Sähköautojen latausprotokollat ja -palvelut

Lataus voi epäonnistua, vaikka liitin sopii ja molemmat osapuolet pystyvät käsittelemään samaa jännitettä. Täydellinen lataustapahtuma riippuu myös signaloinnista, digitaalisista protokollista, tunnisteista, operaattorijärjestelmistä, verkkovierailuyhteyksistä ja maksupalveluista.

Viestintäkerrokset

Sähköauton latauksessa käytetään useita rajapintoja, joilla on eri tehtävät:

Ajoneuvosta EVSE-laitteeseen: Perussignalointi vahvistaa, että ajoneuvo on liitetty, ja välittää turvalliset virtarajat. Korkean tason viestinnällä voidaan tämän jälkeen vaihtaa latausparametreja, tunnistetietoja, varmenteita, aikatauluja ja energiansiirtoviestejä.
EVSE-laitteesta hallintajärjestelmään: Latausasema ilmoittaa tilansa, vastaanottaa määrityksiä, tarkistaa valtuutuksen, kirjaa tapahtumia ja voi saada latausrajoja keskusjärjestelmästä.
Operaattorilta liikkumispalvelun tarjoajalle: Verkkovierailuyhteydet välittävät organisaatioiden välillä sijainteja, saatavuustietoja, tariffeja, tunnisteita, lataustapahtumia ja lataustietueita.
Sopimus- ja maksupalvelut: Tilit, varmenteet, pankkikorttien käsittely, laskut ja tilitys määrittävät, kuka saa ladata ja ketä laskutetaan.

Nämä kerrokset liittyvät toisiinsa, mutta ne eivät korvaa toisiaan. ISO 15118 kattaa ensisijaisesti ajoneuvon viestintäohjaimen ja syöttölaitteen viestintäohjaimen välisen korkean tason viestinnän. OCPP yhdistää latausaseman sen hallintajärjestelmään. Verkkovierailuprotokollat yhdistävät latausoperaattoreita, liikkumispalvelun tarjoajia tai keskuksia.

Sähköenergian kulkureittiä käsitellään artikkelissa EV Charging: The Complete System, kun taas liittimien geometriaa ja alueellisia rajapintoja käsitellään artikkelissa EV Charging Connectors and Inlets.

Mitä tapahtuu ennen energiansiirtoa ja sen jälkeen?

Tyypillinen johtimellinen lataustapahtuma käy läpi useita tarkistuksia:

Liitin ja ajoneuvon vastake kytkeytyvät toisiinsa, ja läheisyys- tai lukituspiirit ilmaisevat yhteyden tilan.
Perussignalointi kertoo ajoneuvolle, kuinka paljon virtaa EVSE voi tarjota, ja vahvistaa, että lataus voidaan aloittaa turvallisesti.
Jos korkean tason viestintää tuetaan, se muodostaa digitaalisen istunnon ja vaihtaa ominaisuus- ja latausparametreja.
Kuljettaja tai ajoneuvo esittää tunnisteen. Paikallinen luettelo tai taustajärjestelmä päättää, onko tunniste valtuutettu.
Asema ja ajoneuvo suorittavat turvallisuusjaksonsa loppuun. DC-latauksessa ne myös sovittavat jännitteen ja virran yhteen ennen suurjännitepiirin sulkemista.
Mittariarvot, tila ja tapahtumatiedot kirjataan energiansiirron aikana.
Kun lataustapahtuma päättyy, operaattori tuottaa lataustietueen ja vastuullinen palvelu laskuttaa tai tilittää tapahtuman.

Kaikissa lataustapahtumissa ei käytetä jokaista verkkokerrosta. Yksityinen seinälatauslaite voi valtuuttaa paikallisesti ja toimia ilman aktiivista pilviyhteyttä. Julkisessa verkkovierailutapahtumassa voivat olla mukana ajoneuvo, asema, latauspisteoperaattori, liikkumispalvelun tarjoaja, verkkovierailualusta ja maksunkäsittelijä.

Todennus, valtuutus ja maksu

Nämä kolme termiä kuvaavat eri päätöksiä:

Todennus tarkistaa tunnisteen, kuten RFID-tunnisteen, sovellustilin, pankkikortin tai ajoneuvovarmenteen, henkilöllisyyden tai kelpoisuuden.
Valtuutus päättää, saako kyseisellä tunnisteella aloittaa latauksen kyseisessä latauspisteessä sovellettavan sopimuksen tai kertalatauksen ehtojen mukaisesti.
Maksu ja tilitys siirtävät rahaa ja jakavat tulot ja maksut lataustapahtuman aikana tai sen jälkeen.

Sovellus voi todentaa kuljettajan, mutta valtuutus voi epäonnistua, koska asema on palveluntarjoajan verkkovierailualueen ulkopuolella. Pankkikortti voi mahdollistaa kertamaksun ilman sopimusta liikkumispalvelun tarjoajan kanssa. Eurooppalaiset säännöt erottavat hyödyllisellä tavalla kertalatauksen sopimukseen perustuvasta maksamisesta ja määrittelevät operaattorille ja liikkumispalvelun tarjoajalle erilliset roolit. EU Regulation 2023/1804 — Alternative fuels infrastructure

Plug & Charge ja ISO 15118

Plug & Charge antaa yhteensopivan ajoneuvon esittää sopimusvarmenteen latausyhteyden kautta, jolloin todennus ja valtuutus voivat tapahtua ilman erillistä korttia tai sovellustoimintoa. Varmenneketju ja sitä tukeva julkisen avaimen infrastruktuuri auttavat osapuolia päättämään, voidaanko sopimustunnisteeseen luottaa. CharIN — Plug & Charge

Plug & Charge ei tarkoita kaikkia automaattisia käynnistystapoja. Jotkin järjestelmät tunnistavat ajoneuvon verkkotilin tai muun ajoneuvotunnisteen avulla käyttämättä ISO 15118 -standardin varmenteisiin perustuvaa mallia. Menetelmät voivat vaikuttaa kuljettajasta samanlaisilta, vaikka niiden turvallisuus-, tietosuoja- ja yhteentoimivuusominaisuudet eroavat toisistaan.

ISO 15118 on myös Plug & Chargea laajempi. Moniosainen standardisarja määrittelee käyttötapaukset sekä sähköauton ja EVSE:n välisen viestinnän esimerkiksi latauksen ohjaukseen, tunnistamiseen, maksuihin liittyviin tietoihin, aikataulutukseen ja kaksisuuntaiseen energiansiirtoon. ISO 15118-2 ja ISO 15118-20 edustavat sovellusprotokollan eri sukupolvia, joten väitteen ”ISO 15118 -tuki” tulisi yksilöidä toteutettu osa ja toiminnot. ISO 15118-1:2019 — General information and use-case definition ISO 15118-2:2014 — Network and application protocol requirements ISO 15118-20:2022 — Second-generation network and application requirements

Vuonna 2026 julkaistu ISO 15118-20 -standardin muutos lisää hajautettujen AC-energiaresurssien ja Megawatt Charging System -järjestelmän palvelut sekä uudistetun turvallisuusmallin. Julkaisu ei tee vanhemmista ajoneuvoista tai asemista yhteensopivia näiden toimintojen kanssa. ISO 15118-20:2022/Amd 1:2026 — AC DER, MCS, and security amendment

OCPP, verkkovierailu ja operaattorien roolit

Open Charge Point Protocol (OCPP) -protokollaa käytetään latausaseman ja latausasemien hallintajärjestelmän välillä. Se voi välittää valtuutukseen, tapahtumiin, laitehallintaan, valvontaan, älykkääseen lataukseen ja ISO 15118 -tukeen liittyviä toimintoja. OCPP-tuki ei osoita, että auto ja asema voivat käyttää Plug & Chargea, koska myös ajoneuvorajapinnan, varmenteiden, taustajärjestelmäintegraatioiden ja liikkumissopimuksen on toimittava. Open Charge Alliance — Open Charge Point Protocol

Latauspisteoperaattori (CPO) hallinnoi ja käyttää latauspisteitä sekä tarjoaa latauspalvelun. Sähköisen liikkumisen palveluntarjoaja (eMSP) myy kuljettajille latauspalveluita tai -sopimuksia. Yksi yritys voi hoitaa molemmat roolit, mutta verkkovierailu yhdistää usein kuljettajan eMSP:n eri CPO:hon.

Open Charge Point Interface (OCPI) on yksi operaattorin ja palveluntarjoajan väliseen tiedonvaihtoon käytettävistä protokollista. Se voi välittää sijainteja, tariffeja, tunnisteita, tapahtumia, yksityiskohtaisia lataustietueita ja komentoja. Muut kahdenväliset tai keskuspohjaiset protokollat voivat täyttää samanlaisen tehtävän, joten verkkovierailutuki on tarkistettava kyseisten palveluntarjoajien välillä sen sijaan, että se pääteltäisiin liittimestä tai autosta. EVRoaming Foundation — Open Charge Point Interface

Varaus tuo mukanaan uuden riippuvuusketjun. Sovelluksen tai palveluntarjoajan on pyydettävä sitä, operaattorin taustajärjestelmän on hyväksyttävä se ja aseman on toteutettava varaus suhteessa muihin käyttäjiin. Varaus voi varata pääsyn latauspisteeseen, mutta se ei takaa, että laitteisto toimii, on tavoitettavissa tai pystyy antamaan ilmoitetun tehon ajoneuvon saapuessa.

Miksi yhteensopivat järjestelmät voivat silti epäonnistua?

Vian sijainti on usein eri kuin näkyvä oire:

Liittimen tai lukituksen vika estää fyysisen kättelyn.
Signaloinnin tai protokollan yhteensopimattomuus estää ajoneuvoa ja EVSE:tä sopimasta lataustapahtumasta.
Vanhentunut tai epäluotettu varmenne estää Plug & Chargen käytön.
Aseman ja taustajärjestelmän välinen katkos estää verkkovaltuutuksen, vaikka teholaitteisto toimii.
Verkkovierailusopimuksesta puuttuu vaadittu tunniste, tariffi tai sijaintitiedot.
Lataustapahtuma alkaa, mutta maksun tai lataustietueen käsittely epäonnistuu myöhemmin.

Kuljettajien kannattaa siksi tarkistaa muutakin kuin liitintyyppi. Hyödyllisiä kysymyksiä ovat, tukevatko ajoneuvo ja asema samoja ISO 15118 -toimintoja, mahdollistaako verkko Plug & Chargen kyseiselle ajoneuvolle ja sopimukselle, onko kuljettajan palveluntarjoajalla verkkovierailusopimus operaattorin kanssa, mikä kertamaksutapa on käytettävissä ja mitä tapahtuu, kun aseman yhteys katkeaa.

Julkisten pikalatauspaikkojen suunnittelua, tehonjakoa, luotettavuutta ja vaikutuksia reittisuunnitteluun käsitellään artikkelissa DC Fast Charging.