UNE INTRODUCTION AU PROTOCOLE « ISO/IEC...

16/03/20171

TITRE DE LA PRÉSENTATION - MENU « INSERTION / EN-TÊTE ET PIED DE PAGE »

BMS ET CHARGE INTELLIGENTE DE

VÉHICULE ÉLECTRIQUEUNE INTRODUCTION AU

PROTOCOLE « ISO/IEC 15118 »

Jean-Marie Bonnin <[email protected]>Guillaume Le Gall <[email protected]>

QUI SOMMES-NOUS ?

16/03/2017SALON ENOVA - BATTERIES ET SYSTÈMES DE MANAGEMENT – BMS ET ISO/IEC 15118

2

IMT AtlantiqueGrande école d’ingénieurs► Fusion Télécom Bretagne et Mines de Nantes► 3 sites► 2300 étudiants, 290 enseignants chercheurs

Jean-Marie Bonnin <[email protected]>Enseignant Chercheur► Chef d’équipe de recherche► Gestion de projets► Développement de partenariats industriels

Guillaume Le Gall <[email protected]>Ingénieur Recherche► Développement plate-formes► Intégration partenaires industriels► Projets étudiants

16/03/20173


1. INTRODUCTION : LES ITS

2. ISO/IEC 15118, LE VÉHICULE ET SON ENVIRONNEMENT

3. PRÉSENTATION DU PROTOCOLE NORMÉ PAR ISO/IEC 15118

4. UNE APPLICATION : LA PLATE-FORME OSV ET SON BMS

PLAN

16/03/20174


PARTIE 1INTRODUCTION : LES I.T.S.

(INTELLIGENT TRANSPORT SYSTEMS)

INTRODUCTION : COMMUNICATION POUR LES ITS


5Des développements souvent fait en silo

• Beaucoup d’organismes de standardisation :

• IEEE• CEN• ETSI

• ISO• ITU• OneM2M• …

• Des consortiums

• Des régulateurs

INTRODUCTION : CASSER LES SILOS


6Vers une voiture ultra-connectée

Hardware Security

Module (HSM)

Fire

wall

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In

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t

Safety-related

Applications

Traffic efficiency

Other applications

(Infotainment)

MA-SAP SA-SAP

FA-SAP

Application support

Information Support

MF-SAP

FA-SAP

Session Support

SF-SAP

NF-SAP

ITS dedicated transport

ITS dedicated

MN-SAP

TCP/UDP

Geo-Routing

Other Protocols

IPv6 + Mobility

IN-SAP

SN-SAP

NF-SAP

IN-SAP

Other Media

CALMmedia2

Me

dia

GP

RS

Me

dia

ED

GE

CALMmedia2

Me

dia

WiM

AX

Me

dia

UM

TS

CALMmedia2

Me

dia

M5

Me

dia

WiF

i

2G 3G WLAN

MI-SAP SI-SAP

MM-SAP SM-SAP

16/03/20177


PARTIE 2ISO/IEC 15118,

LE VÉHICULE ET SON ENVIRONNEMENT

ISO/IEC 15118, LE VÉHICULE, ET SON ENVIRONNEMENT


8Exemple de développement en silo : norme ISO/IEC 15118

Une solution spécifique de communication pour l’énergie

Application

Presentation

Session

Transport

Link

Physical

Network

Part 1 : use cases

Part 2 : Technical protocol description and Open Systems

Interconnections (OSI) layer requirements

Part 3 : Wired physical and data link layer

requirements

V2G messages for charging

XML, ...

IEEE 802.3

Ecapsulation based on ISO 13 400-2

TLSTCP, UDP

IPv6stateless address configuration

IEEE 1901Profile

GreenPHY

PL

C

Acce

ss

Wire

less

Accesses



9ISO/IEC 15118 : application au cas du parking public

EVSE

AC MAIN

AN

SECC

Internet

Service provider



10ISO/IEC 15118 : application au cas du parking public



11Maison intelligente : gestion de l’énergie

Electricity Provider

Smart Meter

Energy Manager

14/04/13 03:42Emoncms

Page 1 sur 2http://smartb.labo4g.enstb.fr/demo&id=6

Demo dashboard

Departement RSM

Coffeemaker history

Mar 18 Mar 21 Mar 24 Mar 27 Mar 30 Apr 2 Apr 5 Apr 8 Apr 11 Apr 14

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Last 30 days: Hover on bar for info, press to zoom in

0.9 kWh | 0.12€ | 45€ /y | 10th Apr 2013

Total: 192 kWh : 27€ | Average: 0.5 kWh : 0.08€ | 1€ a week, 28€ a year | Unit price: 0.14€

Energy

(kWh)

Date / Time

View: monthly view

18.0°C

12.0°C

RSM Lab

ICube Lab

arduino-1

plug-3plug-9plug-4

plug-1plug-2

plug-5

plug-7Arduino

Tmote Sky

emonPlug

No type

Home Access Network

(Ehernet, WiFi, PLC, …)

Home Access Network

(6LowPAN/ZigBee, …)



12Branchement du véhicule à la maison


Smart Meter

Energy Manager

Le câble assure seulement la

sécurité électrique



13Le véhicule se charge dès le branchement

Les usagers doivent redimensionner leur offre d’énergie

• Coût additionels • Impact global sur

la fourniture d’électricité



14Rechargement retardé

L’utilisateur peut encore avoir à redimensionner son offre.

• Les coûts additionnels sont plus faibles (heures creuses)

• Un impact limité sur le fournisseur d’énergie.

La charge peut être programmée sur l’interface du véhicule ou à travers une application sur smartphone.



15Le chargeur comme un objet intelligent

15


Smart Meter

Energy Manager

On peut utiliser des dialogues

« 15118 » pour contrôler la

recharge



16Le véhicule adapte sa consommation

Probablement pas de nécessité de redimensionner l’offre

• Des coûts additionnels faibles ou innexistant (sauf pour la wallbox)

• Impact limité sur le fournisseur d’énergieLa recharge peut être controlée finement par le gestionnaire d’énergie qui

l’adapte pour consommer ce qui est disponible. IEC/ISO 15118 est utilisée entre le véhicule et le chargeur.



17Utilisation de l’énergie du véhicule

17

L’offre d’énergie peut être redimensionnée à la baisse !

• Une réduction de coût d’énergie grâce à la wallbox

• Réduction des coût pour le fournisseur d’énergie

• Effacement des pics de consommation (Peak shaving)

La recharge mais aussi la décharge peuvent être finement contrôlées par le gestionnaire d’énergie de la maison. IEC/ISO 15118 est utilisée entre le véhicule et le chargeur



18ISO/IEC 15118, intégration dans l’architecture de communication



19ISO/IEC 15118 : vu comme une application



20Cela permet des services additionnels, ex : le lien avec les smart-phones



21


Smart Meter

Energy Manager

Utilisation de dialogues 15118 pour

gérer l’énergie en collaboration avec le

gestionnaire de la maison.

Une intégration directe dans l’environnement

16/03/201722


PARTIE 3PRÉSENTATION DU

PROTOCOLE NORMÉ PAR ISO/IEC 15118

LE CONCEPT DE CHARGE INTELLIGENTE


23Vue d’ensemble d’un site de charge

Véhicule

BMS Batterie

EVCC

Utilisateur

EVSE

SECC

Bâtiment

Production d'énergies renouvelables locales

EMS

Légende :

Canal de communication présent

dans l'architecture

Entité communicante

présente dans

l'architecture

Réseau de

distribution

Gestionnaire

d'énergie

Borne de

recharge

PRÉSENTATION DU PROTOCOLE ISO/IEC 15118


24Négociation de la planification

Heure de départ Quantité Énergie 3

2

1

Puissance (kW)

Temps (h)

0 1 3

3

2

1

Puissance (kW)

Temps (h)0 1 3

Profil de puissance Profil de tarification Informations énergies renouvelables …

Envoi contraintes

Réponse : incitation de charge

Calcul profil prévisionnel

Envoi profil prévisionnel

Vérification profil prévisionnel

t

EVCC SECC Acteurs Secondaires



25Une implantation possible de ce protocole

SECC

EVCC

Bus CAN

BMS

Communication 15118

EVSEAC

AC

Lien IP

OCPPv2 / 61850

Batterie

Chargeur

DC

Acteurs

Secondaires

Autre moyen de communicationPuissance



26Le projet Greenfeed

Le projet

► Collaboration nationale entre académiques et industriels

Objectifs :► Parcours utilisateur► Gestion de l’énergie

Le travail réalisé

► Implantation de ce système► Renégociation de la planification suite à

un événement issu du réseau de distribution d’énergie

► Démonstrations le 17/11/2016



27Plate-forme IMT Atlantique, sur table (1/2)

APU

EVCC SECC

Batterie et BMS

ISO/IEC 15118-2

IP

WiFi / 802.15.4

Courant DC Courant AC

Chargeur

U, I I²C

Tableau de bord

PC

IPWiFi

CoAPIP

WiFi

CoAP

APU

U, I, SOC I²C



28Plate-forme IMT Atlantique, sur table (2/2)

16/03/201729


PARTIE 3LA PLATE-FORME

OPEN-SOURCE VEHICLEET SON BMS

LA PLATE-FORME OSV ET SON BMS


30La plate-forme Open-Source Vehicle (1/2)

Entreprise OSVehicle

► Italienne► Depuis 2013► 5 permanents

Pour nous

► Plate-forme de développement

► Taille réelle► Simple et ouverte…



31La plate-forme Open-Source Vehicle (2/2)

Composants bas niveau :BMS

Chargeur► Piloté par le BMS

Variateur► Contrôle moteur► 2 capteurs de vitesse, 1 capteur

température

CommunicationSignaux Analogiques ou PWM► En point à point entre les

composants

Moteur

BMSEngine

Controller

Chargeur

DC

AC

RS 232CAN

UART + USB

Batterie

PWM : * Autor. Rouler

PWM : * Vit. * Temp.

PWM : * Autor. Charger

Accélérateur Frein

Batterie



32OSV, BMS et interfaces

Structure du composant

► Architecture maître / esclaves► Basée sur des composants LT► Équilibrage passif

Interfaces

► PWM► USB + UART► CAN ?



33Ingénieurie inverse du protocole série du BMS

PC (Debian Linux)

OSV

USB

Driver CDC_ACMKernel

/dev/ttyACM0

Interceptty

/dev/pty0Qemu + libvirt

VM Win 7

Bat. Wizard COM2 bat.log



34Développer un BMS ? (1/2)

Jauge de charge► Mesure de tension (et température)► Comptage du courant► Mélange des deux► Mesure d’impédance

Équilibrage des cellules► Actif► Passif

Choix des composants► Composants dédiés : LT, Atmel, TI…► Composants « standards »…

Projets existants► OpenBMS► FoxBMS

+

Uéq

Ucell



35Développer un BMS ? (2/2)

MCUEsclave

ÉquilibrageMes. tension




DC / DC (5V)

Température

Esclave





DC / DC (5V)

Température

CS2

CS1

SPI

Optocoupleurs

Mes. Courant

USB

Ehternet

PWM EC

PWM Ch.

Branché ?

Entrées /Sorties

CS3

16/03/201736


CONCLUSIONET PERSPECTIVES

CONCLUSION


37Et perspectives…

ISO/IEC 15118► Permet de planifier le comportement de la charge du véhicule► Permettra de gérer les priorités dans un parking► Fort potentiel d’intégration avec la maison communicante

BMS ouvert et OSV► Possibilité de s’intégrer dans des systèmes plus complexe► En continuant d’assurer des fonctions de sécurité électrique► Possibilité de tester de nouveaux protocoles de communication

Sur le campus IMT Atlantique à Rennes► Démonstrateur « grandeur nature » envisagé► Avec panneaux solaires► Production et consommation orchestrée par un EMS (Energy Management

System)

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DES QUESTIONS ?

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