO 15118-2直流充电会话的消息序列
ISO 15118-2执行的直流充电会话的充电过程如下图所示。状态A、B和C与充电站测量的CP电压水平有关,并在IEC 61851中进行了定义。ISO 15118-2建立并扩展了IEC 61851,并实现了EVCC和SECC之间的数字通信,如IEC 61851所定义,一旦脉宽调制(PWM)信号的占空比设置为5%,就会开始数字通信。
通信设置顺序:
supportedAppProtocol:电动汽车和充电站使用此请求-响应消息对来商定协议版本。在这个过渡阶段,电动汽车和充电站使用相同版本的ISO 15118-2非常重要。如果它们不兼容,则无法启动ISO 15118-2充电会话。
SessionSetup:用于为通信会话分配唯一的会话ID。会话可以暂停,稍后使用相同的会话ID恢复。在这种情况下,将再次应用之前商定的充电参数,以确保充电按照驾驶员最初的意图继续进行。
识别、认证和授权顺序:
ServiceDiscovery:电动汽车向充电站询问其产品类型。这些服务包括交流单相充电或交流三相充电、直流充电的类型、可用的识别机制(外部识别手段(EIM)或即插即用)以及可选的增值服务,如互联网接入以下载额外数据。EV可以使用可选的ServiceDetailRequest消息请求每个服务的更多详细信息。
PaymentServiceSelection:一旦识别机制、充电模式和要使用的可选增值服务明确,电动汽车就会通过PaymentServiceSelection Request通知充电站。
CertificateInstallation证书安装:如果电动汽车选择Plug&Charge作为识别方法,则必须安装有效的数字合同证书,以便充电站自动对驾驶员进行身份验证和授权。如果电动汽车尚未安装此证书,或者其现有的合同证书已过期,电动汽车可以使用CertificateInstallation消息对从充电站安装新的合同证书。
CertificateUpdate证书更新:如果电动汽车安装了即将到期的Plug&Charge合同证书,则可以对电动汽车进行编程,以启动CertificateUpdate消息对来接收新的合同证书。
PaymentDetails付款详情:如果电动汽车被编程为选择Plug&Charge作为其识别方法,电动汽车将需要向充电站出示其合同证书,以便对驾驶员进行身份验证和授权充电。这是通过PaymentDetailsRequest消息完成的。
Authorization授权:授权消息对用于避免重放攻击。这是一种网络攻击形式,其中恶意或欺诈性地重复有效的数据传输,以获得对受限资源的访问。
目标设定和收费计划:
ChargeParameterDiscovery:电动汽车和充电站通过通信,来交换其最大和最小允许电压和电流的充电限制。电动汽车还通知充电站所需的能量和驾驶员提供的期望出发时间。然后,SECC将计算一个充电计划,向电动汽车提出建议。拟议的计划将包括电动汽车在连接到充电站时允许充电的最大功率以及可选的销售电价。销售关税包括提供随时间变化的成本、与电力需求和能源量相关的成本或这些信息的组合的时间表,旨在激励电动汽车进行某种充电行为。
CableCheck电缆检查:考虑到直流充电的安全,应进行电缆检查。CableCheckReq要求EVSE的电缆检查状态,例如,告诉EVSE连接器是否锁定在EV侧以及EV是否准备好充电。在接收到CableCheckReq后,SECC发送带有电缆检查和EVSE状态信息的CableCheckRes。
PreCharge预充电:预充电用于将EVSE输出电压调整到EV电池电压。EV发送预充电请求,其中包含请求的直流电流(最大涌入电流)和请求的直流电压。在接收到PreChargeReq后,SECC发送PreChargeRes,通知EV关于EVSE状态和当前EVSE输出电压。
PowerDelivery电力输送: 电力传输消息交换标记了EVSE向其输出电源插座提供电压并且EV可以开始给电池充电的时间点。在直流电源反馈其已准备好进行能量传输后,EV设置直流电流请求以启动能量传输阶段。通过发送PowerDeliveryReq,EVCC请求SECC提供能量,并传输EVCC在充电过程中将遵循的充电配置文件。收到PowerDeliveryReq消息后,SECC发送PowerDeliveryRes消息,其中包括电源是否可用的信息。
充电循环/重新调度:
CurrentDemand:对于直流充电控制,需要循环交换来自电动汽车侧的请求电流。此外,目标电压以及电流和电压的差值也被传递。通过发送CurrentDemandReq,EV向EVSE请求一定的电流。在接收到CurrentDemandReq后,SECC发送CurrentDemandRes,通知EV关于EVSE状态以及当前的输出电压和电流。我们现在处于充电循环中。
充电结束:
PowerDelivery:一旦电动汽车打算根据其计算出的充电计划暂停或结束充电会话,它将发送另一条PowerDeliveryRequest消息,并将其ChargePress参数设置为Stop。如果电动汽车电池达到充电完成SoC,充电会话将停止。
WeldingDetection焊接检测:焊接检测消息允许根据IEC 61851实施焊接检测机制。它用于防止电动汽车接触器的粘连。
SessionStop:通信以SessionStopReq/-Res消息对结束。ChargingSession参数可以设置为Terminate或Pause。如果要暂停充电会话,充电站会临时存储某些参数,如商定的充电时间表,以便在充电恢复时应用这些值。
— THE END —
充电桩与电动汽车之间的应用协议(Supported App Protocol)该如何进行协商?协商不通过该怎么办?
兼容与互通:国产电动汽车充电协议转换关键技术-(实现GB/T27930向DIN 70121/ISO15118标准兼容的设计)
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