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Kommunikationsprotokolle

Um die Elektromobilität massentauglich zu machen, werden zunehmend innovative Lösungen angeboten. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei die Ladetechnik. In diesem Zusammenhang wird der Begriff Smart Charging für Ladesysteme von Elektro- oder Hybridfahrzeugen nach Normen wie ISO 15118 und DIN SPEC 70121 verwendet.

In diesem Know-how-Teil werden die wesentlichen Informationen der Kommunikationsprotokolle vorgestellt.

Vector Lösungen für Smart Charging

Vector unterstützt Entwickler von On-Board-Ladesteuergeräten im Fahrzeug, Ladestationen und Induktionsladesystemen mit umfangreichen Testsystemen, Hardware und maßgeschneiderter Steuergerätesoftware. Dies hilft Ihnen schnell und kostengünstig zu entwickeln.

Überblick

Um die Interoperabilität zwischen dem Fahrzeug und der Infrastruktur zu erreichen, existieren die Normen IEC 61851, ISO 15118, DIN 70121 und VDV 261. Sie spezifizieren die Ladekommunikation und gewährleisten den korrekten Datenaustausch vor und während des eigentlichen Ladevorgangs.

 

Low-Level-Kommunikation

Pulsweitenmodulation (PWM)

Die Pulsweitenmodulation wird für die Low-Level-Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug (EV) und der Ladestation (EVSE) verwendet. Die Signalspannungen wechseln zwischen zwei definierten Pegeln hin und her.

+12 V Zustand A Kein EV an der EVSE angeschlossen
+9 V Zustand B

EV ist mit der EVSE verbunden, aber nicht bereit zum Laden

+6 V Zustand C

Angeschlossen und bereit zum Aufladen, Belüftung ist nicht erforderlich

+3 V Zustand D

Angeschlossen, bereit zum Aufladen und Belüftung ist erforderlich

+0 V Zustand E

Kurzschluss zu Erdung am Controller der EVSE, keine Stromversorgung

-12 V Zustand F

EVSE ist nicht verfügbar

 

Die Ladestation gibt den maximalen Ladestrom für das Fahrzeug über das Tastverhältnis vor. Das PWM-Signal wird an den Steuerkreis angelegt. Die Norm IEC 61851-1 definiert die Bedeutung der anwendbaren Tastverhältniswerte.

Tastverhältnis < 3 % 

Keine Aufladung erlaubt

3 % ≤ Tastverhältnis ≤ 7 %

Erzwingen eines High-Level-Kommunikationsprotokolls nach ISO 15118 oder DIN 70121

7 % < Tastverhältnis < 8 %

Keine Aufladung erlaubt

8 % ≤ Tastverhältnis < 10 %

Die maximale Stromaufnahme beim AC-Laden beträgt 6 A

10 % ≤ Tastverhältnis ≤ 85 %

Verfügbarer Strom = Tastverhältnis * 0,6 A

85 % < Tastverhältnis ≤ 96 %

Verfügbarer Strom = (Tastverhältnis - 64) * 2,5 A

96 % < Tastverhältnis ≤ 97 %

Die maximale Stromaufnahme beim AC-Laden beträgt 80 A

Tastverhältnis > 97 %

Keine Aufladung erlaubt

High-Level-Kommunikation

Power Line Communication (PLC)

Für die Kommunikation zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug werden IP-basierte Protokolle verwendet. Hierfür wird die PLC-Technologie mit einer dedizierten physikalischen Verbindung (CP, PE) verwendet. Bei diesem System wird der Datenstrom auf das PWM-Signal aufmoduliert. Es ist unter den Bezeichnungen Homeplug AV und IP-overpowerline im Bereich der Konsumgüter bekannter. Im Ladesteuermodul des Fahrzeugs wird ein Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) Stack zur Kommunikation verwendet.

  • PLC wird für die High-Level-Kommunikation im CCS verwendet

 

Signal Level Attenuation Characterization (SLAC)

Der SLAC-Mechanismus des HomePlug Green PHY arbeitet nach der Anfrage/Antwort-Methode und ist konform mit ISO 15118-3 und DIN SPEC 70121.

Zunächst sendet das Elektrofahrzeug eine Broadcast-Nachricht und jede Ladestation, die diese Nachricht empfangen hat (cross-talk), berechnet die Signalstärke und sendet sie an das Elektrofahrzeug zurück. Dann stellt SLAC sicher, dass das Elektrofahrzeug und die Ladestation physisch verbunden sind, indem es die Signaldämpfung misst: Die Ladestation mit der höchsten empfangenen Signalstärke wird als die richtige definiert. Das Elektrofahrzeug und die Ladestation einigen sich auf ein eindeutiges Identifikationsmerkmal, das in allen nachfolgenden Nachrichten derselben SLAC-Sitzung enthalten sein muss. Das SLAC-Protokoll wird von AUTOSAR-Basissoftwarekomponenten unterstützt.

 

Controller Area Network (CAN)

CAN ist ein nachrichtenorientiertes Multi-Master-Protokoll für den schnellen seriellen Datenaustausch zwischen elektronischen Steuergeräten in der Automobiltechnik und Fabrikautomation.

  • CAN wird für die High-Level-Kommunikation in DC GB/T und DC CHAdeMO verwendet

Value Added Services (VAS)

ISO 15118-2 definiert keine Value-Added-Services, lässt aber Raum für sie. VAS umfassen eine transparente http-Verbindung, z. B. zur Fernsteuerung eines Fahrzeugs während des Ladens von der Infrastruktur aus. VAS werden von Personenkraftwagen und kommerziellen E-Fahrzeugen genutzt. Es gibt jedoch keine offizielle Spezifikation. VDV 261 ist eine VAS, die für das Vorheizen und Kühlen von Bussen des öffentlichen Nahverkehrs definiert wurde.

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