Heute hat die Entwicklung von Elektrofahrzeugen deutlich zugenommen. Intelligentes Laden ist der intelligente Weg in die Zukunft, bei dem das Laden basierend auf der Netzlast und in Übereinstimmung mit den Bedürfnissen des Fahrzeughalters verschoben werden kann.
Daher muss neben EVs (Electric Vehicles) auch deren Kommunikation mit dem EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) berücksichtigt werden. ISO 15118 spezifiziert die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen (EV), einschließlich Batterie-Elektrofahrzeugen und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen, und der Elektrofahrzeug-Versorgungsausrüstung (EVSE). Die Komplexität des Protokolls erfordert einen erheblichen Testaufwand, wie in Teil 4 des Standards beschrieben, um die Interoperabilität zwischen mehreren unabhängigen Implementierungen zu ermöglichen. Dieser Artikel beschreibt den Ansatz und die Lösung zur Durchführung von Konformitätstests auf einer Simulationsplattform und der tatsächlichen Hardware gemäß ISO15118 Teil 4-Standard.
ISO 15118: Straßenfahrzeuge – Fahrzeug-zu-Grid-Kommunikationsschnittstelle
Die Norm ISO 15118 ist wie folgt in 5 Teile gegliedert:
- ISO 15118-1 führt den gesamten Kommunikationsfluss ein.
- ISO 15118-2 befasst sich mit den Anforderungen an Nachrichten, die von EV und EVSE ausgetauscht werden
- ISO 15118-3 besteht aus Anforderungen an die physische Schicht und die Sicherungsschicht
- ISO 15118-4 beinhaltet die Konformitätstests für ISO 15118-2
- ISO 15118-5 besteht aus den Konformitätstests für ISO 15118-3
Die restlichen Teile des Standards befassen sich mit drahtloser Kommunikation.
Abbildung 1: ISO15118-OSI-Modell
ISO15118 Teil 1 definiert die allgemeinen Anforderungen und Anwendungsfälle. Die Norm ISO15118 Teil 2 enthält die Anforderungen für die obersten 5 Schichten des Open System Interconnection (OSI)-Modells, nämlich. Anwendungsschicht, Präsentationsschicht, Sitzungsschicht, Transportschicht und Netzwerkschicht. Das EV und EVSE kommunizieren miteinander über Power Line Communication (PLC). Während der Kommunikation tauschen EV und EVSE verschiedene Nachrichten über IPV6 UDP/TCP-Protokolle aus. Diese Nachrichten wurden in ISO 15118 Teil 2 beschrieben. Die Funktionalität der Sicherungsschicht und der physikalischen Schicht ist in ISO 15118-3 beschrieben.
ISO 15118 Teil 4: Konformitätstest-Konzept
Das von ISO15118 – Teil 4 definierte generische Testarchitektur-Referenzmodell sieht wie folgt aus:
Abbildung 2: ISO15118 – Teil4 Standardtestarchitektur
Diese Testfälle gelten nur für das in Teil 2 des ISO15118-Standards definierte Kommunikationsprotokoll und berücksichtigen keinen Leistungsfluss zwischen EV und EVSE. Die Konformitätstestfälle in Teil 4 sind für OSI-Netzwerkschicht 3 und höher spezifiziert.
ISO 15118 Teil 4: Testarchitektursystem
KPIT hat ein generisches Testframework für ISO15118-Part4-Konformitätstests und einen simulierten EVSE-Stack mit CANoe und VT-System von Vector entwickelt. Die in Abschnitt 3 erwähnte Referenzarchitektur wurde wie unten erwähnt abgebildet.
Abbildung 3: KPIT-Testarchitektur
Die Testsystemarchitektur in einer simulierten Umgebung wird im Folgenden erwähnt:
Abbildung 4: Testarchitektur im simulierten Modus
Die Testsystemarchitektur in einer realen Umgebung wird im Folgenden erwähnt:
Abbildung 5: Testarchitektur mit echter Hardware
Ein vollständig simulierter EVSE-Stack wurde gemäß Teil 2 des Standards entwickelt. Der Stack wurde wie folgt entwickelt:
- Codec: Efficient XML Interchange (EXI) Encoder/Decoder-Implementierung.
- Codec: Für IPv6/UDP und TCP wurde CANoe.IP verwendet.
- ISO15118 Part2 Adapter: Supply Equipment Communication Controller (SECC) Timer und Message Handler.
- ISO61851-Adapter: Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) zur Steuerung der Pilotschaltung der SECC-Seite.
- Testmanagement: Implementierung des CAPL Unit Test Moduls für Use Cases und Test Cases.
- Erstellung einer Wrapper-DLL (Dynamic Link Library) – Die Nachrichten-API wurde als Wrapper-Funktion zum Lesen und Schreiben von Daten aus CAPL verfügbar gemacht.
Abbildung 6: SECC-Stack
Die unten erwähnte Netzwerkarchitektur zusammen mit der grafischen Benutzeroberfläche (GUI) wurde für Konformitätstests verwendet. Ein vollständiges Testmodul zum Testen, ob das Elektrofahrzeug die Norm ISO 15118 – 2 erfüllt, wurde implementiert. Dieser besteht aus allen 197 ISO 15118-4 Konformitätstests.
ISO 15118 Teil 4: Netzwerkarchitektur und GUI
Abbildung 7: Netzwerkarchitektur
Abbildung 8: GUI
Sicherheit
OpenSSL-Bibliotheken wurden für Folgendes verwendet:
- Verwendung der OpenSSL-API zur Signaturerstellung und -überprüfung mit dem Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA)-Algorithmus
- Verwendung der OpenSSL-API zum Generieren des gemeinsamen geheimen Schlüssels mithilfe des Elliptic-Curve-Diffie-Hellman-Algorithmus (ECDH).
- Implementierung des Verkettungs-Hash-basierten Schlüsselableitungsfunktionsalgorithmus (KDF).
- Verwendung der OpenSSL AES128_CBC-API zum Verschlüsseln des privaten Schlüssels von Vertragszertifikaten
- Verwendung von OpenSSL-APIs zum Lesen der X509-Zertifikate
- Verwendung der OpenSSL-API für Hashing mit Secure Hash Algorithm (SHA256)
Zusammenfassung
Die von KPIT mit Industriestandard-Tools entwickelte Conformance-Testsuite ist einfach zu bedienen und kann leicht angepasst oder erweitert werden, um zusätzliche Testfälle neben den im Standard erwähnten aufzunehmen. Es stellt auch sicher, dass die Kommunikation zwischen EV und EVSE dem im Standard erwähnten Protokoll entspricht, und stellt sicher, dass das EV mit unabhängigen Implementierungen von EVSE interoperabel ist.
