Введение в европейский протокол общения в европейской зарядке

15118-1 в основном описывает общие требования, охватывает процесс зарядки и выставления счетов на основе ISO 15118 и подробно описывает устройства и их информационные взаимодействия в различных сценариях применения.
15118-2 фокусируется на протоколе уровня приложений, разъясняет сообщения, заказ сообщения, государственные машины в различных сценариях приложения и технические требования, необходимые для реализации этих сценариев. Он всесторонне определяет протоколы на каждом уровне от сетевого уровня до уровня приложения.
15118-3 включает в себя слой ссылки, использование технологии носителей питания и в основном определяет сигнализацию и сообщения физического уровня, что не очень важно для разработчиков программного обеспечения.
15118-4-это тестирование, в то время как 15118-5 фокусируется на физическом уровне, что также не требует слишком большого внимания разработчиков программного обеспечения.

Кроме того, есть еще не выпущенные 15118-8 и 15118-9, которые касаются беспроводных аспектов и беспроводного физического слоя соответственно.

Далее, давайте поговорим об ISO 15118-20. Это последняя версия ISO 15118, которая стремится стать стандартом связи для будущей зарядки электромобилей (EV). Он начал разработку в конце 2015 года и стремится устранить ограничения в предыдущих версиях и поддержать полный ассортимент электромобилей, включая автомобили, мотоциклы, грузовики, автобусы, суда и самолеты. Эта новая версия уделяет особое внимание возможностям подключения и заряда и поддерживает беспроводную передачу питания (WPT), предоставляя различные услуги с помощью двунаправленной передачи мощности (BPT) и устройств автоматического соединения (ACD). Далее мы глубоко рассмотрим эти новые функции и их график для запуска рынка.

С момента своего предложения в 2011 году стандарт зарядки CCS прошел несколько итераций. Первоначально, чтобы решить проблемы взаимодействия и удобства зарядки, вызванные различными стандартами на мировом рынке электромобилей, Европейская ассоциация производителей автомобилей (ACEA) предложила это стандартное предложение, которое направлено на интеграцию систем зарядки переменного тока и постоянного тока. Его особенностью является комбинированная конструкция гнезда физического интерфейса разъема, который совместим с тремя режимами зарядки: однофазный AC, трехфазный AC и DC, предоставляя электромобили с более гибкими вариантами зарядки. В 2012 году был официально запущен стандарт CCS Combo 0. Впоследствии, в 2014 году, была выпущена версия CCS Combo 0, что ознаменовало значительное обновление стандарта. Эта версия не только значительно улучшает зарядную силу, но и поддерживает более быструю зарядку DC, поэтому она широко использовалась на европейских и североамериканских рынках. С тех пор стандарт CCS был обновлен дважды (CCS Combo 1 и CCS Combo 2) в 2017 и 2020 годах соответственно, постоянно оптимизируя мощность и безопасность зарядки.

Обзор интерфейса
Существует несколько международных стандартов для зарядки интерфейсов для электромобилей (EV). Эти стандарты включают немецкий DIN, European EN, International ISO и National GB, каждый с уникальными протоколами и характеристиками. Очень важно понимать и следовать этим стандартам при экспорте электромобилей.

В Соединенных Штатах и Японии вилки и порты типа 1 широко используются на этих двух рынках, поскольку энергосберегающая сетка поддерживает только однофазную зарядку переменного тока.

В Европе, особенно в Германии, из-за необходимости трехфазной зарядки границы раздела CCS2 стал относительно сложным, с различными конфигурациями, включая однофазный AC, трехфазный AC, DC с низким энергопотреблением и DC мощности. Стоит отметить, что как европейские, так и китайские силовые сетки поддерживают однофазные 240 В и трехфазные методы соединения 400 В. Чтобы удовлетворить этот рыночный спрос, восемь автомобильных компаний, таких как Audi, BMW, Chrysler, Daimler, Ford, GM, Porsche и VW, совместно предложили новый стандарт зарядки в октябре 2011 года - комбинированную систему зарядки (CCS), которая направлена на поддержку зарядки как AC, так и DC. Стандарт был позже официально установлен как IEC 62196-3. Среди них порт типа 2 предназначен для поддержки как однофазной зарядки, так и трехфазной зарядки, а трехфазная технология зарядки переменного тока может эффективно сократить время зарядки электромобилей. Кроме того, порт зарядки автомобиля также интегрирует функции AC и DC. Во время процесса зарядки передача передачи данных между электромобилем (EV) и кучей зарядки (EVSE) достигается через интерфейс управляющего пилота (CP).

Интерфейс пилота CP - управление отвечает за передачу аналоговых сигналов ШИМ и цифровых сигналов ISO 15118 или DIN70121, модулируемых на аналоговые сигналы на основе носителя линии электропередачи (PLC). Интерфейс PP - Proxmity Pilot (также известный как Plug Presescent) отвечает за передачу сигнала, который позволяет транспортному средству (EV) определять, подключена ли зарядная пистолетная заглушка. Эта функция имеет решающее значение для обеспечения безопасности зарядки, поскольку она предотвращает перемещение транспортного средства при подключении зарядного пистолета. PE - продуктивная земля или защита от наземной защиты, является наземным лидером устройства для безопасности. Кроме того, существует несколько других интерфейсов для передачи мощности, включая нейтральную (N) Line, L1 (однофазная отдельная фаза AC), L2, L3 (три фазы) и DC+ и DC- (постоянный ток). Далее мы углубимся в детали протокола ISO15118. В протоколе используется модель клиентского сервера, в которой контроллер зарядки транспортного средства (EVCC) отвечает за отправку сообщений о запросах, а контроллер с зарядкой в зарядке (SECC) отвечает за возвращение ответных сообщений. EVCC должен получить ответ от SECC в пределах определенного диапазона тайм -аута (обычно от 2 до 5 секунд), в противном случае сеанс будет прекращен. В зависимости от реализации различных производителей, EVCC может повторно инициировать новую сессию.

Теперь давайте обратимся к подробному анализу процесса зарядки.

Во время зарядки переменного тока вам сначала необходимо обеспечить установление связи между автомобилем и кучей зарядки. Как только соединение будет успешным, контроллер зарядки транспортного средства (EVCC) отправит запрос на контроллер зарядки на стороне свай (SECC), чтобы начать зарядку. После получения запроса SECC выполнит серию работ по проверке и подготовке для обеспечения безопасности и эффективности зарядки. Если все нормально, SECC вернет подтверждающее сообщение, чтобы сообщить EVCC, что зарядка может начаться. На этом этапе процесс зарядки официально запускается, и электрическая энергия передается на автомобильную батарею через нейтральную (N) линию, L1 (однофазный AC), L2, L3 (AC трехфазная) и другие интерфейсы. В процессе зарядки EVCC продолжит следить за статусом зарядки и поддерживать связь с SECC, чтобы обеспечить плавную зарядку. Когда зарядка будет завершена, SECC отправит сообщение EVCC для окончания зарядки, и процесс зарядки закончится.

Во время процесса зарядки постоянного тока также необходимо обеспечить установку соединения между автомобилем и кучей зарядки. Подобно зарядке переменного тока, контроллер зарядки транспортного средства (EVCC) также отправит запрос на контроллер зарядки (SECC) на свай (SECC) для начала зарядки. Разница в том, что зарядка DC использует метод более высокого напряжения и тока. После того, как SECC подтверждает и начинает зарядку, питание будет напрямую передаваться на автомобильную батарею через интерфейс DC. В ходе этого процесса EVCC также будет продолжать контролировать и поддерживать связь с SECC, чтобы обеспечить безопасную и эффективную зарядку. Когда зарядка будет завершена, SECC уведомит EVCC о завершении зарядки, и весь процесс зарядки DC закончится.

Стандарт IEC 61851 определяет протокол связи, который тесно связан с безопасностью зарядки, которая основана на технологии модуляции ширины импульса (PWM). Стандарт ISO 15118 дополнительно укрепляет связь между зарядкой свай и электромобилями, обеспечивая более комплексный обмен информацией посредством расширенных цифровых протоколов, охватывая ключевые функции, такие как двустороннее общение, шифрование каналов, аутентификация и авторизация, мониторинг статуса зарядки и управление временем отправки. Как только контакт CP на линии зарядки обнаружит сигнал ШИМ с 5% -ным рабочим циклом, контроль зарядки немедленно переносится из других протоколов в стандарт ISO 15118.

Если куча или автомобиль зарядки поддерживают только протокол связи IEC 61851, то, когда обнаруживается сигнал ШИМ с рабочим циклом 5%, процесс зарядки начнется с максимального доступного зарядного тока и продолжится до тех пор, пока автомобиль не будет полностью заряжен. Однако в течение этого периода оператор зарядной станции не может знать общее количество мощности, требуемой автомобилем, или желаемое время окончания зарядки. Но стандарт ISO 15118 может предоставить эту ключевую информацию, которая необходима для бритья пиковой нагрузки и заполнения долины энергосистемы и более эффективных услуг.

Основные функции
(1) Умная зарядка
Зарядка Smart EV включает в себя интеллектуальный контроль, управление и оптимизацию всех аспектов зарядки электромобилей. Он опирается на передачу данных в реальном времени между электромобилями, зарядными устройствами, операторами зарядки и поставщиками электроэнергии. В экосистеме интеллектуальной зарядки все стороны постоянно общаются и принимают передовые решения для зарядки для повышения эффективности зарядки. Основным образом лежит в решении Smart Charging EV, которое может обрабатывать соответствующие данные и предоставить операторам зарядки и пользователям комплексные возможности управления для зарядки ссылок. Умная зарядка включает в себя несколько функций:
A. Интеллектуальное управление энергией для обеспечения воздействия зарядки электромобилей на энергосистему и источник питания находились в пределах контролируемого диапазона;
B. Оптимизация зарядки EV, чтобы помочь водителям и поставщикам услуг взимать лучшие решения с точки зрения затрат и эффективности;
C. Удаленное управление и анализ для достижения управления и корректировки зарядки через сетевые платформы или мобильные приложения;
D. Расширенные технологии зарядки EV, такие как реализация новых технологий, таких как V2G, также основаны на поддержке функций интеллектуальной зарядки.

Стандарт ISO 15118 представляет новый источник информации для интеллектуальной зарядки - самого электромобиля. Энергия, которую автомобиль должен потреблять, является важнейшей информацией при планировании процесса зарядки. Эти ключевые данные могут быть предоставлены системе управления зарядами (CSM) различными способами, что позволяет интеллектуальному контролю процесса зарядки.

Стандарт ISO 15118 представляет новый источник информации для интеллектуальной зарядки - самого электромобиля. Энергия, которую автомобиль должен потреблять, является важнейшей информацией при планировании процесса зарядки. Эти ключевые данные могут быть предоставлены системе управления зарядами (CSM) различными способами, что позволяет интеллектуальному контролю процесса зарядки.

(2) Зарядка интеллектуальной зарядки и управления сеткой сетей является неотъемлемой частью системы, поскольку поведение зарядки электромобилей оказывает глубокое влияние на потребление энергии домов, зданий или общественных мест. Существует верхний предел до количества электроэнергии, с которым сетка может обрабатывать в определенный момент. Технология интеллектуальной зарядки может оптимизировать поведение зарядки, обеспечивая при этом стабильный источник питания, тем самым снижая давление на сетку.

(3) Технология подключения и заряда
В 2014 году был выпущен стандарт ISO 15118, одна из важных функций которых является подключаемость и заряд. Эта технология позволяет электромобилям автоматически идентифицировать и начать зарядку при подключении к куче зарядки без вмешательства человека, что значительно облегчает пользователей.

(4) TLS Communication Technology

Технология коммуникации TLS (безопасность транспортного уровня), как протокол безопасности, широко используется в сетевой связи. Он может установить зашифрованный канал между электромобилями и зарядными сваями, чтобы обеспечить безопасность передачи данных и обеспечить сильную защиту поведения пользователей.

(5) Проверка ключей
В TLS Communication Technology, ключевая проверка является важной ссылкой. Это обеспечивает подлинность идентичности обеих сторон в общении и целостности данных. Посредством ключевой проверки электромобили и зарядные груды могут подтвердить личность друг друга, тем самым установив безопасную и надежную связь связи.

Сравнение протоколов зарядки свай
Стандарт IEC 61851 не только гарантирует, что ток зарядки активируется только при подключении стационарного транспортного средства, но также имеет аналоговые, связанные с безопасностью низкоуровневые функции управления зарядкой. Исходя из этого, IEC 62196 и ISO 15118 были разработаны, оба с IEC 61851 в качестве краеугольного камня. Линия CP в пробке IEC 62196 может различать 6 состояний соединения электромобилей и указывать максимальный ток зарядки, разрешенную кучей зарядки через аналоговый сигнал ШИМ. Однако для достижения гибкой зарядки нескольких электромобилей требуются более основные параметры, которые не могут передаваться отдельно через аналоговые сигналы ШИМ. Следовательно, возникла необходимость в протоколах цифровой связи, и в этом контексте родился протокол ISO 15118. Стоит отметить, что стандарт DIN 70121 основан на ранней неопубликованной версии ISO 15118. Кроме того, протокол связи GB/T 27930 был разработан для конкретных сценариев применения внутренних объектов зарядки электромобилей.

IEC 61851 Протокол
IEC 61851-1 является одним из важных стандартов, которые определили требования к зарядке электромобилей в первые дни. Он определяет четыре режима зарядки, из каких режимов 2 специально используются сигналы PWM в качестве средства связи между EV и вне бортового зарядного устройства, которое передается через пилотную линию. Режим 4 дополнительно разрабатывает функцию коммуникации высокого уровня (HLC) через линию пилотных сигналов для достижения эффективного управления и передачи постоянной зарядки (DC), определенной в IEC 61851-23. Зарядная куча будет отправлять сигнал 1 кГц ШИМ, но фактический ток зарядки определяется транспортным средством (EV) на основе полученной информации. Кроме того, технология модуляции ширины импульса играет ключевую роль в этом процессе. Это технология модуляции, которая кодирует информацию, такую как максимально разрешенный ток зарядки, в импульсный сигнал. Его принцип работы заключается в управлении амплитудой напряжения и времени переключения сигнала CP в выходном порте кучи зарядки. Соотношение времени включения и выключения, то есть «рабочее цикл», выражается в процентной форме, которая отражает уровень доступного зарядного тока. В то же время разность напряжений [v] между напряжением на линии CP и проволокой заземления (PE) используется для различения различных состояний соединения между кучей и автомобилем.

DIN70121 Протокол
Стандарт DIN 70121 был выпущен Немецким институтом стандартизации в 2012 году. It provides specifications for digital communication between electric vehicles and DC charging piles. Когда стандарт ISO/IEC 15118 все еще был составлен, немецкой автомобильной промышленности срочно потребовалось стандарт, чтобы возглавить рынок и продвижение запуска продуктов. Therefore, DIN 70121 came into being, carrying the heavy responsibility of promoting the electrification transformation of German automobiles. Этот стандарт основан на IEC 61851-23 и ранней версии ISO 15118 и подробно определяет спецификации цифровой связи в процессе зарядки DC, включая HLC по пилотному сигналу между EV и EVSE. Стоит отметить, что когда был выпущен DIN 70121, PLC (как описано в спецификации HomePlug Green Phy) широко использовался в Северной Америке и Европе в качестве физического уровня и слоя передачи данных протокола HLC. Этот стандарт не только решил проблему отсутствия стандартов в индустрии зарядки DC в то время, но также принес новый режим связи и спецификацию в отрасли, способствуя развитию отрасли. In 2014, the German Institute for Standardization further released DIN 70121:2014 Ed.2 to improve the original standard. В 2018 году они официально запустили спецификацию теста по согласованности DIN 70122: 2018 для DIN 70121, обеспечивая комплексный и строгий стандарт и систему тестирования для зарядки CCS.

SAE J1772 Протокол
Стандарт SAE J1772 был разработан Обществом автомобильных инженеров (SAE) для стандартизации различных типов протоколов зарядки. В стандарте используется протокол HLC DIN70121 для зарядки постоянного тока и пилотный сигнал ШИМ IEC 61851-1 для зарядки переменного тока. Кроме того, SAE J1772 также подробно определяет форму волны ШИМ для управления пилотным сигналом на границе интерфейса EV-EVSE во время зарядки переменного тока. Кроме того, протоколы SAE J1772 и SAE J2847-2 совместно описывают время сообщения и последовательность связи транспортных средств (V2G) на основе DIN70121.

Протокол ISO15118
ISO 15118 - это всеобъемлющий стандарт протокола, который охватывает безопасность протокола HLC для зарядных сессий AC и DC. Стандарт вводит два метода для зарядки идентификации пользователя: режим внешнего идентификации (EIM) и режим подключения и заряда (PNC). Режим EIM аналогичен DIN 70121 или SAE J2847, который требует, чтобы водители автомобилей были вручную аутентификацию с использованием кредитной карты или другого метода идентификации до начала зарядки; В то время как режим PNC позволяет автоматически обмениваться идентификационной и выставления с выставлением счетов между EV и EVSE через HLC без необходимости ручной работы водителем. Кроме того, в отличие от DIN Spec 70121, ISO 15118 также обеспечивает функцию разумного планирования времени зарядки в зависимости от мощностей сетки и затрат на энергию.

(1) Как DIN 70121, так и ISO15118 основаны на связи ПЛК, в то время как использование GB/T 27930 может общаться в качестве основы.
Технология связи линии электропередачи (PLC), основанная на парах протокола Greenphy HomePlug Greenphy, модулированные высокочастотные сигналы OFDM с сигнальными линиями CP через модм, установленный в зарядной сварной или транспортной схеме CP. Модем на другом конце отвечает за демодулирование этих сигналов, тем самым достигая скорости связи до 10 Мбит/с без добавления дополнительных контактов. Эта технология обеспечивает канал с высокой пропускной способностью для взаимодействия с информацией о зарядке DC, одновременно поддерживая такие расширенные функции, как зарядка подключаемости и игры и взаимодействие с транспортной сеткой.

(2) Сравнение между ISO15118 и IEC 61851
В стандарте IEC 61851 используется модуляция ширины импульса (ШИМ), которая является аналоговым сигналом. Если зарядная станция или автомобиль следует только для этого протокола, процесс зарядки начнется с максимального доступного тока до тех пор, пока автомобиль не будет полностью заряжен, а оператор зарядной станции не будет иметь представления о фактическом спросе на электроэнергию или времени окончания зарядки. Напротив, если система поддерживает ISO15118, когда будет обнаружен сигнал ШИМ с рабочим циклом 5%, контроль зарядки будет немедленно перенесен в ISO15118, достигая более умного управления зарядкой.
(3) расширенные функции ISO15118
В дополнение к традиционной проводящей зарядке, ISO15118 также охватывает функции v2G (транспортное средство в сетку), беспроводную зарядку и т. Д. В отличие от этого, стандарт DIN70121 не поддерживает Plug-и Play, не имеет безопасной связи и цифровых сигнатурных механизмов и не может гарантировать аутентичность и целостность данных. Кроме того, это применимо только к режиму зарядки DC, в то время как ISO 15118 поддерживает зарядку как AC, так и DC.
(4) Отношения и различия между DIN 70121 и ISO 15118
Стандарт DIN 70121 основан на более ранней неопубликованной версии ISO 15118 и в основном используется для определения цифровой связи между электромобилями и зарядными станциями DC. Тем не менее, он охватывает только режим зарядки постоянного тока, в то время как ISO 15118 является более полным и поддерживает как AC, так и DC зарядку. На рисунке 1 показаны основные функциональные различия между двумя версиями.