ISO 15118 V2G + Plug & Charge

充电系统L1别名 ISO 15118 · V2G · Plug and Charge · PnC · EXI · HomePlug GreenPHY · 即插即充

本质与导读

本质 ISO 15118 把充电枪的 CP 信号线从只能传 PWM 占空比的简单握手,升级成完整 IP 网络节点(HPGP 电力线通信 → IPv6 → TLS → EXI),从而能传 X.509 证书做 Plug & Charge 自动认证计费,并支持 V2G 双向送电——这是 CCS / GB/T 的 PWM 握手做不到的。

主线坐标:旁支 · 充电链 · ↑ 全景主线

1. 协议栈 6 层

ISO 15118 是多层协议,堆叠在物理 CP 线上:

ISO 15118 协议栈 — App → EXI → TLS → IPv6 → HomePlug GreenPHY → 物理 CP 线

层协议作用
应用层ISO 15118-2 / -20 业务消息SessionSetup, Authorization, PaymentDetails, ChargingStatus, ...
编码层XML + EXIXML 描述业务消息, EXI 压缩到二进制 (~20×)
传输层TCP + TLS 1.2/1.3加密 + 完整性,X.509 证书认证
网络层IPv6 + SLAAC局域 IP 自动配置
数据链路HomePlug GreenPHY (HPGP)电力线通信,2-28 MHz 频段
物理层CCS 充电枪 PE + CP 线CCS Type 1/2/3 物理接口

关键认知:充电枪也是 IP 网络节点——CP 信号线既传 PWM 也传 IP 数据 (HPGP 多路复用)。

2. ISO 15118-2 vs -20 vs DIN 70121

ISO 15118 系列版本演进:

版本年份主要内容
DIN 701212014DC 充电协议 (基础版,德国国标)
ISO 15118-22014AC + DC + Plug & Charge (主流)
ISO 15118-202022+ V2G + WPT + ACDC 切换 (新版)
GB/T 279302015中国 GB/T DC 充电协议 (基于 CAN,不兼容 ISO 15118)
CHAdeMO 2.02018日本协议,V2G,与 ISO 15118 不兼容

关键差异:

  • DIN 70121: 仅 DC,无 PnC
  • ISO 15118-2: AC + DC + PnC + 单向充电
  • ISO 15118-20: 加 V2G (双向) + WPT (Wireless Power Transfer)

3. Plug & Charge (PnC) — ISO 15118-2 灵魂

3.1 传统 CCS 流程

传统 CCS 充电需要用户手动认证 4 步,慢且摩擦感强:

步动作
1插枪
2EV 显示"刷卡或扫码"
3用户用 App / RFID 卡认证
4充电桩验证后开始充电

痛点: 用户多步操作,慢。

3.2 Plug & Charge 流程

PnC 把用户操作降到 0 — 证书自动握手 + 后台自动结算,5 步全自动:

步动作
1插枪(无需任何操作)
2EV 自动发送 X.509 证书(车辆身份 + Contract Identifier)
3充电桩验证证书(与运营商 / Hubject 后台)
4自动开始充电(无需任何 App/卡)
5充电完成自动结算到用户账户

用户感受: "插枪 → 充电",像加油一样简单。

3.3 证书架构

5 层证书链:

  • V2G Root CA → OEM Sub CA → MO (Mobility Operator) → Contract → EV
  • EV 出厂时预装 OEM 证书
  • 用户绑定 Mobility Operator (例如 EnBW / Hubject) 后下发 Contract 证书
  • 充电桩通过后台验证证书链

Hubject 是欧洲最大 PnC 后台,聚合不同 OEM 和 CPO (Charge Point Operator)。

4. V2G — ISO 15118-20 灵魂

4.1 V2X 三种模式

V2X 按"放电目的地"分 3 种 — V2G 卖电网调峰 / V2H 给家庭备电 / V2L 给负载野营,ISO 15118-20 同时覆盖:

模式含义应用
V2GVehicle to Grid卖电回电网 (调峰)
V2HVehicle to Home给家庭供电 (备电)
V2LVehicle to Load给负载供电 (野营)

ISO 15118-20 同时支持 V2G + V2H + V2L。

4.2 V2G 业务流程

V2G 流程把"充电"扩展为"双向能量交易",涉及 EV / 桩 / DSO / Hubject 4 方 7 步握手:

步动作
1EV 插枪(ISO 15118-20 enabled)
2PnC 握手 + V2G 能力交换
3电网调度系统(DSO)通过 Hubject 下发"放电请求"
4EV BMS 根据 SOC 决定是否同意(典型 SOC > 50% 才同意)
5双向 OBC 切到放电模式
6持续放电按市场电价计费
7结束/中断时切回充电模式

4.3 双向 OBC 硬件需求

V2G 需要双向 OBC (topic-obc-dcdc):

  • PFC 前级 → 6-Switch PFC (不是 Vienna,Vienna 单向)
  • DC-DC 中间级 → DAB / 双向 LLC
  • 双向控制器 + 安全保护

典型 V2G OBC:11kW 或 22kW,1200V SiC,效率 96%。

5. EXI (Efficient XML Interchange)

ISO 15118 业务消息用 XML 描述(可读性强),但 XML 在嵌入式系统传输效率差。EXI 把 XML 转成二进制,压缩 20×:

<!-- XML 原文 -->
<ChargingStatusReq>
  <SessionID>1234</SessionID>
  <EVRESSSOC>75</EVRESSSOC>
  <RemainingTimeToFullSoC>1800</RemainingTimeToFullSoC>
</ChargingStatusReq>
<!-- 100 字节 -->

<!-- EXI 二进制 -->
0x02 0xA1 0xB4 0xD0 0x01 0xC3 0x07 0x08
<!-- 8 字节 (压缩 12×) -->

实现库:

  • OpenEXI (开源 C++)
  • Codec Generator (商用 by V2G Clarity)
  • Vector vMember (商用)

6. 与 OBC 硬件的接口

EV 端EVCC (Electric Vehicle Communication Controller) 通常集成在 OBC 或 VMU:

模块角色
EVCCEV 端 ISO 15118 协议栈
SECCSupply Equipment Communication Controller (充电桩端)
PLC ModemHomePlug GreenPHY 调制解调
OBC 控制器控制 PFC + DC-DC + 与 BMS / VMU 协调

典型 PLC Modem 芯片:

  • Qualcomm QCA7000 series (主流)
  • Lumissil IS31AC (国内)
  • Devolo dLAN Green PHY 模块

7. ISO 15118 与法规 / 标准的关系

ISO 15118 是欧美 EV 充电的核心引用,但中国走 GB/T 27930 CAN-based,出海车型必须双协议栈共存:

法规/标准关系
UN R100整车 HV 法规,引用 ISO 15118
EU EVSE Directive欧盟充电桩法规,要求 ISO 15118 支持
GB/T 18487中国充电法规,GB/T 27930 通讯 (不是 ISO 15118)
IEC 61851通用充电技术,引用 ISO 15118
SAE J2847美国与 ISO 15118 类似的标准
SAE J1772北美连接器 (与 CCS Type 1)
NACS / SAE J3400Tesla 接口标准化

关键认知:中国市场用 GB/T 27930 (CAN-based),与 ISO 15118 物理层 + 协议都不兼容,国际车型出中国需要双协议栈。

8. 充电桩硬件架构

充电桩 SECC 硬件:

充电桩 SECC 硬件能量链竖向流程图:从 Grid (3-phase 380V) 依次经 EMC Filter + Surge Protection、PFC Stage (Vienna / 6-Switch)、DC-DC Stage (LLC / DAB)、DC Output 200-1000V / 10-500A、CCS Connector + PLC Modem,最终到 EV (with EVCC)。

SECC MCU: 通常 NXP S32K3 / Renesas RH850 / Infineon AURIX,带以太网 + PLC + CAN。

9. ISO 15118 实施挑战

9.1 证书管理

PnC 依赖 X.509 证书:

  • 证书有效期 1-5 年,过期需要更新
  • 证书撤销:车辆售出/盗窃 → 旧证书撤销
  • 后台集成 与 Hubject / EVRoaming.eu

9.2 协议互操作 (Interoperability)

协议互操作是 PnC 量产的最大阻碍 — Tesla 早期独占 NACS、不同 OEM/CPO 实现差异都拉慢推广:

  • 同一 EV 在不同充电桩上的 PnC 必须工作
  • 测试场景: TÜV PnC Interop Lab
  • Tesla 早期不开放 ISO 15118 → 占用 NACS,现在已支持 CCS

9.3 V2G 经济性

V2G 经济性的核心算式是"市场电价收益 vs 电池 SOH 老化成本",目前只在欧洲少数项目正向:

  • V2G 增加电池循环 → SOH 老化
  • 市场电价是否值回老化成本?
  • 现有项目:Honda V2G (英国)、Nissan ENERGY ROAM (法国)

10. 5 个常见陷阱

ISO 15118 实施 失败模式集中在 5 个反复出现的坑:

陷阱描述预防
中国市场误用 ISO 15118国内充电桩用 GB/T 27930 (CAN)国内项目用 GB/T,出口用 ISO 15118
证书过期没更新PnC 失败,用户体验差后台自动更新 + 提前预警
EXI 库 BUG老版本 OpenEXI 解码失败用最新认证库 + Interop 测试
PLC 信号弱CCS 长线 (3m+) PLC 衰减加 PLC Repeater 或选高功率 modem
V2G 单向 OBC用 Vienna PFC 不能 V2GV2G 项目用 6-Switch PFC

核心要点
  • ISO 15118 = EV 与充电桩 IP 网络通讯协议——通过 CP 信号线叠加 PLC。
  • 6 层栈:App (业务消息) → EXI 压缩 → TLS → IPv6 → HomePlug GreenPHY → 物理 CP 线。
  • ISO 15118-2 (2014, AC+DC+PnC) vs ISO 15118-20 (2022, +V2G+WPT)。
  • Plug & Charge (PnC) = 插枪自动 X.509 证书认证 + 计费,像加油一样简单。
  • V2G 需要双向 OBC (6-Switch PFC + DAB DC-DC + 双向控制)。
  • EXI 把 XML 压缩 20×,嵌入式系统传输友好。
  • 中国市场用 GB/T 27930 (CAN-based),与 ISO 15118 不兼容——出口/国内双协议栈。
  • 主流实现:Qualcomm QCA7000 (PLC) + OpenEXI / 商用 EXI 库。

Engineering Objects
引用此页的结构化 Engineeri…

引用此页的结构化 Engineering Object(v2.0 Copilot 自动生成,不要手动编辑此段)。

  • case · case_dc_fast_charge_350kw — 350kW DC Fast Charger (CCS / GB/T)
  • case · case_obc_v2g_22kw — 22 kW Bidirectional OBC for V2G
  • mitigation · mitigation_charging_thermal_pause — Charging Thermal Pause
  • standard · standard_iso_15118 — ISO 15118 V2G + Plug & Charge

Cross-references