ISO 15118-20 最新版发布：电动汽车充电通信的未来标准

ISO 15118 通信标准系列的最新版本——ISO 15118-20 已经到来！

ISO 15118-20 是 ISO 15118 标准系列的最新成员，这是一套面向未来的电动汽车（EV）充电通信标准。ISO/IEC 联合工作组于 2015 年底开始制定该标准，重点在于增加那些未能纳入 ISO 15118-2 的新功能。此外，我们还消除了各厂商在实施 ISO 15118-2 过程中发现的局限性。

ISO 15118-20 旨在成为服务于所有用例的标准，支持全系列的电动交通工具，无论是汽车、摩托车、卡车、巴士，甚至是船舶和飞机。是的，你没看错，甚至包括飞机。

ISO 15118-2 规定了电动汽车和充电站之间交换的消息，以控制交流（AC）和直流（DC）充电会话。此外，该标准还支持智能充电功能以及用户便捷且安全的即插即充（Plug & Charge）功能。

ISO 15118-20 是 ISO 15118-2 的扩展，它额外支持了无线功率传输（WPT）。这些服务中的每一项都可以通过双向能量传输（BPT）和自动连接设备（ACD）来提供，我们将在下文中详细解释。

双向能量传输 (BPT，即 V2G)

车网互动（V2G）背后的理念，顾名思义，就是当电动汽车连接到充电站时，能够根据需要将其动力电池中的部分能量反向提供给电网。这个概念可能与 Willet Kempton 在 2001 年发表的第一篇关于 V2G 的论文《车网互动电源：电池、混合动力和燃料电池车辆作为加州分布式电力资源》一样古老。Kempton 先生被认为是 V2G 之父。

如你所见，V2G 并不是一个新概念，关于这个主题的研究已接近 20 周年。随着越来越多的电动汽车车型推向市场，全球电动汽车销量不断增长，以及世界各地太阳能和风能的显著增加，行业似乎终于开始采纳这一想法——这些都是 V2G 电动汽车成功推向市场的绝佳先决条件。

最近，特斯拉和通用汽车都宣布向市场推出“百万英里电池”。另一篇最近的文章报道称，特斯拉在其电动汽车中秘密引入了 V2G 功能。这种日益增长的势头更有理由说明 V2G 应用应该尽早上市，因为电池老化问题将不再像今天讨论的那样严重。

在 ISO 15118-20 中，通过引入两个新参数：BPTChannel 和 GeneratorMode，定义了反向功率传输（即 BPT）系统的技术特性：

• BPTChannel（BPT 通道）： 该参数用于区分单通道和双通道架构。前者使用单个电表进行能量流计量；后者使用两个独立的电表分别计量两个相反方向的能量流。因此，系统会使用两个开关，并根据电流方向进行开启/关闭。
• GeneratorMode（发电机模式）： 该参数指示系统（EV + 供电设备）是作为“电网跟随型发电机”（仅注入有功和无功功率）还是“构网型发电机”（能够控制网络的电压和频率）运行。

综合交流（AC）、直流（DC）和无线（WPT）传输模式，加上双向能量传输和自动连接设备的使用，ISO 15118-20 目前总共提供了 12 种可能的服务：

AC, DC, WPT, AC_ACD, DC_ACD, WPT_ACD, AC_BPT, DC_BPT, WPT_BPT, AC_ACD_BPT, DC_ACD_BPT, WPT_ACD_BPT。

自动连接设备 (ACD)

ISO 15118-20 将 ACD 定义为“支持电动汽车与供电设备（EVSE）之间传导性能量传输的自动连接和断开过程的组件”。

ACD 设备的一个典型用例是使用受电弓（Pantograph）为电动巴士充电，这是一种安装在巴士车顶的装置，通过与架空线路接触来获取电力。事实上，这个特定用例是 ISO 15118-20 中指定的第一个用例，西门子带头编写了相关的技术要求。

无线功率传输 (WPT)

无线充电提高了汽车充电的便利性。试想一下，你所要做的就是将电动汽车驾驶到地面充电板上方，然后你的车会自动开始与地面设备通信，引导你停在最佳位置以实现最高传输效率，并开始充电过程。你甚至不需要插上充电线。这有潜力将“即插即充”的用户便利性提升到一个全新的水平。

对于 WPT 系统，IEC 61980 系列标准负责定义“通用要求”（IEC 61980-1）以及“电动汽车与基础设施之间通信的特殊要求”（IEC 61980-2）。然而，IEC 61980-2 引用了 ISO 15118-20，以获取关于如何在 EV 和基础设施之间传输所有必要数据的详细信息。

动态模式 (用于辅助服务)

除了 ISO 15118-2 中现有的“计划（Scheduled）”模式外，ISO 15118-20 还引入了一种新的“动态（Dynamic）”控制模式。这主要区分了两种情况：

• 计划模式 (Scheduled)： EV 负责确保移动需求。EV 和充电站根据交换的信息协商功率曲线。在此模式下，EV 负责计算符合用户移动需求的充电曲线（例如充满电需要多少能量，何时离开）并遵守充电站的功率限制。
• 动态模式 (Dynamic)： 控制权完全委托给非车载系统（即充电站），不需要协商。EV 发送与计划模式相同的参数，但在动态模式下，充电站只向 EV 发送单一的功率设定点，而不包含任何价格信息或预测时间表，EV 必须遵守这些设定点。负责控制的非车载系统有责任确保满足用户的移动需求。这种模式在需要快速响应机制来提供电网服务（如频率控制）时特别有用。

多路复用通信

除了常规的消息流（每条消息由特定的负载类型标识）之外，多路复用通信利用新引入的负载类型，允许在预定义的消息流控制（也称为状态机）之外并行交换某些消息。

这些消息涉及服务重新协商（例如从充电变为放电）、ACD 用例所需的系统状态消息、交换计量信息或停车辅助消息。

例如，在直流充电会话期间交换 DC_ChargeLoop 消息时，如果 EV 或充电站想要更改充电配置（功率随时间的变化），它们可以触发计划重新协商，而无需中断现有的充电消息交换。这是直流充电过程的一个显著优势，因为在原始 ISO 15118-2 中，重新协商需要打开和关闭接触器，这会导致充电中断。

强化的数据安全性

在 ISO 15118 中，数据安全性在传输层和应用层均已启用。传输层安全 (TLS) 1.2 及以上版本用于加密传输层的通信通道。在应用层，基于 XML 的数字签名和 X.509v3 证书用于验证发送者的真实性和交换消息的完整性。

然而，在 ISO 15118-2 中，只有在使用“即插即充”识别机制时，TLS 才是强制性的。对于 EIM（外部识别手段，如 RFID 卡或手机 App），TLS 是可选的。在我看来，将 TLS 设为可选并非明智之举，但这可能是某些标准化成员为了降低初始实施难度而推动的。

幸运的是，在 ISO 15118-20 中，对于所有用例和所有识别机制，TLS 都是强制性的，这意味着不再有安全漏洞。

更简便的多合同处理

ISO 15118-2 的最初设计思路是让电动汽车使用单一的合约证书代表用户向充电站进行身份验证。随着时间的推移，标准化机构成员意识到，任何时候只支持一个合约证书作为识别令牌有其局限性。

ISO 15118-20 现在定义了顺利安装和使用多个合约证书的要求。例如，用户可以轻松地使用一个专用合约证书在公司场所进行（免费）充电，而使用另一个合约证书在家里的私人充电桩充电。

ISO 15118-20 的发布时间表

（注：以下内容反映了原文撰写时的预期时间表，供参考 ISO 标准的演进过程）

ISO 15118-20 原定于 2020 年发布。然而，鉴于引入了许多新功能，目前 ISO 15118-20 标准化机构的成员正在准备一份接近最终国际标准草案（FDIS）的文件。一旦准备就绪，我们将有几个月的时间来彻底审查文件。FDIS 标志着技术冻结，此后只允许进行编辑性修改。

如果一切顺利，我们将在 4 月初拥有 FDIS，并在 6 月底提交给 ISO。预计 ISO 需要两到三个月的时间最终公开该文档。

ISO 15118-2 与 ISO 15118-20 的不兼容性

虽然 ISO 15118-20 基于 ISO 15118-2，但它们的相似之处仅此而已。它们彼此不兼容。也就是说，符合 ISO 15118-20 标准的充电站无法与符合 ISO 15118-2 标准的电动汽车建立通信会话，反之亦然。

这两个版本之间存在太多差异，包括不同的消息名称、新的数据类型和字段、一系列新消息以及定义消息序列的状态机的变化。因此，用于编码和解码消息的 XML 模式定义 (XSD) 文件也发生了变化。

不过，您仍然会在 ISO 15118-20 中看到许多 ISO 15118-2 的影子，因此不必完全丢弃代码库。好的一面是，硬件要求保持不变。您仍然需要兼容 HomePlug Green PHY 的调制解调器来启用电力线通信。