ISO 15118 通信标准系列中的最新版本 ISO 15118-20 已发布

会里很

ISO 15118-20 是ISO 15118的最新版本标准系列，面向未来的电动汽车 (EV) 充电通信标准。ISO/IEC 联合工作组于 2015 年底开始开发它，重点是添加未纳入 ISO 15118-2 的新功能。此外，我们消除了在各个市场供应商实施 ISO 15118-2 时发现的限制。ISO 15118-20 旨在成为服务于所有用例的标准，以支持全系列电动汽车，无论是汽车、摩托车、卡车、公共汽车、船舶还是飞机。是的，甚至是飞机。让我们深入了解这一面向未来的通信标准的新版本可以期待的最重要的新功能，以及其市场推出的粗略时间表。ISO 15118-2 指定了电动汽车和充电站交换的消息，以控制交流和直流充电会话。而且，即插即充功能。ISO 15118-20 是 ISO 15118-2 的扩展，另外还支持无线功率传输 (WPT)。这些服务中的每一项都可以使用双向电力传输 (BPT) 和自动连接设备 (ACD) 来提供，下面将对此进行说明。

双向电力传输（BPT，又名 V2G）
顾名思义，车辆到电网 (V2G) 背后的理念是，当车辆连接到充电站时，电动汽车能够在需要时从牵引电池向电网提供一些能量。这个概念可能与 Willet Kempton 在 2001 年发表的第一篇关于 V2G 的论文一样古老，题为“车辆到电网电源：电池、混合动力和燃料电池汽车作为加州分布式电力的资源”。Kempton 先生被认为是 V2G 之父，我记得在我攻读博士学位时读过他的许多关于电动汽车和 V2G 的论文。2009 年的几天。快进到 2014 年，我在那里发表了博士学位。论文（仅德语）旨在解决电动汽车领域的两个关键挑战的解决方案：

• 以 ISO-15118-2 标准为指导，将电动汽车集成到智能家居的能源管理系统中。
  
• 当绿色能源可用时（例如通过屋顶上的太阳能电池板）为电动汽车充电，并在需要时使用电动汽车电池中存储的能量为家庭供电。我的主要工作是在一个名为iZEUS的研究项目中进行的。
  

如您所见，V2G 并不是一个新概念，该主题的研究已接近 20 周年。随着越来越多的电动汽车车型被引入市场，电动汽车销量在全球范围内不断增长，而且我们正在经历世界各地太阳能和风能的显着增长，整个行业似乎终于意识到了这个想法——所有这些都是电动汽车发展的重要先决条件。成功将支持 V2G 的电动汽车推向市场。近日，特斯拉和通用汽车都宣布向市场推出百万英里电池。最近的另一篇文章报道称，特斯拉秘密在其电动汽车中引入了 V2G 功能。这种势头更能说明为什么 V2G 应用应该尽早上市，因为电池退化将不再是今天讨论的问题。
2019年4月，我发表了一篇题为“ ISO 15118如何支持车辆到电网？”的文章。。您将通过各种消息和数据字段找到有关 ISO 15118-20 究竟如何启用 V2G（特别是针对交流充电用例）的更多信息。由于我们（ISO 和 IEC 标准化机构的成员）仍在最终确定规范，因此一些细节和命名约定可能会发生变化。基于本文讨论的主题是反向功率传输（又名 BPT）系统的技术特征，可以借助 ISO 15118-20 中引入的两个参数来定义：BPTChannel 和 GeneratorMode。

BPTChannel 参数用于区分单通道架构和双通道架构。在前者中，单个仪表用于能量流。在后者中，两个单独的仪表用于两个相反的能量流。因此，使用两个开关并根据电流方向打开/关闭。
GeneratorMode 参数指示系统（EV + EV 供电设备）是否作为并网发电机（仅注入有功功率和无功功率）或作为并网发电机运行，后者能够控制网络的电压和频率。
能量传输模式 AC、DC 和 WPT，以及双向电力传输和使用自动连接设备的可能性，使得 ISO 15118-20 迄今为止提供了总共 12 种可能的服务：AC (1)、DC (2) )、WPT (3)、AC_ACD (4)、DC_ACD (5)、WPT_ACD (6)、AC_BPT (7)、DC_BPT (8)、WPT_BPT (9)、AC_ACD_BPT (10)、DC_ACD_BPT (11)、WPT_ACD_BPT (12) ）。请注意，在 ISO 15118-20 发布之前，这些详细信息可能会发生变化。



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自动连接设备（ACD）
ISO 15118-20 将 ACD 定义为“支持电动汽车和电动汽车供电设备 (EVSE) 之间传导能量传输的自动连接和断开过程的组件”。EVSE 基本上是充电站内管理功率流的设备。ACD 设备的一个用例是使用受电弓为电动公交车充电，受电弓是一种安装在公交车顶上的装置，通过与架空线接触来收集电力。事实上，这个具体用例是ISO 15118-20中规定的第一个用例，西门子率先写下了技术要求。




由汉堡 Hochbahn 运营的电动巴士，配备了西门子的 ACD 技术（来源：维基百科）

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无线功率传输 (WPT)
无线充电提高了汽车充电的便利性。想象一下，您所要做的就是将您的电动汽车驾驶到地面上方，然后您的电动汽车将自动开始与地面上的设备通信，引导您走向完美的停车位置，以在电力传输过程中实现最大效率，并开始充电过程。您甚至无需插入充电线。这有可能将 Plug & Charge 的用户便利性提升到一个全新的水平。
对于WPT系统，IEC 61980系列“电动汽车无线电力传输（WPT）系统”负责定义“一般要求”（IEC 61980-1，又名第1部分）以及“电动汽车无线电力传输（WPT）系统之间通信的具体要求”。电动汽车和基础设施”（IEC 61980-2，又名。第 2 部分）。然而，第 2 部分参考了 ISO 15118-20，了解如何在电动汽车和基础设施之间传输所有必要数据的详细信息。
IEC 61980 和 ISO 15118-20 之间的这种相互依赖性导致了一些复杂性，因为 IEC 61980 标准化机构内的小组尚未最终就无线功率传输的架构设计和通信方法达成一致。这需要 ISO 15118-20 提供一个相当基本的框架来允许实施这些 WPT 用例。最终，我们可能会在与车辆定位和配对相关的消息中得到更多通用参数，以允许 IEC 61980 规范不断变化，同时 ISO 15118-20 已经作为国际标准发布。
同时，ISO 15118-20将支持无线功率传输，但是，我们可能需要等待IEC 61980最终确定其规范，并让供应商首先向市场推出WPT解决方案，然后我们才能依靠最佳实践并推出第二版ISO 15118-20 包含 WPT 消息的更详细参数。



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动态模式（用于辅助服务）
ISO 15118-20 在 ISO 15118-2 中现有的“预定”模式（使用充电时间表）旁边引入了新的“动态”控制模式。基本上，区分两种主要情况：（a）电动汽车负责确保移动需求（计划控制模式），或（b）确保将移动需求委托给车外系统，即充电站（动态控制模式）：

• 计划：EV 和充电站根据与 ChargeParameterDiscovery 请求和响应消息交换的信息协商功率配置文件。在此控制模式下，电动汽车负责计算符合用户移动需求的充电配置文件（例如，电动汽车电池充满电需要多少能量以及驾驶员何时需要离开充电站）以及充电站的功率限制。
  
• 动态：控制权完全委托给车外系统（“车外”意味着不在电动汽车内部），无需协商。EV 将与计划模式下相同的充电相关参数发送到充电站。但在动态模式下，充电站仅以单个功率设定点对电动汽车做出响应，没有任何定价信息或建议充电计划形式的功率预测，并且电动汽车必须遵守这些设定点。负责控制的车外系统负责确保满足用户的移动需求。如果需要快速响应机制来提供电网服务（例如频率控制），则这种控制模式特别有用。
  

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多路复用通信
除了每条消息都用一种特定的有效负载类型进行标识的常规消息流之外，多路复用通信还利用新引入的有效负载类型来实现与预定义的消息流控制并行的某些消息交换（也称为状态）机器。这些消息与服务重新协商（例如从充电变为放电能量）、ACD 使用案例所需的系统状态消息、交换计量信息或停车辅助消息相关。
例如，在直流充电会话期间交换 DC_ChargeLoop 请求和响应消息时，如果 EV 或充电站想要更改充电配置文件（随时间推移使用的电量），它们可以触发预定的重新协商，而无需中断充电现有的计费消息交换。预定的重新协商在具有不同有效负载类型的并行侧流中进行。这对于直流充电过程尤其有利。最初的 ISO 15118-2 充电过程需要中断，因为在重新协商充电时间表期间需要打开和关闭接触器 - 这是我们希望避免的。



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强制数据安全
在 ISO 15118 中，传输层和应用层都启用了数据安全性。传输层安全性 (TLS) 1.2 及更高版本用于加密传输层上的通信通道。在应用层，基于XML的数字签名和X.509v3证书用于验证发送者的真实性和某些交换消息的完整性。
但是，对于 ISO 15118-2，仅在使用即插即充识别机制的情况下才强制要求使用 TLS。TLS 对于 EIM（外部识别方式）来说是可选的。EIM 是指需要额外用户努力的所有身份验证类型，例如将 RFID 卡放在充电站的 RFID 读取器上或使用智能手机应用程序对充电站的电动汽车充电进行身份验证和授权。在我看来，将 TLS 设为可选并不是一个好的决定，但它可能是一些标准化成员推动的，以降低初始实施工作量。
幸运的是，根据 ISO 15118-20，TLS 对于所有用例和所有识别机制都是强制性的，这意味着不再存在安全漏洞。



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更轻松地处理和管理个性化电动汽车合同
ISO 15118-2 背后的原始设计思想是让电动汽车通过一份合同证书代表用户向充电站进行身份识别。可以将其视为特定于电动汽车的身份验证令牌，而不是特定于驾驶员的令牌。用于识别和授权充电过程的证书称为“合约证书”。该证书由移动运营商（MO，ISO 15118 术语）颁发，该运营商向电动汽车车主提供电动移动合同以启用即插即充功能。MO 一词通常与“电动交通服务提供商”（EMSP 或 EMP）一词互换使用。
多年来，标准化机构的成员意识到，在任何给定时间仅支持一个合约证书作为识别令牌有其自身的局限性。例如，通过更轻松地处理多个合同证书，可以使用一份专用合同证书在雇主场所（免费）充电，并使用另一份专用合同证书在家里的私人 Wallbox 充电。
ISO 15118-20 中现已定义了顺利安装和使用多个合同证书的要求。
充其量，用户不必担心根据位置选择正确的电动汽车合同。地理围栏方法可用于为车辆驾驶员进行智能预选择，但这些超出了 ISO 15118-20 的范围。



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ISO 15118-20 的发布时间表
ISO 15118-20 原定于 2020 年发布。然而，鉴于引入了许多新功能，需要持续进行技术讨论以精确定义必要的要求，最终国际标准 (IS) 的新预计发布日期尚未确定。被最终确定。这一切都取决于我们解决所有剩余未解决问题所需的时间，我们的目标日期是 2021 年下半年。国际标准化需要来自全球和各个行业的许多利益相关者的投入，但一旦出版，它的价值就相当于黄金。
ISO 标准有多个阶段，从委员会草案 (CD) 开始，到 IS 结束。第一个公开可用的版本通常是国际标准草案 (DIS)。然而，许多技术细节在 DIS 和下一阶段（即国际标准最终草案 (FDIS)）之间可能会发生变化。FDIS 标志着技术冻结，从那时起，在发布 IS 之前只允许进行编辑更改。
目前，ISO 15118-20 标准化机构的成员正在准备一份我们认为接近 FDIS 的文件。一旦准备就绪，我们将有几个月的时间来彻底审查该文件并提供意见。评论阶段结束后，我们将在每周定期的网络会议上处理所有评论，并决定合理的解决方案和要求。这一阶段的结果将是 FDIS，其发布日期也尚不清楚。这完全取决于收到的评论数量。但同样，如果我必须猜测的话，我预计将在明年初向 ISO 提交 FDIS，目标是 ISO 在夏季发布 FDIS，因为他们需要几个月的时间才能发布。这既不是官方发布的时间表，也不是我这边的保证，只是基于现有知识的估计。
一旦您掌握了 FDIS，您就可以开始自由实施 ISO 15118-20，无需担心 IS 发布之前的技术变更。

2021 年 1 月 21 日更新
无线充电是否能在截止日期前推出仍是一个悬而未决的事情。如果没有，它将进入 ISO 15118-20 第二版。幸运的是，我们对 ISO 15118-20 进行了重组，现在可以轻松地将更多功能集成到未来版本中，而不会影响向后兼容性（但是，ISO 15118-20 仍然不会向后兼容 ISO 15118-2）。
如果一切顺利，我们将在 4 月初完成国际标准最终草案 (FDIS)，供标准化成员审核，以确保我们不会错过流程中的任何内容。到 6 月底，我们应该准备好向 ISO 提交 FDIS。我认为 ISO 可能还需要两到三个月的时间才能最终向所有人公开该文档，以便您也可以在他们的网站上购买和下载它。

ISO 15118-2 和 ISO 15118-20 之间的不兼容性
我在本文中提到 ISO 15118-20 是基于 ISO 15118-2 的。这就是相似之处，因为它们彼此不兼容，即符合 ISO 15118-20 的充电站将无法与符合 ISO 15118-2 的电动汽车建立通信会话，反之亦然。
这两个版本之间存在太多差异，包括不同的消息名称、新数据类型和字段、新消息数组以及定义消息序列的状态机的更改。因此，在 EV 和充电站之间交换消息时用于编码和解码的 XML 架构定义 (XSD) 文件也发生了变化。
您仍然可以识别 ISO 15118-20 中的许多 ISO 15118-2，因此您不必完全丢弃代码库，但实现所有 ISO 15118-20 仍然需要付出很大的努力。另一方面，没有人会完全实施这个新标准。考虑到这一面向未来的标准提供的一系列功能，每个电动汽车和充电站制造商都会选择他们认为与其产品相关的功能。您可以将 ISO 15118-20 视为强大的工具框架，您可以从中选择对您的业务案例最有用的元素。
好的一面是，硬件要求保持不变。您仍然需要适用于 EV 和充电站的 HomePlug Green PHY 兼容调制解调器来启用电力线通信。除了放弃不太安全的密码套件而采用更安全的密码套件之外，密码学也没有改变，这可能不会影响必要的 CPU 能力。但是，您应该在 EV 端保留更多内存，以便能够存储更多合约证书（请参阅上面有关多合约处理的部分）。

V2G Clarity的实施路线图     
我对 ISO 15118 的参与可以追溯到 2010 年，当时我第一次成为标准化机构的积极成员，从那时起我就投入了我的资源。对 ISO 15118 软件堆栈感兴趣的人可能已经知道RISE V2G，它是 ISO 15118-2 的开源实现。
我相信获得电动汽车技术必须尽可能简单、无摩擦，这就是为什么我致力于对全球各地的公司进行 ISO 15118 教育，包括 ISO 15118 手册、在线课程和企业培训。甚至还有一个免费的在线课程，可让您在一小时内学会并运行 RISE V2G。
我决定 V2G Clarity 将继续走这条路，并提供 ISO 15118-20 开源。这一次，我们将不再使用 Java，而是使用 Python 实现 ISO 15118-20，但这并没有结束。该计划是用 Python 实现整套 ISO 15118 标准，包括 ISO 15118-2、ISO 15118-3、ISO 15118-8 和 ISO 15118-20。适用于电动汽车和充电站的成熟交钥匙软件库，经过适当测试和记录。我可能会将此项目称为 RISE V2G 2.0，但尚未完全决定。这是一个庞大的项目，但它代表了我们对全球可持续发展的奉献，并与我们开放创新和帮助电动汽车行业蓬勃发展的使命相一致。
ISO 15118-20 的工作可能将于今年 7 月开始。我无法确切地说我们何时会发布第一个稳定版本，但我认为可能是在 2021 年夏季。
我将以此说明结束：您主要希望在您的产品中实现哪些功能？请在评论中告诉我或给我发送电子邮件，我很乐意听到您的反馈。   

更新 6.4.2021
我们的 ISO 15118 套件的开源版本更有可能是一个新项目。由于我们将以Josev（用于无缝电动汽车充电的联合操作系统）的名称向市场提供这项技术，因此我们还将提供 Josev 的 Copy-left 许可证（但可能会放弃 RISE V2G 名称）。



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马克·穆尔廷
Marc 是 Switch 的创始人兼首席执行官，在电动汽车领域拥有超过 13 年的经验，并拥有计算机科学博士学位。他是全球领先的专家，也是支撑 Switch 平台的国际电动汽车通信标准（ISO 15118 和 OCPP 2.0.1）的合著者。

原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/643535416