Die Evolution von OCPP: Die Überbrückung von Version 1.6 zu 2.0.1 und darüber hinaus beim Laden von Elektrofahrzeugen
Inhaltsverzeichnis
I. Einführung in das Open Charge Point Protocol
DerOpen Charge Point Protocol (OCPP)Dient als globaler Standard für die Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVSE) und Ladestationsmanagementsystemen (CSMS). Entwickelt vonOpen Charge Alliance (OCA)Dieses Protokoll gilt als De-facto-Standard in der Elektrofahrzeugindustrie (Vorläufer von IEC 63110). Es beseitigt proprietäre Abhängigkeiten und gewährleistet die nahtlose Interoperabilität von Hardware verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Backend-Systemen.
Anmerkung der Behörde: Dieser Artikel bezieht sich auf die offiziellen Standards, die in den OCA-Whitepapers und den IEC/ISO-Spezifikationen festgelegt sind.
1. Geschichte des OCPP
2. Einführung in die OCPP-Version
Wie unten dargestellt, von OCPP1.5 bis zur neuesten Version OCPP2.0.1
Da es in der Branche zu viele proprietäre Protokolle gibt, um ein einheitliches Serviceerlebnis und die operative Vernetzung verschiedener Betreiberdienste zu gewährleisten, übernahm die OCA die Führung bei der Entwicklung des offenen Protokolls OCPP1.5. SOAP ist durch seine eigenen Protokollbeschränkungen eingeschränkt und kann nicht schnell und weit verbreitet werden.
OCPP 1.5 kommuniziert über das auf dem HTTP-Protokoll basierende SOAP-Protokoll mit zentralen Systemen, um Ladepunkte zu betreiben. Es unterstützt folgende Funktionen: Lokale und ferngesteuerte Transaktionen, einschließlich der Abrechnung.
Der Sprung von 1,6 J auf 2,0.1
Während frühere Versionen wie OCPP 1.5 auf dem umständlichen SOAP-Protokoll basierten,OCPP 1.6Jrevolutionierte die Branche durch die Einführung von JSON über WebSockets. Dies ermöglichte Vollduplex-Kommunikation und reduzierte den Datenverkehr erheblich, wodurch es zum heutigen Marktstandard wurde. Die Veröffentlichung vonOCPP 2.0.1Die Behebung der Fehler in Version 2.0 markiert einen Paradigmenwechsel. Im Gegensatz zu 1.6J ist OCPP 2.0.1 aufgrund grundlegender Änderungen an seiner Datenstruktur, die komplexe Energiemanagementsysteme (EMS) und strenge Sicherheitsstandards unterstützen sollen, nicht abwärtskompatibel.
Einführung in die Version II.OCPP
Wie unten dargestellt, von OCPP1.5 bis zur neuesten Version OCPP2.0.1
Da es in der Branche zu viele proprietäre Protokolle gibt, um ein einheitliches Serviceerlebnis und die operative Vernetzung verschiedener Betreiberdienste zu gewährleisten, übernahm die OCA die Führung bei der Entwicklung des offenen Protokolls OCPP1.5. SOAP ist durch seine eigenen Protokollbeschränkungen eingeschränkt und kann nicht schnell und weit verbreitet werden.
OCPP 1.5 kommuniziert über das auf dem HTTP-Protokoll basierende SOAP-Protokoll mit zentralen Systemen, um Ladepunkte zu betreiben. Es unterstützt folgende Funktionen: Lokale und ferngesteuerte Transaktionen, einschließlich der Abrechnung.
OCPP 1.6J (JSON über WebSockets)
Während die ältere SOAP-Version veraltet istOCPP 1.6Jbleibt die am weitesten verbreitete Version. Sie nutztJSON über WebSockets (WSS)WSS ermöglicht Vollduplex-Kommunikation. Im Gegensatz zu HTTP-basiertem SOAP erlaubt WSS dem Server (CSMS), Befehle zu initiieren (wie z. B. …).RemoteStartTransaction) zum Ladegerät, selbst wenn sich das Ladegerät hinter einer NAT-Firewall befindet.
OCPP 2.0 (JSON)
OCPP 2.0, veröffentlicht im Jahr 2018, verbessert die Transaktionsverarbeitung, erhöht die Sicherheit und optimiert das Gerätemanagement: Es bietet intelligente Ladefunktionen für Topologien mit Energiemanagementsystemen (EMS), lokalen Controllern sowie für Elektrofahrzeuge mit integrierten intelligenten Lade-, Ladestations- und Ladestationsmanagementsystemen. UnterstütztISO 15118Anforderungen an Plug-and-Play und intelligentes Laden für Elektrofahrzeuge.
OCPP 2.0.1 (JSON)
OCPP 2.0.1 ist die neueste Version, veröffentlicht im Jahr 2020. Sie bietet neue Funktionen und Verbesserungen wie die Unterstützung von ISO15118 (Plug and Play), erhöhte Sicherheit und eine insgesamt verbesserte Leistung.
OCPP-Versionskompatibilität
OCPP1.x ist mit niedrigeren Versionen kompatibel, OCPP1.6 ist mit OCPP1.5 kompatibel, OCPP1.5 ist mit OCPP1.2 kompatibel.
OCPP2.0.1 ist nicht kompatibel mit OCPP1.6. Obwohl einige Inhalte von OCPP1.6 ebenfalls enthalten sind, unterscheidet sich das Datenrahmenformat vollständig von dem gesendeten.
OCPP 2.0.1-Protokoll
1. Unterschied zwischen OCPP 2.0.1 und OCPP 1.6
Im Vergleich zu früheren Versionen wie OCPP 1.6 weist OCPP 2.0.1 wesentliche Verbesserungen in folgenden Bereichen auf:
a. Verbesserte Sicherheit
OCPP 2.0.1: Die umfassende Überarbeitung des Sicherheits- und Gerätemanagements
OCPP 2.0.1 ist aufgrund einer vollständigen Umstrukturierung des Datenmodells nicht abwärtskompatibel mit 1.6J. Die wichtigste Verbesserung ist die Einführung von drei obligatorischenSicherheitsprofile:
-
Sicherheitsprofil 1:TLS mit Basisauthentifizierung (Passwort).
-
Sicherheitsprofil 2:TLS mit clientseitigen Zertifikaten (höhere Sicherheit).
-
Sicherheitsprofil 3:TLS mit clientseitigen Zertifikaten und Unterstützung für Hardware-Sicherheitsmodule (HSM).
Darüber hinaus ersetzt es die begrenzteHerzschlagMechanismus mit einem umfassendenGerätemodellHierbei wird ein standardisiertes Verfahren verwendet.KomponenteUndVariableDie Struktur ermöglicht die Überwachung von allem, von der Lüfterdrehzahl bis zur Innentemperatur, und verbessert so die Ferndiagnose erheblich.
b. Hinzufügen neuer Funktionen
OCPP2.0.1 bietet viele neue Funktionen, darunter intelligentes Lademanagement sowie detailliertere Fehlerberichte und -analysen.
c. Flexibleres Design
OCPP2.0.1 wurde so konzipiert, dass es flexibler ist und den Anforderungen komplexerer und vielfältigerer Anwendungen gerecht wird.
d. Codevereinfachung
OCPP2.0.1 vereinfacht den Code und erleichtert so die Implementierung der Software.
Das Firmware-Update OCPP2.0.1 fügte eine digitale Signatur hinzu, um zu verhindern, dass der Firmware-Download unvollständig ist und das Firmware-Update fehlschlägt.
In der Praxis ermöglicht das OCPP2.0.1-Protokoll die Fernsteuerung von Ladesäulen, die Echtzeitüberwachung des Ladezustands, die Benutzerauthentifizierung und weitere Funktionen, wodurch die Nutzung, Effizienz und Sicherheit der Ladeausrüstung deutlich verbessert werden. Im Vergleich zur Version 1.6 bietet OCPP2.0.1 zahlreiche neue Details und Funktionen, was die Entwicklung jedoch auch komplexer macht.
2. Funktionsbeschreibung von OCPP2.0.1
Das OCPP-Protokoll 2.0.1 ist die neueste Version des OCPP-Protokolls. Im Vergleich zu OCPP 1.6 wurden in OCPP 2.0.1 zahlreiche Verbesserungen und Optimierungen vorgenommen. Zu den wichtigsten Inhalten gehören:
•Nachrichtenzustellung:OCP 2.0.1 fügt neue Nachrichtentypen hinzu und modifiziert ältere Nachrichtenformate, um Effizienz und Leistung zu verbessern.
•Digitale Zertifikate:In OCPP 2.0.1 wurden auf digitalen Zertifikaten basierende Sicherheitsmechanismen eingeführt, um eine verbesserte Geräteauthentifizierung und einen besseren Schutz der Nachrichtenintegrität zu gewährleisten. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber den Sicherheitsmechanismen von OCPP 1.6 dar.
•Datenmodell:OCPP 2.0.1 aktualisiert das Datenmodell, um die Unterstützung für neue Gerätetypen und Funktionen zu integrieren.
•Geräteverwaltung:OCPP 2.0.1 bietet umfassendere Geräteverwaltungsfunktionen, darunter Gerätekonfiguration, Fehlerbehebung, Software-Updates usw.
•Komponentenmodelle:OCPP 2.0.1 führt ein flexibleres Komponentenmodell ein, mit dem komplexere Ladegeräte und -systeme beschrieben werden können. Dies ermöglicht erweiterte Funktionen wie beispielsweiseV2G (Fahrzeug-zu-Netz).
•Intelligentes Laden:Fortschrittliches intelligentes Laden & ISO 15118-Integration: Der Unterschied zwischen 1.6J und 2.0.1 beim intelligenten Laden ist signifikant. Während 1.6J auf grundlegenden Funktionen basiert.LadeprofileOCPP 2.0.1 unterstützt dies nativ.ISO 15118über einen Durchleitungsmechanismus.
Dies ermöglichtPlug & Charge (PnC)Die Ladestation für Elektrofahrzeuge (EVSE) fungiert als Schnittstelle und ermöglicht es dem Elektrofahrzeug, digitale Zertifikate direkt mit dem Backend für die automatische Authentifizierung auszutauschen. RFID-Karten oder Apps sind nicht erforderlich. Dies schafft auch die Grundlage fürV2G (Fahrzeug-zu-Netz)ermöglicht ein bidirektionales Energieflussmanagement auf Basis von Netzfrequenz und -kapazität.
•Benutzeridentität und -autorisierung:OCPP2.0.1 bietet verbesserte Mechanismen zur Benutzeridentifizierung und -autorisierung, unterstützt mehrere Benutzerauthentifizierungsmethoden und stellt höhere Anforderungen an den Schutz von Benutzerdaten.
III. Einführung in die OCPP-Funktion
1. Intelligentes Laden
Externes Energiemanagementsystem (EMS)
OCPP 2.0.1 behebt dieses Problem durch die Einführung eines Benachrichtigungsmechanismus, der das CSMS (Charging Station Management System) über externe Einschränkungen informiert. Direkte intelligente Ladeeingänge, die Energiemanagementsysteme (EMS) unterstützen, können viele Situationen lösen:
Elektrofahrzeuge, die an Ladestationen angeschlossen sind (gemäß ISO 15118)
OCPP 2.0.1 unterstützt das aktualisierte ISO 15118-Protokoll für die Kommunikation zwischen Ladestationen und Elektrofahrzeugen. Das Plug-and-Play-Laden und intelligente Laden gemäß ISO 15118 (einschließlich der Eingaben von Elektrofahrzeugen) lassen sich mit OCPP 2.0.1 einfacher implementieren. Betreiber von Ladestationen können so Meldungen (aus dem Ladeleitsystem) über die Ladestationen an die Fahrer von Elektrofahrzeugen senden.
Intelligentes Laden nutzt:
(1) Lastverteiler
Der Load Balancer ist primär für die interne Lastverteilung der Ladestation zuständig. Die Ladestation steuert die Ladeleistung jeder Ladestation gemäß der Vorkonfiguration. Für die Ladestation wird ein fester Grenzwert, beispielsweise der maximale Ausgangsstrom, festgelegt. Zusätzlich bietet die Konfiguration optionale Optionen zur Optimierung der Leistungsverteilung zwischen den Ladestationen. Diese Konfiguration weist die Ladestation an, dass Laderaten unterhalb des festgelegten Wertes ungültig sind und andere Ladestrategien ausgewählt werden müssen.
(2) Zentrales intelligentes Laden
Das zentrale intelligente Laden geht davon aus, dass die Ladegrenzen von einem zentralen System gesteuert werden, das den Ladeplan teilweise oder vollständig berechnet, nachdem es die Prognoseinformationen des Netzbetreibers über die Netzkapazität erhalten hat. Das zentrale System legt Ladegrenzen für Ladestationen fest und bestimmt die Ladegrenzen durch Beantwortung von Nachrichten.
(3) Lokales intelligentes Laden
Lokales intelligentes Laden wird durch einen lokalen Controller realisiert, der einem Agenten des OCPP-Protokolls entspricht. Dieser empfängt Nachrichten vom zentralen System und steuert das Ladeverhalten der anderen Ladestationen in der Gruppe. Der Controller kann selbst mit Ladestationen ausgestattet sein oder nicht. Im Modus des lokalen intelligenten Ladens begrenzt der lokale Controller die Ladeleistung der Ladestationen. Dieser Grenzwert kann während des Ladevorgangs angepasst werden. Der Grenzwert der Ladegruppe kann lokal oder vom zentralen System konfiguriert werden.
2. Systemskizze
systematischer Rahmen
Softwarearchitektur
Die Funktionsmodule des OCPP2.0.1-Protokolls umfassen im Wesentlichen das Datenübertragungsmodul, das Autorisierungsmodul, das Sicherheitsmodul, das Transaktionsmodul, das Modul für Zählerwerte, das Kostenmodul, das Reservierungsmodul, das Modul für intelligentes Laden, das Diagnosemodul, das Firmware-Verwaltungsmodul und das Modul für die Anzeige von Meldungen.
IV. Zukünftige Entwicklung des OCPP
1. Vorteile von OCPP
OCPP ist ein freies und offenes Protokoll und stellt zudem eine effektive Lösung für die aktuelle Problematik der Ladesäulenvernetzung dar. Es hat sich in vielen Ländern der Welt etabliert und wird eingesetzt. Die zukünftige Vernetzung der Dienste der Betreiber wird über eine gemeinsame Sprache verfügen.
Vor der Einführung von OCPP entwickelte jeder Hersteller von Ladesäulen sein eigenes proprietäres Protokoll für die Backend-Anbindung, wodurch Ladesäulenbetreiber an einen einzigen Hersteller gebunden waren. Da nun praktisch alle Hardwarehersteller OCPP unterstützen, können Ladesäulenbetreiber die Hardware frei von jedem Anbieter wählen, was den Markt wettbewerbsfähiger macht.
Dasselbe gilt für Immobilien- und Geschäftsinhaber: Beim Kauf einer nicht OCPP-konformen Ladestation oder bei der Beauftragung eines nicht OCPP-konformen Ladeinfrastrukturanbieters sind sie an einen bestimmten Ladestations- und Ladeinfrastrukturanbieter gebunden. Mit OCPP-konformer Ladehardware hingegen bleiben Hausbesitzer unabhängig von ihrem Anbieter. Sie können einen wettbewerbsfähigeren, günstigeren oder leistungsfähigeren Ladeinfrastrukturanbieter wählen. Zudem lässt sich ihr Netzwerk durch die Kombination verschiedener Ladeinfrastruktur erweitern, ohne bestehende Installationen demontieren zu müssen.
Der größte Vorteil von Elektrofahrzeugen liegt natürlich darin, dass Fahrer nicht auf einen einzigen Ladeinfrastrukturbetreiber oder -anbieter angewiesen sind. Wie bei gekauften Ladestationen können sie zu besseren Anbietern wechseln. Ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, Roaming-Dienste für Elektrofahrzeuge zu nutzen.
2. OCPP in der Rolle des Ladens von Elektrofahrzeugen
(1) OCPP unterstützt die Kommunikation zwischen EVSE und CSMS.
(2) Genehmigung für Nutzer von Elektrofahrzeugen zum Starten des Ladevorgangs
(3) Fernänderung der Ladekonfiguration, Fernsteuerung des Ladevorgangs (Start/Stopp), Fernentriegelung der Pistole (Anschluss-ID)
(4) Echtzeitstatus der Ladestation (verfügbar, gestoppt, angehalten, nicht autorisiertes Elektrofahrzeug/Ladeinfrastruktur), Echtzeit-Ladedaten, Echtzeit-Stromverbrauch, Echtzeit-Ausfall der Ladeinfrastruktur
(5) Intelligentes Laden (Reduzierung der Netzlast)
(6) Firmware-Management (OTAA)
V. Empirische Validierung und Einblicke der Hersteller
Die Implementierung von OCPP 2.0.1 erfordert eine strenge Validierung.LinkpowerUnser Forschungs- und Entwicklungsteam hat umfangreiche Interoperabilitätstests mit demOCTT (Open Charge Point Protocol Compliance Testing Tool)neben realen Integrationen.
Testumgebung & Ergebnisse:Wir haben unsere EVSE-Firmware erfolgreich validiert gegenMehr als 100 globale CSMS-Anbieter(einschließlich der wichtigsten europäischen und US-amerikanischen Netze). Unsere Tests konzentrieren sich auf:
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Stabilität des TLS-Handshakes:Sicherstellung der Verbindungsstabilität unter Sicherheitsprofil 2 und 3.
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Integrität der Transaktionsdaten:Überprüfung des Neuen
TransaktionsereignisNachrichtenübermittlung unter instabilen Netzwerkbedingungen (Paketverlustsimulation).
Diese empirischen Daten bestätigen, dass unsere OCPP 2.0.1-Lösung nicht nur theoretisch konform, sondern auch praxistauglich für den kommerziellen Einsatz von V2G ist.
Veröffentlichungsdatum: 21. Oktober 2024