1.Einführung in das OCPP-Protokoll
Open Charge Point Protocol (OCPP), entwickelt von der Open Charge Alliance (OCA) mit Sitz in den Niederlanden, ist ein frei verfügbares Protokoll, das für die standardisierte Kommunikation zwischen Ladestationen (CS) und jedem Ladepunkt-Managementsystem (CPMS) entwickelt wurde. Diese Protokollarchitektur ermöglicht ein nahtloses Kommunikationsmanagement zwischen zentralen Managementsystemen jedes Ladedienstanbieters und allen Ladepunkten und berücksichtigt vor allem die verschiedenen Herausforderungen, die sich aus der Kommunikation zwischen privaten Ladenetzen ergeben. OCPP ermöglicht ein nahtloses Kommunikationsmanagement zwischen Ladestationen und zentralen Managementsystemen verschiedener Anbieter. Der geschlossene Charakter privater Ladenetze hat in den letzten Jahren bei zahlreichen Besitzern und Immobilienverwaltern von Elektrofahrzeugen zu erheblicher Frustration geführt und in der Branche weit verbreitete Forderungen nach einem offenen Modell ausgelöst. Zu den Vorteilen des OCPP-Protokolls gehören die offene und kostenlose Nutzung, die Verhinderung einer Anbieterbindung (Ladeplattform), die Reduzierung der Integrationszeit/-arbeitslast und IT-Probleme.
A.Einführung in die Entwicklung von OCPP-Versionen
Im Jahr 2009 initiierte das niederländische Unternehmen ElaadNL die Gründung der Open Charge Alliance (OCA), die hauptsächlich für die Weiterentwicklung des Open Charge Point Protocol (OCPP) und des Open Smart Charging Protocol (OSCP) verantwortlich ist. Diese Protokolle sind jetzt Eigentum von OCA. OCPP kann alle Arten von Ladetechnologien unterstützen.
B. Einführung in OCPP-Versionen
Entwicklung der OCPP-Version: Von OCPP 1.5 zum neuesten OCPP 2.0.1
(1) OCPP1.2 (SEIFE)
(2) OCPP1.5(SEIFE)
Aufgrund der Existenz zahlreicher proprietärer Protokolle in der Branche, die ein einheitliches Serviceerlebnis und die Interoperabilität zwischen verschiedenen Betreibern behindern, übernahm die Open Charge Alliance (OCA) die Führung bei der Entwicklung des offenen Protokolls OCPP 1.5. SOAP konnte aufgrund seiner Protokollbeschränkungen nicht schnell in großem Maßstab gefördert werden. OCPP 1.5 kommuniziert mit zentralen Systemen über das SOAP-Protokoll auf Basis des HTTP-Protokolls und ermöglicht so den Betrieb von Ladepunkten. Es unterstützt Funktionen wie lokale und Remote-Transaktionsinitiierung, einschließlich Messung für die Abrechnung.
OCPP 1.6 (SOAP/JSON) führte neben SOAP die Implementierung des JSON-Formats ein und verbesserte so die Erweiterbarkeit für intelligentes Laden. Die JSON-Version kommuniziert über WebSocket und ermöglicht so den Datenaustausch in jeder Netzwerkumgebung. Die am weitesten verbreitete Version auf dem Markt ist die 1.6J-Version, die Daten im JSON-Format über WebSocket unterstützt, um den Datenverkehr zu reduzieren und den Betrieb in Netzwerken ohne Unterstützung für Paketrouting (z. B. öffentliches Internet) zu ermöglichen. Zu den intelligenten Ladefunktionen gehören Lastausgleich, zentrale und lokale Intelligenz sowie die erneute Übertragung von Punktinformationen (basierend auf aktuellen Ladepunktinformationen), wie z. B. dem endgültigen Zählerwert oder dem Ladepunktstatus.
OCPP 2.0 (JSON), veröffentlicht im Jahr 2018, verbesserte die Transaktionsverarbeitung, erhöhte Sicherheit und führte Geräteverwaltungsfunktionen ein. Es erweiterte die intelligenten Ladefunktionen für Energiemanagementsysteme (EMS), lokale Steuerungen und Topologien für die Integration von Elektrofahrzeugen mit intelligenten Ladesystemen, Ladestationen und Managementsystemen. OCPP 2.0 unterstützt auch ISO 15118 für Plug-and-Play- und intelligente Ladeanforderungen für Elektrofahrzeuge.
OCPP 2.0.1 (JSON) ist die neueste Version, die im Jahr 2020 veröffentlicht wurde. Sie bietet neue Funktionen und Verbesserungen, wie z. B. ISO 15118-Unterstützung für Plug-and-Play, verbesserte Sicherheit und umfassende Leistungsverbesserungen.
C.OCPP-Versionskompatibilität
OCPP 1.x ist abwärtskompatibel. OCPP 1.6 ist mit OCPP 1.5 kompatibel und OCPP 1.5 ist mit OCPP 1.2 kompatibel.
OCPP 2.0.1 ist nicht kompatibel mit OCPP 1.6. Während einige Inhalte in OCPP 2.0.1 möglicherweise in OCPP 1.6 vorhanden sind, ist das Format der übertragenen Datenrahmen völlig anders.
2.Das OCPP 2.0.1-Protokoll
A. Im Vergleich zu früheren Versionen wie OCPP 1.6 bringt OCPP 2.0.1 in mehreren Aspekten erhebliche Verbesserungen:
Erhöhte Sicherheit: OCPP 2.0.1 erhöht die Sicherheit durch die Einführung von HTTPS-Verbindungen basierend auf Secure Socket Layer (SSL) und einem neuen Zertifikatsverwaltungsschema, um eine sichere Kommunikation zu gewährleisten.
Hinzufügung neuer Funktionen: OCPP 2.0.1 führt viele neue Funktionen ein, darunter intelligentes Lademanagement und detailliertere Fehlerberichte und -analysen.
Flexibleres Design: Das Design von OCPP 2.0.1 ist flexibler und erfüllt komplexe und vielfältige Anwendungsanforderungen.
Vereinfachter Code: OCPP 2.0.1 vereinfacht den Code und erleichtert so die Softwareimplementierung.
In OCPP 2.0.1 enthalten Firmware-Updates digitale Signaturen, um unvollständige Firmware-Downloads zu verhindern und so Fehler bei Firmware-Updates zu vermeiden.
In praktischen Anwendungen kann das OCPP 2.0.1-Protokoll zur Fernsteuerung von Ladestationen, Echtzeitüberwachung des Ladestatus, Benutzerauthentifizierung und anderen Funktionen verwendet werden, wodurch die Effizienz und Sicherheit von Ladegeräten erheblich verbessert wird . OCPP 2.0.1 bietet im Vergleich zur Version 1.6 mehr Details und Funktionen, allerdings mit erhöhter Entwicklungskomplexität.
B.Einführung in OCPP 2.0.1 Funktionen
Das OCPP 2.0.1-Protokoll ist die neueste Version des OCPP-Protokolls, das im Vergleich zu OCPP 1.6 erhebliche Verbesserungen und Optimierungen aufweist. Zu den wichtigsten Verbesserungen gehören:
Nachrichtenübertragung: OCPP 2.0.1 führt neue Nachrichtentypen ein und ändert einige alte Nachrichtenformate, um Effizienz und Leistung zu verbessern.
Digitale Zertifikate: OCPP 2.0.1 führt einen Sicherheitsmechanismus ein, der auf digitalen Zertifikaten basiert und eine verbesserte Geräteauthentifizierung und einen besseren Schutz der Nachrichtenintegrität bietet. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Sicherheitsmechanismus in OCPP 1.6 dar.
Datenmodell: OCPP 2.0.1 aktualisiert das Datenmodell und fügt Unterstützung für neue Gerätetypen und Funktionen hinzu.
Geräteverwaltung: OCPP 2.0.1 bietet umfassendere Geräteverwaltungsfunktionen, einschließlich Gerätekonfiguration, Fehlerdiagnose, Software-Updates usw.
Komponentenmodell: OCPP 2.0.1 führt ein flexibleres Komponentenmodell ein, mit dem komplexere Ladegeräte und -systeme beschrieben werden können. Dies hilft bei der Implementierung erweiterter Funktionen wie Vehicle to Grid (V2G).
Intelligentes Laden: OCPP 2.0.1 bietet Unterstützung für intelligentes Laden und ermöglicht eine dynamische Anpassung der Ladeleistung basierend auf Netzbedingungen oder Benutzeranforderungen.
Benutzeridentität und -autorisierung: OCPP 2.0.1 bietet einen umfassenderen Mechanismus zur Erkennung und Autorisierung der Benutzeridentität, unterstützt mehrere Methoden zur Benutzerauthentifizierung und stellt höhere Anforderungen an den Schutz von Benutzerdaten.
3. Einführung in die OCPP-Funktionalität
A. Intelligentes Laden
Das externe Energiemanagementsystem (EMS) und OCPP 2.0.1 sind darauf ausgelegt, das Problem externer Einschränkungen bei Ladestationsmanagementsystemen (CSMS) zu lösen. Der in OCPP 2.0.1 eingeführte Benachrichtigungsmechanismus informiert das CSMS über alle externen Einschränkungen. Direkte intelligente Ladeeingänge von einem EMS können verschiedene Szenarien bewältigen, wie zum Beispiel:
Elektrofahrzeuge (EVs), die über ISO 15118 an Ladestationen angeschlossen sind
OCPP 2.0.1 unterstützt ISO 15118, ein aktualisiertes Protokoll für die EVSE-zu-EV-Kommunikation. Die Plug-and-Charge- und Smart-Charge-Funktionen des ISO 15118-Standards, einschließlich Eingaben von Elektrofahrzeugen, lassen sich mit OCPP 2.0.1 einfacher implementieren. Dadurch können Ladestationsbetreiber Nachrichten über die Ladestation vom CSMS senden, um sie den Fahrern von Elektrofahrzeugen anzuzeigen.
Zu den intelligenten Ladezwecken gehören:
LastverteilungDer Lastausgleich befasst sich in erster Linie mit der internen Last einer Ladestation. Die Station steuert die Ladeleistung jeder Ladesäule entsprechend vorkonfigurierter Einstellungen. Für die Station wird ein fester Grenzwert, beispielsweise der maximale Ausgangsstrom, eingestellt. Darüber hinaus umfasst die Konfiguration optionale Optionen zur Optimierung der Stromverteilung über die Ladesäulen. Diese Konfiguration weist darauf hin, dass Laderaten unter diesem Wert unwirksam sind und andere Ladestrategien gewählt werden sollten.
Zentrales intelligentes LadenBeim zentralen Smart Charging wird davon ausgegangen, dass die Ladegrenzen von einem zentralen System gesteuert werden. Nachdem der Netzbetreiber Prognosen zur Netzkapazität erhalten hat, berechnet das zentrale System einen Teil oder alle Ladepläne. Es legt Ladebeschränkungen für Ladesäulen fest, indem es auf Nachrichten reagiert, um diese Grenzwerte festzulegen.
Lokales intelligentes LadenLokales intelligentes Laden wird über einen lokalen Controller implementiert, der als OCPP-Protokoll-Proxy fungiert. Es empfängt Nachrichten vom zentralen System und steuert das Ladeverhalten anderer Stationen im Verbund. Der lokale Controller kann mit Ladesäulen ausgestattet sein oder sich dafür entscheiden, dies nicht zu tun. Im lokalen Smart-Charging-Modus begrenzt der lokale Controller die Ladeleistung der Station. Diese Grenzwerte können während des Ladevorgangs geändert werden und die Grenzwerte der Gruppe können lokal oder zentral konfiguriert werden.
B: Systemeinführung
Zu den Funktionsmodulen im OCPP2.0.1-Protokoll gehören hauptsächlich:
Datenübertragungsmodul
Autorisierungsmodul
Sicherheitsmodul
Transaktionsmodul
Messmodul
Kostenmodul
Reservierungsmodul
Intelligentes Lademodul
Diagnosemodul
Firmware-Management-Modul
Nachrichtenmodul anzeigen
4.OCPP zukünftige Entwicklung
A.OCPP-VorteileDas Open Charge Point Protocol (OCPP) ist ein kostenloses und offenes Protokoll, das als effektive Lösung für die Interoperabilität von Ladestationen dient. Es wird in vielen Ländern der Welt gefördert und verwendet. Obwohl China noch kein einheitliches Protokoll entwickelt hat, könnte die Verwendung von OCPP als Grundlage die Kommunikation zwischen den Diensten der Betreiber in Zukunft erleichtern. Mit der Entwicklung der chinesischen Branche für Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnik stehen die Anpassung und Vereinheitlichung der Ladeeinrichtungen unmittelbar bevor. Ob nationale Behörden oder Betreiber das OCPP-Protokoll übernehmen werden, muss noch getestet werden.
Vor der Einführung von OCPP entwickelte jeder Ladesäulenhersteller sein eigenes proprietäres Protokoll für Backend-Verbindungen und verband die Ladesäulenbetreiber mit einzelnen Herstellern. Da mittlerweile fast alle Hardwarehersteller OCPP unterstützen, können Ladesäulenbetreiber frei Hardware von jedem Anbieter wählen, was den Wettbewerb auf dem Markt erhöht.
Gleiches gilt für Immobilien-/Geschäftsinhaber; Wenn sie Nicht-OCPP-Ladestationen kaufen oder Verträge mit Nicht-OCPP-CPOs abschließen, sind sie an bestimmte Ladestationen und Betreiber gebunden. Mit OCPP-konformer Ladehardware können Besitzer jedoch unabhängig von Lieferanten bleiben. Sie können CPOs frei wählen, die wettbewerbsfähiger, kostengünstiger oder funktionsreicher sind. Sie können ihr Netzwerk auch erweitern, indem sie verschiedene Ladesäulen-Hardware kombinieren, ohne vorhandene Geräte entfernen zu müssen.
Ein großer Vorteil für Fahrer von Elektrofahrzeugen besteht darin, dass sie nicht auf einen einzigen Ladesäulenbetreiber oder EV-Anbieter angewiesen sind. Ähnlich wie beim Kauf von OCPP-Ladestationen können EV-Fahrer auf bessere CPOs/EMPs umsteigen. Ein zweiter, aber sehr wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, E-Mobility-Roaming zu nutzen. OCPP und ein weiteres offenes Protokoll, OCPI, machen E-Roaming möglich. E-Roaming bietet EV-Fahrern mit nur einem Abonnement oder Vertrag mit einem E-Mobility-Dienstleister Zugriff auf die gesamte verfügbare Ladeinfrastruktur.
B. Unterschiede zwischen OCPP und nationalen ProtokollenDerzeit übernehmen die meisten inländischen Hersteller und Betreiber von Ladegeräten, wie State Grid, Southern Power Grid, Teld und Aulton, das 104-Protokoll als Basisprotokoll und modifizieren es in gewissem Umfang.
Das auf TCP/IP basierende 104-Protokoll ist ein binäres Kommunikationsprotokoll, das für seine geringe Datenmenge, aber schlechte Lesbarkeit und mangelnde Erweiterbarkeit bekannt ist. Zu den Nachteilen zählen die Verwaltung von Benutzerkontoinformationen und Reservierungen, fahrzeugseitige BMS-Informationen und Batterieauthentifizierung sowie Echtzeit-Statusinformationen von Parkplätzen. Beispielsweise wäre es für ein Time-Sharing-Vermietungsunternehmen schwierig, die Benutzererfahrung durch die Übertragung relevanter Informationen über die Ladesäule umfassend zu optimieren. Ebenso ist es für Ladesäulen aufgrund der schwachen Erweiterbarkeit schwierig, Autobesitzer zeitnah über den Batteriestatus zu informieren.
Aufgrund dieser Nachteile haben einige Hersteller daher bei der Implementierung bestimmte Modifikationen vorgenommen, um die oben genannten unerfüllten Szenarien teilweise zu erfüllen. Dies hat zu Abweichungen in den Details der Implementierung jedes Herstellers geführt, sodass es sich bei der externen Anbindung im Wesentlichen um ein halbprivates Protokoll handelt, was zu erheblichen Kosten für die individuelle Integration führt.
Es wird berichtet, dass das 104-Protokoll aus zwei Teilen besteht: Geschäftsdatenformat und Netzwerkverwaltung. Derzeit verwenden die meisten Hersteller die entsprechenden Befehle für die Netzwerkverwaltung bei der Implementierung nicht. Früher, als die meisten dedizierten Schnellladestationen in städtischen Gebieten und auf dem Boden gebaut wurden, gab es keine schwerwiegenden Probleme mit der drahtlosen Verbindung. Mit der Entwicklung privater Personenkraftwagen und dem Bau von Ladeeinrichtungen auf der Grundlage von Parkplatzrenovierungen kann die Komplexität der Ladestandorte jedoch zu unzuverlässigen Verbindungen führen. In solchen Fällen hat das Fehlen einer Methode zum Umgang mit schwachen Netzwerksignalen zahlreiche Probleme aufgedeckt.
C. Die Rolle von OCPP beim Laden von Elektrofahrzeugen umfasst:
OCPP erleichtert die Kommunikationzwischen EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) und CSMS (Charging Station Management System).
Genehmigungdamit Benutzer von Elektrofahrzeugen mit dem Laden beginnen können.
Fernmodifikationvon Ladekonfigurationen, Fernsteuerung des Ladevorgangs (Start/Stopp) und Fernentriegelung der Ladepistole (Anschluss-ID).
Echtzeitstatusder Ladestation (verfügbar, gestoppt, ausgesetzt, nicht autorisiertes EV/EVSE), Echtzeit-Ladedaten, Echtzeit-Stromverbrauch und Echtzeit-EVSE-Fehler.
Intelligentes Ladenum die Belastung des Stromnetzes zu reduzieren.
Firmware-Verwaltung(Over-The-Air-Autorisierung).
Diese Funktionen tragen dazu bei, die Effizienz und das Benutzererlebnis der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zu verbessern.