ISO 15118

ISO 15118 : définition

L’ISO 15118 est une norme internationale de communication pour les véhicules électriques, développée par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et la Commission électrotechnique internationale (CEI) afin d’établir un protocole de communication commun entre les véhicules électriques (VE), les bornes de recharge (CP) et les systèmes de gestion des bornes de recharge (CPMS). L’ISO 15118 définit une méthode sécurisée et fiable permettant à ces équipements d’échanger les données d’authentification et d’autorisation, les paramètres de charge et les informations de facturation.

Quels sont les composants clés de l’ISO 15118 ?

L’ISO 15118 s’appuie sur deux contrôleurs principaux pour gérer la communication entre le véhicule et la station de recharge :

Composants et exigences clés

• EVCC (Electric Vehicle Communication Controller) : le contrôleur intégré au VE qui gère la communication.
• SECC (Supply Equipment Communication Controller) : le contrôleur intégré à la borne de recharge qui gère la communication.
• Protocole : utilise une communication basée sur le protocole Internet (IP), via le câble de recharge ou sans fil.
• Versions : la norme a évolué au fil du temps, avec notamment les versions majeures -2 (2014) et -20.

Fonctionnement de l’ISO 15118 

L’ISO 15118 définit l’interface de communication entre un véhicule électrique et une borne de recharge. Elle remplace la signalisation analogique de base par une connexion IP qui permet un échange de données chiffré et bidirectionnel entre les deux extrémités.

Lorsqu’un véhicule se connecte à une borne compatible, le protocole ouvre une session structurée : le VE fournit les données du véhicule et d’autorisation de paiement, tandis que la borne de recharge les demande et les valide avant de démarrer la session. Les deux parties s’accordent ensuite sur les paramètres de charge en fonction de l’état de la batterie et des conditions du réseau, puis la fourniture d’énergie commence. Toutes les communications sont chiffrées en TLS, ce qui garantit la sécurité des données de facturation et des informations utilisateur tout au long du processus.

Quels sont les principaux cas d’usage et fonctions de l’ISO 15118 ?

Lorsqu’un VE est branché sur une borne de recharge compatible, les deux équipements ouvrent une session de communication chiffrée. Le VE transmet son identité et ses besoins de charge ; la borne de recharge les valide auprès du système backend et, une fois l’autorisation obtenue, convient d’un programme de charge. Cet échange est à la base de tout, de l’authentification sans friction à l’interaction en temps réel avec le réseau.

Fonctions principales :

• Authentification et autorisation : permet d’identifier de manière sécurisée le conducteur et le véhicule avant le début d’une session.
• Plug & Charge : permet à une voiture d’être identifiée, autorisée et rechargée automatiquement dès sa connexion, grâce à des certificats numériques gérés par une infrastructure à clé publique (PKI).
• Recharge intelligente : optimise la vitesse et le moment de la charge en fonction des tarifs de l’électricité, de la charge du réseau et de l’heure de départ prévue par le conducteur.
• Vehicle-to-grid (V2G) : prend en charge un flux d’énergie bidirectionnel, permettant aux véhicules à la fois de puiser de l’énergie sur le réseau et de lui en restituer.

Cas d’usage

Authentification, autorisation et Plug & Charge

Les bornes de recharge (CP) compatibles ISO 15118 permettent aux opérateurs de bornes de recharge (CPO) d’offrir aux conducteurs de VE une expérience de recharge plus fluide et plus sûre. Le protocole y parvient en établissant un environnement de communication fiable entre le VE, le CP et le système de gestion des bornes de recharge (CPMS), un logiciel backend centralisé de gestion des bornes et des réseaux de recharge.

Dans le scénario classique, les conducteurs de VE ne peuvent lancer la charge qu’après s’être authentifiés, eux et leur voiture. Après une authentification via une application, une carte RFID ou une autre méthode, le système backend autorise ou refuse la charge selon des critères prédéfinis. 

Cet échange de données a pour but de permettre au CPMS de savoir quel conducteur recharge quel véhicule, si ce conducteur est autorisé à utiliser cette borne en particulier et à qui adresser la facture de la session. Même si l’authentification et l’autorisation ne prennent que quelques secondes, l’obligation pour les conducteurs de s’authentifier physiquement reste une contrainte supplémentaire.

L’ISO 15118 simplifie ce processus grâce à la fonctionnalité Plug & Charge. Comme son nom l’indique, avec Plug & Charge, les conducteurs de VE n’ont qu’à se brancher sur un CP : l’autorisation et l’authentification se font automatiquement. Cela fonctionne parce qu’après une configuration initiale, le VE conserve les informations relatives au conducteur, qui sont ensuite transmises automatiquement au CP afin que la charge puisse démarrer immédiatement. 

Pour faire simple, c’est un système d’infrastructure à clé publique (PKI) qui gère l’échange d’informations. Ce système sécurisé de gestion des clés publiques s’appuie sur des composants matériels, logiciels et procéduraux pour obtenir, stocker et gérer les données sensibles.

Recharge intelligente

L’ISO 15118 permet la recharge intelligente en établissant une communication bidirectionnelle entre le VE et la borne de recharge afin de définir les vitesses et les programmes de charge. Le VE indique la quantité d’électricité dont il a besoin et l’heure à laquelle il doit en disposer. La borne de recharge calcule ensuite l’énergie à fournir pour atteindre efficacement l’état de charge (SOC) requis dans le délai imparti, en tenant compte de facteurs comme les tarifs de l’électricité et la charge du réseau.

Vehicle-to-Grid (V2G)

L’ISO 15118 permet également le vehicle-to-grid (V2G), c’est-à-dire l’échange bidirectionnel d’énergie entre le réseau et les VE compatibles. Normalement, l’électricité circule dans un seul sens : du réseau vers la borne, puis vers le VE. Le V2G inverse ce flux et permet aux VE de renvoyer l’énergie stockée dans leur batterie vers la borne de recharge et le réseau.

Cette capacité aide le réseau à absorber les pics de demande sans recourir à des moyens de production de pointe comme les centrales à charbon, et permet aux batteries des VE de servir de stockage distribué pour les excédents d’énergie renouvelable. L’ISO 15118-20 a introduit la prise en charge formelle du V2G grâce au transfert d’énergie bidirectionnel (BPT, Bidirectional Power Transfer), disponible en recharge AC comme en DC.

L’ouverture d’une session V2G comporte quatre étapes clés :

Étape 1 : vérifier les services de recharge disponibles

Le VE envoie une requête ServiceDiscovery à la borne de recharge pour connaître les services de recharge qu’elle propose : AC, DC, transfert d’énergie sans fil (WPT) ou dispositif de connexion automatique (ACD). Si le BPT est disponible, le VE peut le sélectionner afin de permettre à la fois la charge et la décharge pendant la session.

Étape 2 : échanger mutuellement les limites de charge 

Le VE et la borne de recharge échangent leurs limites techniques pour le flux d’énergie bidirectionnel au moyen d’une paire de messages ChargeParameterDiscovery. Le VE communique ses limites minimale et maximale de puissance et de courant, en charge comme en décharge, ainsi que sa demande d’énergie cible, l’énergie maximale nécessaire pour une charge complète et l’énergie minimale dont il a besoin immédiatement. La borne de recharge répond en indiquant le courant disponible, la tension nominale et la fréquence du réseau. Cet échange mutuel garantit que les deux parties fonctionnent dans des paramètres sûrs et compatibles.

Étape 3 : calculer et envoyer un profil de puissance à la borne de recharge

À partir des limites échangées, le VE calcule un profil de puissance, c’est-à-dire une suite ordonnée de valeurs de temps et de puissance qui forment ensemble une courbe représentant la charge et la décharge prévues dans le temps. Les valeurs positives correspondent aux périodes de charge, les valeurs négatives aux périodes de décharge. La borne de recharge peut ainsi anticiper la puissance qu’elle devra fournir ou absorber à chaque instant de la session.

Étape 4 : piloter le processus de charge dans la boucle de charge

Une fois le flux d’énergie engagé, le VE et la borne de recharge échangent en continu des messages de contrôle bidirectionnels. Le VE indique sa puissance active et réactive instantanée, tandis que la borne de recharge fournit des consignes de fréquence cible, de puissance active et de puissance réactive. Cette communication permanente permet à la borne de réagir en temps réel aux conditions du réseau et de solliciter des services auxiliaires auprès du VE si nécessaire, afin que le VE se comporte comme une ressource énergétique distribuée favorable au réseau pendant toute la session.

Cybersécurité

La sécurité des données est un enjeu essentiel de la recharge des VE. Au sein de l’écosystème des VE, les échanges de données sont protégés par des couches cryptographiques ajoutées aux solutions matérielles et logicielles. L’ISO 15118, en revanche, intègre nativement des mesures de sécurité, ce qui rend superflue toute protection ad hoc des données lorsque ce protocole est utilisé. Elle assure la protection des données à plusieurs niveaux : authentification, autorisation et chiffrement des données.

Pourquoi l’ISO 15118 est-elle clé pour l’essor des VE ?

L’ISO 15118 compte parmi les normes importantes pour le développement continu du secteur de la recharge des VE. Ce protocole de communication est un outil sécurisé, fiable et reconnu à l’international, compatible avec de nombreuses solutions matérielles et logicielles pour VE ainsi qu’avec différentes vitesses de charge. S’y ajoute le rôle que ce protocole jouera à mesure que les technologies d’équilibrage du réseau se généraliseront.

Exemples pratiques de l’ISO 15118

Voici quelques exemples concrets d’utilisation de l’ISO 15118 :

• Un VE arrive à une borne de recharge publique. Le VE et la borne communiquent via l’ISO 15118. Le VE transmet à la borne son SOC, c’est-à-dire le pourcentage de charge restant dans la batterie. 

La borne de recharge communique également avec un système backend qui gère l’infrastructure de recharge. Le système backend tient compte de la charge actuelle du réseau et définit la puissance de charge optimale pour le VE.

Sur la base de ces informations, la borne de recharge et le VE conviennent d’un programme de charge. La borne peut commencer à recharger le VE immédiatement ou différer la charge jusqu’à ce que le réseau soit moins sollicité. Le VE et la borne continuent de communiquer pendant toute la durée de la charge, ce qui leur permet d’ajuster la puissance de charge si nécessaire, par exemple lorsque la charge du réseau évolue ou que le SOC du VE atteint un certain niveau.

• Reprenons l’exemple précédent, mais voyons ce qui se passe avec Plug & Charge. Le VE est branché sur la borne de recharge. 

Le VE et la borne de recharge communiquent via l’ISO 15118. Le VE transmet à la borne ses données d’identité pour l’autorisation. La borne vérifie l’identité du VE et l’autorise à charger. Elle lance ensuite la session de recharge sans aucune intervention de l’utilisateur. 

Pour que ce processus fonctionne, le conducteur du VE doit effectuer une configuration initiale en fournissant ses informations personnelles et de facturation. Ces informations seront ensuite utilisées pour chaque session compatible Plug & Charge.

• En ce qui concerne le V2G, les fournisseurs d’énergie peuvent améliorer leurs tarifs d’électricité en exploitant la capacité des batteries des VE lors des pics de demande plutôt que de recourir à des sources d’énergie supplémentaires. Dans certains cas, les fournisseurs d’électricité peuvent même rémunérer les utilisateurs qui participent à des événements V2G, par exemple lorsque les conducteurs de VE injectent de l’électricité dans le réseau pendant les pics de demande ou rechargent leur véhicule pendant les périodes de faible demande.

Informations complémentaires sur l’ISO 15118

• L’ISO 15118 est élaborée par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et la Commission électrotechnique internationale (CEI). Le protocole bénéficie ainsi de l’expertise de deux des principaux organismes de normalisation au monde.
• En raison de son évolutivité et de son fort potentiel de développement, les fournisseurs de logiciels et de matériel pour VE cherchent à rendre leurs solutions conformes à l’ISO 15118.
• La dernière version de l’ISO 15118 est l’ISO 15118-20. Cette version apporte plusieurs améliorations, comme la prise en charge du V2G, une sécurité renforcée et une meilleure interopérabilité.