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ISO 15118 Details

Verfügbar für
WARP4 Charger

Der WARP4 Charger kann über ISO 15118 digital mit dem Fahrzeug kommunizieren – zusätzlich zum klassischen Laden per PWM-Signal. Darüber liest er die MAC-Adresse des Fahrzeugs (für Autocharge) und dessen Ladestand (State of Charge, SoC) aus. Diese Seite erklärt, wie diese Kommunikation abläuft, welche Standards es dafür gibt, worin sie sich unterscheiden und was der WARP Charger aktuell daraus macht.

tipp

Wie SoC-Anzeige und Autocharge eingerichtet werden, zeigt das Tutorial SoC und Autocharge. Diese Seite geht eine Ebene tiefer und erklärt die Technik dahinter.

Kommunikationsablauf​

Steckt ein Fahrzeug ein, signalisiert die Wallbox über den Control Pilot (CP) mit einem Tastgrad (Duty Cycle) von 5 %, dass sie zur digitalen Kommunikation bereit ist. Der Control Pilot ist die Steuerleitung im Typ-2-/CCS-Stecker. Anschließend laufen mehrere Schritte nacheinander ab:

  1. SLAC (Signal-Level-Attenuation-Characterization) baut eine Powerline-Verbindung zwischen Fahrzeug und Wallbox auf. Powerline ist die Technik, die auch bei "Ethernet über die Steckdose" zum Einsatz kommt. Hier läuft sie über das Ladekabel. Bereits in diesem Schritt überträgt das Fahrzeug seine MAC-Adresse, womit Autocharge funktioniert.
  2. IPv6 Neighbor Discovery (NDP) richtet die Netzwerkadressierung zwischen den beiden Teilnehmern ein.
  3. SDP (SECC Discovery Protocol) ist der Schritt, in dem Fahrzeug und Wallbox festlegen, welcher der drei Standards (DIN SPEC 70121, ISO 15118-2 oder ISO 15118-20) gesprochen wird und ob die Verbindung unverschlüsselt oder verschlüsselt aufgebaut wird.

Unterstützt das Fahrzeug gar kein Powerline-Modem (also weder DIN 70121 noch ISO 15118), schlägt SLAC fehl und die Wallbox lädt ganz normal nach IEC 61851 (Laden per PWM-Signal über den CP). Das ist dasselbe Verfahren, mit dem auch alle Fahrzeuge ohne ISO 15118 an einer Typ-2-Wallbox laden.

Die drei Standards​

Die eigentliche, "höhere" Kommunikation ist in drei aufeinander aufbauenden Standards definiert. Welcher davon zum Einsatz kommt, hängt vom Fahrzeug ab.

Die DIN SPEC 70121 ist der älteste der drei und der Vorgänger der ISO-15118-Standards. Sie kommt vor allem bei Fahrzeugen zum Einsatz, die ISO 15118-2 noch nicht beherrschen. Kann ein Fahrzeug überhaupt nicht per DC (über CCS) laden, unterstützt es für gewöhnlich gar keine digitale Kommunikation über den Control Pilot.

DIN SPEC 70121ISO 15118-2ISO 15118-20
Laden per DC✅✅✅
Laden per AC❌✅✅
SoC auslesen während DC-Ladung✅✅✅
SoC auslesen während AC-Ladung❌❌✅
Verschlüsselung❌optionalvorgeschrieben

DIN SPEC 70121​

Vorgänger der ISO-15118-Standards. Laden ausschließlich per DC, SoC-Auslesen nur während der DC-Ladung, keine Verschlüsselung.

ISO 15118-2​

Laden per AC oder DC, SoC-Auslesen nur während der DC-Ladung. Verschlüsselung ist möglich, aber optional.

ISO 15118-20​

Laden per AC oder DC, SoC-Auslesen sowohl während der DC- als auch der AC-Ladung. Verschlüsselung ist vorgeschrieben. Nach aktuellem Stand gehen wir außerdem davon aus, dass mit ISO 15118-20 auch bidirektionales Laden (V2H/V2G), also das Zurückspeisen aus dem Fahrzeug ins Haus- oder Stromnetz, möglich sein wird.

Eine verschlüsselte Verbindung kann nur aufgebaut werden, wenn Wallbox und Fahrzeug Zertifikate besitzen, die von einem gemeinsamen Root-Zertifikat abgeleitet sind, dem beide vertrauen. Diese Zertifikate müssen regelmäßig (etwa alle drei Monate) erneuert werden. Die Abnahmen, die man benötigt, um diese Zertifikate zu bekommen und zu erneuern, laufen gerade erst an.

Was der WARP Charger aktuell unterstützt​

Autocharge funktioniert unabhängig vom verwendeten Protokoll, da die MAC-Adresse bereits während SLAC übertragen wird.

Den SoC übertragen DIN SPEC 70121 und ISO 15118-2 nur während einer DC-Ladung. Da der WARP Charger nicht per DC lädt, liest er den SoC über eine kurze, "vorgetäuschte" DC-Ladung aus: Fahrzeug und Wallbox handeln nur so lange DC-Parameter aus, bis das Fahrzeug seinen SoC meldet. Danach wird die Sitzung beendet, bevor überhaupt DC-Leistung fließt. Die eigentliche Ladung läuft anschließend ganz normal per AC (IEC 61851). Während dieser AC-Ladung kann der WARP4 Charger Pro den SoC über seinen eingebauten Stromzähler anhand der ins Fahrzeug geflossenen Energie selbst weiterrechnen.

Aktuell gilt also, egal welchen Standard das Fahrzeug unterstützt: Es wird kurz eine DC-Ladung gestartet, der SoC ausgelesen, die DC-Ladung wieder beendet und danach per AC geladen.

Daraus ergeben sich einige Einschränkungen:

  • AC-Laden per ISO 15118-2 bringt gegenüber dem "normalen" Laden per PWM keine großen Vorteile und wird von vielen Fahrzeugen nur schlecht unterstützt. Es ist daher aktuell nicht sinnvoll.
  • Verschlüsselte Verbindungen kann der WARP Charger noch nicht aufbauen (siehe Ausblick).
  • Bietet ein Fahrzeug mehrere Standards gleichzeitig an, wählt die Wallbox derzeit in der Reihenfolge ISO 15118-2 → DIN SPEC 70121 → ISO 15118-20. ISO 15118-20 befindet sich noch im Teststadium, wird aber in Zukunft das bevorzugte Protokoll werden.

Unter der Haube​

Dieser Abschnitt richtet sich an technisch besonders Interessierte und erklärt einige Details der Umsetzung.

Hardware und Software-Stack​

Die Powerline-Kommunikation übernimmt ein dedizierter HomePlug-Green-PHY-Modemchip (Qualcomm QCA700X), der im WARP4 Charger verbaut ist. HomePlug Green PHY ist die Powerline-Variante, die ISO 15118 für die Kommunikation über das Control-Pilot-Signal vorschreibt.

Auf dem ESP32 läuft der komplette Protokoll-Stack: von SLAC über IPv6/UDP (SDP) und IPv6/TCP bis zu den eigentlichen V2G-Nachrichten. Diese Nachrichten sind im EXI-Format (Efficient XML Interchange) kodiert. Das De- und Kodieren übernimmt die Bibliothek libcbv2g.

SLAC: warum "Attenuation Characterization"?​

Stehen mehrere Wallboxen nebeneinander, teilen sich ihre Powerline-Signale gewissermaßen dasselbe physikalische Medium und können sich gegenseitig "hören". SLAC misst daher die Signaldämpfung (Attenuation) zwischen Wallbox und Fahrzeug, um sicherzustellen, dass tatsächlich das direkt eingesteckte Fahrzeug antwortet und nicht ein Nachbar mithört. Erst nach dieser Charakterisierung steht fest, welches Modem zu welchem Kabel gehört. Bereits hier überträgt das Fahrzeug seine MAC-Adresse, die der WARP Charger für Autocharge verwendet.

Autocharge ohne vollständigen Verbindungsaufbau​

Für Autocharge wird nur die MAC-Adresse benötigt, die bereits während SLAC übertragen wird. Der WARP Charger bricht daher, wenn nur Autocharge aktiviert ist, den SLAC-Vorgang bewusst kurz vor dem letzten Schritt ab und sendet die Match-Bestätigung (CM_SLAC_MATCH.CNF) nicht. Würde er den Match bestätigen, würde das Fahrzeug dem Powerline-Netz beitreten, eine vollständige V2G-Sitzung erwarten und erst nach einem Timeout von rund 90 bis 100 Sekunden auf das normale Laden zurückfallen. Durch den frühen Abbruch wechselt das Fahrzeug stattdessen zügig in den klassischen Lademodus.

SoC-Auslesen über eine vorgetäuschte DC-Sitzung​

Wie oben beschrieben, übertragen DIN 70121 und ISO 15118-2 den SoC nur im Rahmen einer DC-Ladung. Der WARP Charger handelt deshalb eine DC-Sitzung bis zur ChargeParameterDiscovery aus. Dies ist der Schritt, in dem das Fahrzeug seinen aktuellen Ladestand mitteilt. Sobald dieser Wert vorliegt, signalisiert die Wallbox dem Fahrzeug mit EVSE_Shutdown, die Sitzung zu beenden. Ignoriert ein Fahrzeug dieses Signal und versucht weiterzuladen, antwortet die Wallbox auf die folgenden Schritte (CableCheck, PreCharge, CurrentDemand) konsequent mit einer Fehlermeldung, sodass die Sitzung in jedem Fall sicher endet. Falls das Fahrzeug auf keine dieser Nachrichten reagiert, hört die Wallbox mit der Kommunikation auf und zwingt das Fahrzeug in einen Timeout.

Eigenheiten realer Fahrzeuge​

In der Praxis verhalten sich Fahrzeuge sehr unterschiedlich. Beim Wechsel von der ISO-15118-Kommunikation zurück auf das PWM-Laden setzt die Wallbox das CP-Signal beispielsweise zunächst für rund zwei Sekunden auf 100 % ("dauerhaft an"), bevor sie das eigentliche PWM-Signal anlegt. Manche Fahrzeuge, etwa solche auf der VW-MEB-Plattform, akzeptieren ein neues PWM-Signal sonst nicht. Solche Sonderfälle sind ein wesentlicher Grund, warum die ISO-15118-Unterstützung schrittweise und mit vielen realen Fahrzeugen erprobt ausgerollt wird.

Ausblick​

Folgende Funktionen sind in Vorbereitung bzw. langfristig geplant:

  • Laden über ISO 15118-20: Für Fahrzeuge, die ISO 15118-20 unterstützen, wird es möglich sein, den SoC kontinuierlich auszulesen und direkt über ISO 15118 zu laden, ohne Umweg über IEC 61851. Damit sind auch eine kontinuierliche SoC-Anzeige während der AC-Ladung, beliebige Phasenumschaltung und Ladeströme unter 6 A möglich.
  • Bidirektionales Laden (V2H/V2G): Nach aktuellem Stand gehen wir davon aus, dass über ISO 15118-20 auch ins Haus- oder Stromnetz gespeist werden kann, sofern das Fahrzeug es unterstützt.
  • Verschlüsselte Verbindungen (TLS): Sobald produktive Zertifikate verfügbar sind, kann die Wallbox verschlüsselte Verbindungen aufbauen und bevorzugt die höherwertigen Protokolle wählen.

Weitere Informationen​