OCPP für Ladenetze mit Elektrofahrzeugen

Ein Betreiber kann Ladepunkte verschiedener Hersteller über eine Plattform verwalten, weil beide Seiten das Open Charge Point Protocol (OCPP) sprechen. In OCPP 1.6 heißt das verwaltende System Central System, in OCPP 2.0.1 CSMS. Die Open Charge Alliance (OCA) veröffentlicht OCPP; OCPP 2.0.1 ist zugleich die internationale Norm IEC 63584:2024.

Versionen

OCPP 2.0 erschien 2018 und wurde 2020 durch 2.0.1 abgelöst. Steht in einem Datenblatt „OCPP 2.0“, fragen Sie nach der tatsächlich implementierten Firmwareversion.

Die Version wird beim Verbindungsaufbau vereinbart. Der Ladepunkt bietet beim WebSocket-Handshake ein Subprotokoll (ocpp1.6, ocpp2.0.1 oder ocpp2.1) an; das CSMS nimmt eines an. OCPP 2.0.1 ist keine Erweiterung von 1.6. Ein Ladepunkt mit 1.6 kann daher kein CSMS erreichen, das ausschließlich 2.0.1 akzeptiert. Viele installierte Ladepunkte nutzen noch 1.6; die meisten Plattformen unterstützen mehrere Versionen parallel. OCPP 2.1 ist mit der Funktionalität von 2.0.1 rückwärtskompatibel.

Welche Daten OCPP überträgt

Der Ladepunkt öffnet die WebSocket-Verbindung zum CSMS und tauscht JSON-Nachrichten aus.

Das CSMS legt das Heartbeat-Intervall in seiner Antwort auf BootNotification fest. Das Intervall für Zählerwerte ist eine Einstellung des Ladepunkts (MeterValueSampleInterval in 1.6). Beide Werte werden je Installation festgelegt. Lesen Sie sie am Ladepunkt ab, statt einen Wert vorauszusetzen.

Die Anschlusszustände unterscheiden sich. OCPP 1.6 meldet unter anderem Charging, SuspendedEV und SuspendedEVSE. OCPP 2.0.1 meldet nur Available, Occupied, Reserved, Unavailable oder Faulted; der Ladezustand steht dann in TransactionEvent.

Intelligentes Laden

Das CSMS sendet mit SetChargingProfile ein Ladeprofil an den Ladepunkt. Das Profil enthält einen Zeitplan mit chargingRateUnit A oder W, einer Liste von chargingSchedulePeriod-Einträgen und optional validFrom und validTo. Bei AC-Laden gibt numberPhases die Phasenzahl an; ohne Angabe gilt 3. Eine Grenze in Ampere gilt je Phase. Eine tarifbedingte Lastverlagerung nutzt in teuren Stunden eine niedrige und danach eine höhere Grenze.

Jedes Profil hat einen Zweck und damit einen Geltungsbereich:

Innerhalb eines Zwecks gilt das gültige Profil mit dem höchsten stackLevel. Über die Zwecke hinweg wendet der Ladepunkt den niedrigsten Wert aus Ladepunktmaximum, externer Grenze und Transaktionsgrenze an. Die Transaktionsgrenze stammt aus TxProfile oder, falls dieses fehlt, aus TxDefaultProfile. Fragen Sie nach der Installation der Profile mit GetCompositeSchedule ab. Die Antwort nennt den berechneten kombinierten Zeitplan; sie ist kein messtechnischer Nachweis, dass Ladepunkt oder Fahrzeug ihn umsetzen.

In OCPP 2.0.1 kann ein Ladepunkt über eine lokale Schnittstelle eine externe Grenze erhalten. Er meldet sie dem CSMS mit NotifyChargingLimit und ihre Aufhebung mit ClearedChargingLimit.

Profile wirken jeweils auf einen Ladepunkt. OCPP hat keine Nachricht, die eine Grenze für den ganzen Standort setzt. Das CSMS verteilt die Standortgrenze und sendet jedem Ladepunkt ein eigenes Profil.

Lesen Sie bei einem Ladepunkt mit 1.6 während der Inbetriebnahme diese Schlüssel mit GetConfiguration:

• ChargeProfileMaxStackLevel: höchster vom Ladepunkt akzeptierter stackLevel.
• ChargingScheduleAllowedChargingRateUnit: Current, Power oder beides. Akzeptiert der Ladepunkt nur Current, muss eine kW-Grenze in Ampere je Phase umgerechnet werden. Der Rechner von kW in Ampere hilft dabei.
• ChargingScheduleMaxPeriods: größte Zahl der Abschnitte in einem Zeitplan.
• MaxChargingProfilesInstalled: größte Zahl gespeicherter Profile.

Ein AC-Ladepunkt gibt seine Grenze über das Pilotsignal nach IEC 61851-1 an das Fahrzeug weiter. Der kleinste damit signalisierbare Strom ist 6 A. Bei 230 V entsprechen 6 A dreiphasig 4,14 kW und einphasig 1,38 kW. Unterhalb dieser Grenze muss das CSMS Ladevorgänge pausieren, statt sie weiter zu drosseln.

Der Rechner für EV-Ladekapazität beginnt mit demselben Standort und denselben Ladepunkten. Der Beispieltag erreicht 420 kW Last. Für jedes Intervall zeigt er den Leistungsspielraum und die Zahl gleichzeitig mit voller Leistung ladender Fahrzeuge:

Der Leistungsspielraum muss je Phase berechnet werden. Einphasig ladende Fahrzeuge an dreiphasigen Ladepunkten belasten nur eine Phase. Ziehen die meisten Strom aus L1, erreicht diese Phase ihre Grenze, obwohl die Summe über drei Phasen noch Reserve zeigt. Maßgeblich ist die am stärksten belastete Phase.

Eine Zuteilung in kW beeinflusst auch die Zeit, die ein Fahrzeug zum Nachladen benötigt. Vergleichen Sie die Grenzen von Ladepunkt, Fahrzeug und Standort auf derselben AC- oder DC-Eingangsbasis. Berücksichtigen Sie danach Umwandlungsverluste und eine geringere mittlere Ladeleistung ausdrücklich.

Wenn der Grenzwert ausbleibt

Die Leistungsspielraumregelung hat drei Verbindungen: Standortzähler zur Berechnung, Berechnung zum CSMS und CSMS zu den Ladepunkten. OCPP sieht nur die letzte Verbindung.

Verliert ein Ladepunkt mit OCPP 1.6 die Verbindung zum CSMS, gelten gespeicherte Profile weiterhin nur innerhalb ihrer Gültigkeitsfenster, Zeitplandauer und Transaktionszuordnung. Ein anwendbares TxProfile hat Vorrang vor TxDefaultProfile; ChargePointMaxProfile begrenzt weiterhin den Ladepunkt. Ohne anwendbare Profile legt OCPP keine Profilgrenze fest; Fahrzeug- und lokale Hardwaregrenzen gelten weiterhin. Im Beispiel fällt die Verbindung um 06:00 Uhr aus, während zwölf Fahrzeuge je 14,2 kW beziehen und diese Grenzen weiterhin gelten. Steigt die sonstige Standortlast morgens auf 420 kW, beträgt der Gesamtbezug 590 kW.

Fällt die Übertragung des Leistungsspielraums an das CSMS aus, meldet OCPP keinen Fehler. Das CSMS verteilt weiterhin den zuletzt empfangenen Wert, sofern es veraltete Werte nicht selbst zurückweist.

Planen Sie an beiden Enden einen Rückfallzustand:

1. Ein möglicher Rückfall verwendet ein für den Standort freigegebenes TxDefaultProfile mit niedrigem stackLevel und ein dynamisches TxDefaultProfile mit höherem stackLevel und kurzem validTo. Das funktioniert nur, solange kein anwendbares TxProfile Vorrang vor diesen Standardprofilen hat. Prüfen Sie Gültigkeit, Zeitplandauer und Vorrang einschließlich laufender Transaktionen in einem freigegebenen, begrenzten Offline-Test. Der Ablauf allein belegt keinen sicheren Standortgrenzwert.
2. Legen Sie im CSMS ein Höchstalter für den Leistungsspielraum und eine Ersatzregel bei Überschreitung fest. Im Beispiel entfallen bei gleichmäßiger Verteilung der 30 kW Spitzenreserve 2,5 kW auf jeden Ladepunkt. Das liegt unter dem Minimum von 6 A. Der Rückfall muss daher die Zahl der Ladevorgänge begrenzen, nicht nur deren Leistung.

Die Regelschleifenzeit ist die Summe aus Zählermeldeintervall, Berechnung des Leistungsspielraums, CSMS-Zuteilung, Umlaufzeit von SetChargingProfile und Reaktion des Fahrzeugs auf das neue Pilotsignal. Messen Sie sie bei der Inbetriebnahme: Senken Sie die veröffentlichte Grenze sprungartig und messen Sie, wann die Leistung am Ladepunkt zurückgeht. Die Reserve muss den größten Lastanstieg abdecken, den der Standort in dieser Zeit haben kann. Dauert die Schleife etwa 60 s und kann in dieser Zeit eine Kältemaschine mit 40 kW starten, muss die Reserve mindestens 40 kW betragen.

Sicherheit

OCPP 2.0.1 definiert drei Sicherheitsprofile. Das OCPP-1.6-Security-Whitepaper der OCA überträgt sie auf OCPP 1.6-J. Dort meldet der Ladepunkt sein Profil im Konfigurationsschlüssel SecurityProfile.

Profil 1 sendet das Passwort im Klartext. Nutzen Sie in Netzen, die Sie nicht kontrollieren, einschließlich öffentlicher Mobilfunknetze, Profil 2 oder 3. Bei Profil 3 läuft das Ladepunktzertifikat ab. Der Ladepunkt fordert mit SignCertificate ein neues an und erhält es mit CertificateSigned. Prüfen Sie die Erneuerung vor Ablauf des ersten Zertifikats. Ein Ladepunkt ohne Erneuerungsmöglichkeit geht offline und fällt auf seine gespeicherten Profile zurück. Beide OCPP-Versionen melden Sicherheitsereignisse wie fehlgeschlagene Verbindungen und Firmwareänderungen mit SecurityEventNotification.

Was OCPP nicht leistet

MeterValues eines Ladepunkts erfassen nur diesen Ladepunkt. OCPP kennt die übrigen Gebäudelasten nicht; der Leistungsspielraum muss daher aus einem Zähler am Standortanschluss stammen.

OCPP kommuniziert nicht mit dem Fahrzeug. Das übernimmt ISO 15118. OCPP 2.0.1 leitet einige dieser Daten zum CSMS weiter, etwa vom Fahrzeug gemeldete Energiemenge und Abfahrtszeit in NotifyEVChargingNeeds.

OCPP definiert keine Netzdienstleistungen. Ein Flexibilitätsprogramm oder Verteilnetzbetreiber sendet Signale über andere Protokolle wie OpenADR oder über eine eigene Plattformschnittstelle. Das CSMS übersetzt sie in Ladeprofile.

Jeder Ladepunkt und jede Plattform implementieren nur einen Teil von OCPP. Bestätigen Sie vor Nutzung einer Funktion auf beiden Seiten die unterstützten Profilzwecke, Einheiten für Ladegrenzen, Sicherheitsprofile und etwaige 2.x-Funktionen.

Ladepunkte, Standort und EpiSensor

Ein EpiSensor-System misst den Standort, den sich die Ladepunkte teilen. Ein ZEM-Strommessgerät am Netzanschluss meldet Strom und Leistung je Phase. Ein zweites ZEM an der Ladeverteilung trennt die Ladeleistung vom übrigen Standortverbrauch. Edge auf dem Gateway berechnet den Leistungsspielraum aus der am stärksten belasteten Phase und veröffentlicht ihn mitsamt seinem Alter über MQTT, HTTP oder Modbus TCP.

Edge verwendet kein OCPP und steuert die Ladepunkte nicht. Das CSMS liest den Leistungsspielraum über seine eigene API und setzt ihn mit Ladeprofilen um. Klären Sie vor der Wahl der Plattform mit deren Anbieter:

1. Ob sie eine externe Standortgrenze annimmt und ob diese in kW oder Ampere je Phase angegeben wird.
2. Wie oft sie den Grenzwert liest und wie schnell sie neue Profile sendet.
3. Welches Höchstalter sie für einen Wert annimmt und welche Ersatzregel sie bei Überschreitung verwendet.
4. Was sie tut, wenn der Leistungsspielraum für alle wartenden Fahrzeuge unter dem Minimum von 6 A liegt: Sitzungen pausieren, rotieren oder in eine Warteschlange stellen.

Die Anwendung zum EV-Ladelastmanagement erläutert Zähler, Berechnung und Ersatzregel ausführlicher.