ISO 15118-2プロトコル

IEC 61851規格

ISO 15118-2プロトコルを理解するには、まずこのプロトコルの使用法を定義するIEC 61851規格について触れることが重要です。このセクションでは、この規格とISO 15118-2がどのように関連しているかについて説明します。

IEC 61851 - 電気自動車導電性充電システム[ 1 ]規格は、最大1000Vの標準AC供給電圧および最大1500VのDC電圧で電気自動車を充電するための車載機器とオフボード機器の特性を定義しています。

言い換えれば、ISO 15118-2 プロトコルは、システム C が適用される場合の DC 充電モードの EV と EVSE 間のデジタル通信層を定義する役割を担っています。

ISO 15118-2プロトコル

ISO 15118-2（道路車両 - 車両・系統間通信インターフェース）[ 3 ]は、バッテリー電気自動車およびプラグインハイブリッド電気自動車を含む電気自動車（EV）と電気自動車給電装置（EVSE）間のデジタル通信プロトコルを規定しています。この汎用機器の通信部品は電気自動車通信コントローラ（EVCC）と給電装置通信コントローラ（SECC）であるため、ISO 15118-2はこれらのコンポーネント間の通信について規定しています。

ISO 15118-2は電気自動車の充電を対象としていますが、他の車両にも適用可能です。コンバインド充電システム（CCS）の一部として、ISO 15118-2は有線（ACおよびDC）およびワイヤレス充電アプリケーションをカバーし、EVをスマートグリッド（V2G - Vehicle-to-Grid）に統合することを可能にします。

ISO 15118-2は、EVと充電ステーションが動的に情報交換を行い、適切な充電スケジュールを（再）交渉することを可能にします。スマート充電アプリケーションは、電力網の状態、各EVのエネルギー需要、そして各ドライバーの移動ニーズ（出発時刻と走行距離）に関する情報を用いて、各EVの個別の充電スケジュールを計算します。これにより、各充電セッションにおいて、電力網の容量と同時充電中のEVの電力需要が完璧に一致します。

ISO 15118-2には、「プラグ＆チャージ」と呼ばれる機能も搭載されています。プラグ＆チャージは、複数の暗号化メカニズムを導入することで通信を保護し、交換されるすべてのデータの機密性、整合性、および真正性を保証します。これは、トランスポートラインセキュリティ（TLS）プロトコルを使用することで実現されます。

プロトコルによれば、EVの充電プロセスは表1に示すように8つの機能グループに分かれている[ 3 ]。

ISO 15118-2 DC充電セッションのメッセージシーケンス

ISO 15118-2 [ 4 ] に従って実行されるDC充電セッションの充電プロセスを図1に示します。メッセージの送受信や接触器の開閉などの特定のアクションを実行するエンティティは、上部のボックスに示されています。状態A、B、およびCは、充電ステーションによって測定された特定の電圧レベルに関連しており、IEC 61851で定義されています。ISO 15118-2はIEC 61851を基に拡張し、EVCCとSECC間のデジタル通信を可能にします。これは、IEC 61851 [ 2 ] で定義されているように、パルス幅変調（PWM）信号のデューティサイクルが5％に設定されるとすぐに開始されます。

ISO 15118-2 AC充電セッションのメッセージシーケンス

ISO 15118-2 [ 4 ] に従って実行されるAC充電セッションの充電プロセスを図2に示します。メッセージの送受信や接触器の開閉などの特定のアクションを実行するエンティティは、上部のボックスに示されています。状態A、B、およびCは、充電ステーションによって測定された特定の電圧レベルに関連しており、IEC 61851で定義されています。ISO 15118-2はIEC 61851を基に拡張し、EVCCとSECC間のデジタル通信を可能にします。これは、IEC 61851 [ 2 ] で定義されているように、パルス幅変調（PWM）信号のデューティサイクルが5％に設定されるとすぐに開始されます。

Typhoon HILツールチェーンにおけるISO 15118-2プロトコルの実装

IEC 61851では、EVCCとSECCはISO 15118-2に準拠した電力線通信（PLC）を介して通信すると定義されていますが、プロトコル自体はEthernetベースであり、Typhoon HILツールチェーンに実装されています。Typhoon HILデバイス（ HIL402、HIL101、HIL404、HIL602+、HIL604、HIL506、HIL606）でサポートされています。EthernetをPLCに変換するには、 Green Phyモジュールなどの追加モデムを使用できます。

電気自動車側の通信は、回路図エディター ライブラリの Communication → EV charging → ISO 15118 フォルダーにある ISO 15118-2 EVCC コンポーネントを使用して実装されます。

通信の供給機器側は、回路図エディター ライブラリの Communication → EV charging → ISO 15118 フォルダーにある ISO 15118-2 SECC コンポーネントを使用して実装されます。

ISO 15118-2 EVCCコンポーネント

ISO 15118-2 EVCCコンポーネントは、プロトコルのEV側を実装します。このコンポーネントは通信インターフェースのみを実装し、コントローラ自体は実装しないことを明記することが重要です。つまり、このコンポーネントはEVCCとSECC間で必要なメッセージを中継するためだけに使用されます。コントローラ（またはロジック）部分は、ユーザーが信号処理コンポーネントを使用して実装する必要があります。

ISO 15118-2 EVCCコンポーネントを表3に示します。

表3 ISO 15118-2 EVCCコンポーネント

成分	コンポーネントダイアログウィンドウ	プロパティ
		接続タイプ 中型タイプ サービスカテゴリ 支払い方法 エネルギー伝達モード 溶接検出を実行する プリチャージ電圧精度 充電パラメータDC 充電パラメータAC 実行率 ログレベル 証明書を含むフォルダをインポートする インポートされたフォルダのパス パスタイプ

コンポーネントパラメータについては表4で説明されている。

{ 
    "departure_time": {"value": 0,
                       "include": True},
    "maximum_current_limit": {"value": 10,
                              "multiplier": 0},
    "maximum_voltage_limit": {"value": 100,
                              "multiplier": 0},
    "maximum_power_limit": {"value": 1000,
                            "multiplier": 0,
                            "include": True},
    "energy_capacity": {"value": 1000,
                        "multiplier": 0,
                        "include": False},
    "energy_request": {"value": 1000,
                       "multiplier": 0,
                       "include": False},
    "full_soc": {"value": 100,
                 "include": True},
    "bulk_soc": {"value": 80,
                 "include": True},
    "target_voltage": {"multiplier": 0},
    "target_current": {"multiplier": 0},
    "time_to_full_soc": {"multiplier": 0},
    "time_to_bulk_soc": {"multiplier": 0}
}

{
    "departure_time": {"value": 0,
                       "include": True},
    "eamount": {"value": 10,
                 "multiplier": 0},
    "max_voltage": {"value": 10,
                     "multiplier": 0},
    "max_current": {"value": 1000,
                     "multiplier": 0},
    "min_current": {"value": 0,
                     "multiplier": 0}
}

充電パラメータプロパティ値

充電パラメータは、EVの仕様と定格を定義するために使用されます。これらのパラメータは、DC充電を選択した場合はChargeParameterDiscoveryReq 、 PowerDeliveryReq 、 PreChargeReq 、 CurrentDemandReq 、AC充電を選択した場合はChargeParameterDiscoveryReq 、 PowerDeliveryReq 、 ChargingStatusReqなど、様々なリクエストメッセージで使用されます。これらのパラメータにはオプションと必須があります。定義は表5に記載されています。

Chargeパラメータプロパティは、定義済みフィールドを持つPython辞書として定義されています。これらのフィールドはすべて、 value 、 multiplier 、 include というフィールドを持つ辞書です。これらのフィールドの存在は、パラメータ自体と相関しています。パラメータがオプションの場合、 includeフィールドは必須です。パラメータがPhysicalValue型の場合、 multiplierは必須です。プロパティが静的な場合、 valueフィールドは必須です。

静的パラメータは、充電プロセス中に変化しないパラメータです。例えば、DC充電を選択した場合は最大電流制限、最大電圧制限、フルSoC 、AC充電を選択した場合はEAmount 、最大電圧、最大電流、最小電流などが挙げられます。一方、動的プロパティは、充電プロセス全体を通して値が変化します。動的プロパティとは、DC充電を選択した場合のターゲット電圧、ターゲット電流、フルSoCまでの時間、バルクSoCまでの時間です。これらの値は、コンポーネントの入力端子によって指定されます。

PhysicalValue はISO 15118 規格で定義された特定の型であり、 value 、 multiplier 、 unitから構成されます。 valueはshort型（-32768 - 32767）、 multiplier はbyte 型（-3 - 3）です。実数値は以下の式で計算されます。

値* 10 ^ (乗数)

{
    "value": 0,
    "include": False
}

{
    "value": 10,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 100,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 1000,
    "multiplier": 0,
    "include": True
}

{
    "value": 1000,
    "multiplier": 0,
    "include": False
}

{
    "value": 1000,
    "multiplier": 0,
    "include": False
}

{
    "value": 100,
    "include": True
}

{
    "value": 80,
    "include": True
}

{
    "multiplier": 0
}

{
    "multiplier": 0
}

{
    "multiplier": 0,
    "include": False
}

{
    "multiplier": 0,
    "include": False
}

{
    "value": 10,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 10,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 10,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 0,
    "multiplier": 0
}

入出力端子と状態値

信号処理信号は、端子を使用して ISO 15118-2 EVCC コンポーネントとの間でやり取りされます。

ISO 15118-2 EVCCコンポーネントの基本ロジック

ISO 15118-2 EVCCコンポーネントはプロトコルインターフェースのみを実装し、コントローラロジックは信号処理コンポーネントを用いて外部で定義されますが、それでも基本的なロジックは存在します。このロジックは、新しいセッションの開始タイミング、終了タイミング、およびいくつかの状態遷移を定義します。

シミュレーションが開始されると、コンポーネントは PP = PP_STATE_CONNECTED かつ CP = CP_STATE_B の場合にのみ新しい通信セッションを初期化します。

次のいずれかの条件が満たされた場合、コンポーネントはセッション停止メッセージを発行します: PP != PP_STATE_CONNECTED、CP = CP_STATE_ERROR、EVChargeComplete = True。

DC 充電時に、EV ターゲット電圧と EVSE 現在の電圧の差が、コンポーネント プロパティで定義されたプリチャージ電圧精度以下 (または等しい) になると、プリチャージから電流需要への移行が発生します。

ISO 15118 EVCCの例

ISO 15118-2 EVCC コンポーネントの使用方法の例は、例エクスプローラーの「通信プロトコル」→「iso 15118」→「電気自動車充電コントローラー」にあります。

この例では、EV側は単純なバッテリーとメインコンタクタとしてモデル化されています。EVSE側は信号制御電流源としてモデル化されています。PPおよびCP検出回路は、PWMデューティサイクルと周波数測定を除いたIEC 61851規格に従ってモデル化されています。基本的な電圧レベルが使用されています。

EV 充電コントローラのロジックは、通常起動、通常シャットダウン、緊急シャットダウンの IEC 61851 図に従って実装されています。

ISO 15118-2 SECCコンポーネント

ISO 15118-2 SECCコンポーネントは、プロトコルのSE側を実装します。このコンポーネントは通信インターフェースのみを実装し、コントローラ自体は実装しないことを明記することが重要です。つまり、このコンポーネントはSECCとEVCC間で必要なメッセージを中継するためだけに使用されます。コントローラ（またはロジック）部分は、信号処理コンポーネントを使用して個別に実装できます。

ISO 15118-2 SECCコンポーネントを表6に示します。

表6 ISO 15118-2 SECCコンポーネント

成分	コンポーネントダイアログウィンドウ	プロパティ
		中型タイプ EVSE ID サポートされているエネルギーモード サポートされている支払い方法 無料サービス 通知最大遅延 ステーションパラメータ 実行率 ログレベル 隔離ステータスを含める 証明書を含むフォルダをインポートする インポートされたフォルダのパス パスタイプ メーターの領収書が必要です

コンポーネントパラメータについては表7で説明されています。

{
    "country_code" : "FR", 
    "operator_id" : "A23", 
    "power_outlet_id": "45B*78C" 
}

[ 「AC三相コア」 、 「AC単相コア」 ]

{ 
    "max_current": {"value": 32,
                    "multiplier": 0},
    "nominal_voltage": {"value": 230,
                        "multiplier": 0},
    "maximum_current_limit": {"value": 32,
                    "multiplier": 0},
    "maximum_voltage_limit": {"value": 230,
                    "multiplier": 0},
    "maximum_power_limit": {"value": 20000,
                    "multiplier": 0},
    "minimum_current_limit": {"value": 0,
                    "multiplier": 0},
    "minimum_voltage_limit": {"value": 0,
                    "multiplier": 0},
    "current_regulation_tolerance": {"value": 20,
                    "multiplier": 0,
                     "include": True},
    "energy_to_be_delivered": {"value": 100,
                    "multiplier": 0,
                     "include": True},
    "peak_current_ripple": {"value": 32,
                    "multiplier": 0},
    "present_current": {"multiplier": 0},
    "present_voltage": {"multiplier": 0}
}

ステーションパラメータプロパティ値

ステーションパラメータは、SEの仕様と定格を定義するために使用されます。これらのパラメータは、AC充電の場合はChargeParameterDiscoveryRes 、 PowerDeliveryRes 、 ChargingStatusRes 、DC充電の場合はChargeParameterDiscoveryRes 、 PowerDeliveryRes 、 PreChargeRes 、 CurrentDemandReqなど、さまざまなリクエストメッセージで使用されます。これらのパラメータにはオプションと必須があります。

Stationパラメータプロパティは、定義済みフィールドを持つPython辞書として定義されています。これらのフィールドはすべて、 value 、 multiplier 、 include というフィールドを持つ辞書です。これらのフィールドの存在は、パラメータ自体と相関しています。パラメータがオプションの場合、 includeフィールドは必須です。パラメータがPhysicalValue型の場合、 multiplierは必須です。プロパティが静的な場合、 valueフィールドは必須です。

静的パラメータとは、充電プロセス中に変化しないパラメータです。例えば、AC充電の場合は最大電流、公称電圧、DC充電の場合は最大電流制限、最大電圧制限、最大電力制限、最小電流制限、最小電圧制限、電流レギュレーション許容値、供給エネルギー、ピーク電流リップルなどです。一方、動的プロパティは、充電プロセス全体を通して値が変化します。DC充電の場合は、現在の電圧と現在の電流です。これらの値は、コンポーネントの入力端子によって指定されます。

PhysicalValue はISO 15118 規格で定義された特定の型であり、 value 、 multiplier 、 unitから構成されます。 valueはshort型（-32768 - 32767）、 multiplier はbyte 型（-3 - 3）です。実数値は以下の式で計算されます。

値* 10 ^ (乗数)

{
    "value": 230,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 32,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 32,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 230,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 20000,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 0,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 0,
    "multiplier": 0
}

{
    "value": 20,
    "multiplier": 0,
    "include": True
}

{
    "value": 100,
    "multiplier": 0,
    "include": True
}

{
    "value": 32,
    "multiplier": 0
}

{
    "multiplier": 0
}

{
    "multiplier": 0
}

入出力端子と状態値

信号処理信号は、端末を使用して ISO 15118-2 SECC コンポーネントとの間でやり取りされます。

ISO 15118-2 SECCコンポーネントの基本ロジック

ISO 15118-2 SECCコンポーネントはプロトコルインターフェースのみを実装し、コントローラロジックは信号処理コンポーネントを使用して外部で定義されていますが、それでも基本的なロジックは存在します。このロジックは、サーバーの起動タイミングと強制終了タイミングを定義します。

シミュレーションが開始されると、サーバーは PP = PP_STATE_CONNECTED かつ CP = STATE_C の場合にのみ初期化されます。

セッションがアクティブで、PP = PP_STATE_DICONNECTED または PP = PP_STATE_ERROR または CP = STATE_A または CP = CP_STATE_ERROR の場合、接続は強制的に閉じられます。

ISO 15118-2 プロトコルメッセージログ

ISO 15118-2 は、ログ メッセージに対して 3 つの異なるログ出力を提供します。

コンソール出力は、システムからのログメッセージをstdout（標準出力）に出力します。HILをシリアル通信でPCに接続し、SSHクライアントソフトウェア（例： PuTTY ）を使用してコンソールを表示すると、標準出力に表示されるメッセージを確認できます。

ファイル出力は、システムからのログメッセージをテキストファイル「iso15118.log」に出力します。プログラム終了後、このファイルはHIL上のパス「/mnt/ext_files/iso15118/iso15118.log」で確認できます。このテキストファイルにアクセスする方法の一つは、 WinSCPソフトウェアを使用することです。

UDP出力は、システムからのログメッセージをUDPブロードキャストポートに送信します。メッセージを受信するには、スケマティックエディタのモデルをコンパイルしてHIL SCADAで実行する前に、コンピュータのターミナルからスクリプト「\examples\models\communication protocols\iso 15118\electric vehiclecharge controller\udp log receive.py」を実行する必要があります。メッセージの読み取りを可能にするには、HILとコンピュータが同じブロードキャストアドレス上にある必要があります（同じサブネット上にあり、イーサネット接続でネットワーク接続されている必要があります）。メッセージは、HILデバイスと同じブロードキャストアドレスに接続された複数の異なるコンピュータで読み取ることができます。

仮想HILサポート

Virtual HILは現在このプロトコルをサポートしていません。非リアルタイム環境（例：ローカルコンピュータでモデルを実行する場合）を使用する場合、このコンポーネントへの入力は破棄され、このコンポーネントからの出力はゼロになります。

参考文献

1. 国際電気標準会議（IEC）、「IEC 61851、電気自動車の導電性充電システム - パート1：一般要求事項」、2010年、14ページ
2. 国際電気標準会議（IEC）、「IEC 61851、電気自動車導電性充電システム - パート23：DC電気自動車充電ステーション」、2014年、33～70ページ
3. 国際標準化機構（ISO）、「ISO 15118、道路車両 - 車両とグリッド間の通信インターフェース - パート1：一般情報およびユースケース定義」、2013年、1～45ページ
4. 国際標準化機構（ISO）、「ISO 15118、道路車両 - 車両とグリッド間の通信インターフェース - パート2：ネットワークおよびアプリケーションプロトコルの要件」、2014年、11～104ページ
5. M. Multin、「Vehicle-to-Grid アプリケーションの実現手段としての ISO 15118」、2018 年国際自動車電気電子技術会議、2018 年、pp. 1-6、doi: 10.23919/EETA.2018.8493213。