1. 介绍

随着全球电动汽车（EV）的快速普及，全球运输领域正经历着外部的转型。然而，随着电动汽车数量激增，建立一个标准化、安全且高效的电动汽车与充电站之间的通讯协议变得至关重要。ISO 15118这样一个关键标准，不仅实现了充电过程的自动化和安全化，同时支持车对网（V2G）集成及动态负载管理等先进功能。

针对无缝且快速充电体验的需求迫切增长，也推动了严格合规性测试方法的发展，以确保电动汽车供电设备（EVSE）符合ISO 15118的严格要求。这些测试对于确保不同制造商产品间的互通性、防范网路安全威胁以及充电网络的整体效率和保证可靠性都是关键。

本文将全面探讨ISO 15118在电动车充电器合规性测试中的作用，内容涵盖其历史、主要功能及技术目标、详细的测试流程，并与行业其他标准进行比较。

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2. 了解 ISO 15118

ISO 15118 是一项国际标准，旨在建立电动车与充电站之间安全且自动化的通讯。它是 IEC 61850 框架的一部分，该框架规范了智慧电网中的通讯，同时也与 IEC 61851（针对导电充电系统的标准）相辅相成。

2.1. 历史记录与背景

早期的电动汽车充电系统主要依赖RFID卡或行动应用进行认证。随着电动汽车市场的身份不断扩大，这种手动方式不仅降低了使用便利性，同时也暴露出安全漏洞。为了解决这些问题，大家共同合作推动ISO 15118的制定，提供一个统一、自动化的解决方案。

主要里程碑包括：

• 早期实现：初级版本主要在于建立电动车与充电站之间的基本通讯协议。
• 安全性增强：后续版本引入了强大的加密和数字权限机制，大幅提升了网络安全性。
• Plug & Charge的实现：一大突破是引入了Plug & Charge功能，使得车辆可以在无需人工介入的情况下自动与设备进行身份认证。
• V2G整合：近年来，标准进一步拓展至支持二次整合充电，允许电动汽车向电网逆向供电，这是电网稳定和可再生能源的关键。

目前，ISO 15118正在持续发展，其最新版本ISO 15118-20预计将进一步提升身份认证、支持无线充电并扩展V2G功能。

2.2. 主要目标与功能

ISO 15118的主要目标是通过确保互通性、安全性和便捷性来提升电动汽车充电体验。其关键功能包括：

• 互通性：
  确保来自不同制造商的电动车与充电站能够无缝通讯，支持全球充电基础设施。
• 安全通讯：
  采用安全加密（例如TLS）和数字安全保护EV与EVSE之间的数据交换，防御网路攻击。
• Plug & Charge功能：
  自动化身份认证与设备流程。当电动车连接到符合标准的充电器时，系统会自动验证车辆身份并启动充电——消耗RFID卡或操作应用。
• 结构电力传输（V2G/V2H）：
  允许电动车不仅从电网获取能量，还能将剩余电能反馈至电网，实现分散能源资源功能，支持电网平衡与能源管理。
• 动态负载管理：
  根据电网状况实时调整充电参数，优化能源分配并减轻电网负担。
• 无线充电支持：
  扩展至支持电池充电技术，进一步提升使用便利性并扩大充电应用场景。

这些功能共同构建了一个面向未来的电动汽车充电生态系统。详细资讯请参阅EV与充电测试页面。

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3.电动车充电器合规性测试的重要性

确保充电基础设施中每个组件均符合ISO 15118的严格要求关键。合规性测试验证EVSE产品是否符合定义的标准配合，从而确保安全性、互通性及性能。这不仅能提高消费者的信任度，还能满足国际市场的监管要求。

3.1. 通讯协商验证

ISO 15118的核心包括其通讯协议栈，用于管理电动车与充电站之间的数据交换。此部分验证包括：

• 消息交换：
  验证EV与充电器是否正确交换身份认证请求、充电会话数据等消息。
• 会话管理：
  确保充电会话能够顺利启动与终止。
• 错误处理：
  测试能否在不影响充电过程的前提下检测并处理通讯错误。

可以利用Infinipower的模拟平台更换真实场景，例如请参阅Model G再生网模拟器之详细规格。

3.2. 即插即充认证

ISO 15118 的一大亮点在于其即插即用功能，可自动化用户身份认证与设备。这部分测试重点包括：

• 凭证管理：
  验证数位凭证是否能正确发放、交换及验证。
• 自动身份认证：
  确保系统能自动识别并认证连接的电动车。
• 安全计费：
  确认充电器与后端系统间传输之计费数据安全无虞。

此自动化功能大幅提升用户体验，免除使用RFID 卡或行动应用之繁琐程序。

3.3. 双向充电合规性

ISO 15118 支援双向充电，使车对网（V2G）及车对家（V2H）功能成为可能。此部分测试包括：

• 电力流控制：
  验证充电器是否能管理电动车进出电能之流动。
• 电网通讯：
  确保EVSE 能与电网管理系统进行有效通讯，以协调能量分配。
• 安全机制：
  测试充电器在双向供电过程中是否具备应对电网不稳定或电压浪涌之保护措施。

此功能对现代依赖可再生能源及分布式储能系统的电网尤为重要。详情请参阅可再生能源测试解决方案页面。

3.4. 性能与安全测试

除通讯及安全性外，充电器的性能和安全性同样关键。此部分测试包括：

• 充电效率：
  评估EVSE 在不同负载条件下之能量传输效率。
• 安全标准符合性：
  验证充电器是否遵循IEC 61851 等安全标准。
• 电能品质检测：
  评估充电器在瞬态条件下是否能维持稳定电压、频率及低谐波失真。

常用设备如Model S 高功率精密程控电源可用于此类测试，确保EVSE 在理想与实际环境中皆能安全运作。

3.5. ISO 15118 合规性测试流程

合规性测试流程通常包括：

1. 协议栈测试：
   验证完整的ISO 15118 协议栈，确保讯息处理、身份认证及错误管理正确无误。
2. 互通性测试：
   测试充电器与多款电动车间的兼容性，确保跨品牌互通。
3. 网路安全评估：
   进行渗透测试、凭证验证及TLS 分析，确保数据传输完整安全。
4. 电能品质与负载测试：
   利用可程式控制的AC/DC 电源与网模（例如RPS-5000 再生网模拟器）模拟真实电网条件进行测试。
5. 能效与再生测试：
   确认充电器在高效吸能之余，亦能将多余电能反馈至电网，以实现再生充电。

制造商可参考电源设计与验证测试解决方案页面，了解更多详情。

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4. ISO 15118 与其他监管标准之比较

虽然ISO 15118 为现代电动车充电技术之核心标准，但其他标准在整个生态系统中亦扮演重要角色。本节将ISO 15118 与IEC 61000-4、UL 1741 及IEEE 1547 等标准进行比较，这些标准分别规范电能品质、逆变器安全与电网互连等方面。

4.1. 比较表

面向	ISO 15118（电动车通讯）	IEC 61000-4 系列（电磁相容与电能品质）	UL 1741（并网逆变器）	IEEE 1547（电网互连）
范围	适用于电动车充电通讯协议，涵盖AC 与DC 充电模式	规范电磁相容性及电能品质测试	规定并网可再生能源逆变器的安全与性能要求	规范分布式能源资源（DER）与电网互连要求
主要功能	实现电动车与EVSE 之间的安全、自动化通讯（如Plug & Charge、双向电力流）	确保电力电子设备在电压跌落、谐波失真及其他干扰下正常运行	提供逆变器安全、反孤岛保护及应对电网干扰的要求	确保分布式能源资源与电网安全稳定互连
关键特性	– Plug & Charge 身份认证 – 双向通讯 – 加密讯息传输 – 动态负载管理 – 支持V2G/V2H	– 浪涌抗干扰 – 谐波分析 – 电压跌保护 – 频率变化处理	– 反孤岛保护 – 穿越能力 – 对电网干扰的响应	– 电压与频率穿越 – 无功功率支持 – 电网监控
测试与合规性	利用EV 模拟平台、身份认证软体及协议分析仪对EVSE 进行合规性测试	利用网模与电力干扰分析仪（例如RPS-5000 再生网模拟器）进行测试	通过专用的逆变器测试平台及安全验证流程进行认证	针对分布式能源资源的电网互连进行测试，确保其兼容性
应用领域	电动车充电网络、智慧电网整合、车对网应用	可再生能源系统、工业电子、电源供应器	太阳能光伏、储能系统、微电网	智慧电网、电动车充电枢纽、分布式能源系统
挑战	– 确保不同制造商间的兼容性 – 管理网路安全风险 – 测试设置复杂	– 满足严格的电磁相容性要求 – 精确模拟电网干扰	– 解决反孤岛问题 – 应对电网快速干扰	– 协调各地不同的电网规范 – 维持分布式系统的电能稳定
主要结论	着重于实现安全自动化通讯，具备Plug & Charge 和双向电力流等先进功能，对现代EV 生态系统至关重要	强调电能品质与电磁相容性，对保护电网基础设施具有重要作用	聚焦于并网逆变器的安全与性能，支持可再生能源的整合	为分布式能源与电网安全稳定互连提供框架，确保电网运行的可靠性

 

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5. 测试方法与设备

确保充电器符合ISO 15118 要求需要先进的测试方法与专用设备。以下是测试流程中的几个关键部分：

5.1. 模拟平台与软体

制造商利用模拟平台重现电动车与电网的真实工作条件，用以测试：

• 通讯协议：
  模拟讯息交换与错误处理，确保严格遵循ISO 15118。
• 安全功能：
  模拟数位凭证交换与安全启动流程。
• 互通性：
  模拟各种电动装置及充电场景与验证兼容性。

更多详情请参阅数据中心电源测试页面。

5.2. 先进的电网模拟设备

其中最关键的设备之一为RPS-5000再生网络模拟器，该设备可模拟：

• 电压波动与频率变化：
  测试EVSE在不同电网条件下的响应。
• 谐波失真：
  确保微生物能保持稳定的电能质量。
• 瞬态事件：
  评估交换机在突发电网干扰时的动态响应。

5.3. AC/DC电子负载与程控电源

设备如Model S高功率精密程控电源与Model L再生AC/DC电子负载用途：

• 负载测试：
  模拟不同负载状况来测量充电器性能。
• 功效测量：
  评估能量转换与整体效率。
• 安全评估：
  验证设备在安全电气参数下运行。

5.4. 网络连接安全测试工具

由于 ISO 15118 的通讯安全至关重要，专用工具用于：

• 渗透：测试
  识别系统中可能存在的漏洞。
• 资费及TLS分析：
  确保加密机制与数位资费管理的可靠性。

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6. ISO 15118 合规性测试的挑战

尽管ISO 15118设计先进优点且明显，其合规性测试仍面临一些挑战：

6.1. 技术复杂性

ISO 15118 的多层协议栈涵盖加密、动态负载管理及先进通讯。测试这些功能依赖高端且常用的定制模拟平台和测试设备。

6.2. 互通性

保证来自不同厂商的EVSE产品能够实现无缝通讯是一个巨大的挑战。硬体与软件实现上的差异要求进行全面的互通性测试，以保证全球用户的无缝体验。

6.3. 网络安全问题

由于ISO 15118核心存在自动化身份认证与安全设备，必须防御各种网络威胁。对数字权限和加密通讯进行严格的安全评估是必要的。

6.4. 网络连接性

结构电力传输（V2G/V2H）的测试带来了独特的挑战。充电器必须在模拟电网条件下（包括电压波动与频率变化）进行验证，以防止电网瘫痪。

6.5. 成本问题

先进设备测试的采购与维护成本，以及开发专用模拟软件的费用可能十分高昂。制造商必须在确保产品可靠合规与市场竞争力之间取得平衡。

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7. 未来发展与趋势

随着电动汽车产业的进一步成熟，排放趋势和技术革新将影响ISO 15118及其更换合规性测试的未来：

7.1. ISO 15118-20 的进展

即将发布的 ISO 15118-20 预计将带来：

• 增强网络安全：
  进一步改进数字基础设施管理和加密协议。
• 更快的身份认证：
  降低充电会话启动延迟。
• 扩展无线充电支持：
  更好的集成感应充电协议。
• 改进V2G功能：
  提供更坚固的能量传输机制。

7.2. 与智慧网络整合

智慧电网技术的发展正在改变电动汽车充电系统与电网的互动。未来的EVSE将可能结合实时数据分析与动态负载管理，以优化能源利用并支持电网稳定。

7.3. 人工智能与机器学习

人工智能在充电网络中的应用将带来：

• 预测性分析：
  预测电网状况并动态调整充电参数。
• 能源分配优化：
  利用机器学习高效管理多充电站间的能量流动。
• 维护预警：
  预测设备故障，缩短时间。

7.4. 全球标准努力

各界正努力使ISO 15118与DIN SPEC 70121、CHAdeMO及OCPP等标准良好发展，进一步简化全球互通性，推动统一的电动汽车充电解决方案。

7.5。 先进测试设备的作用

随着产品电网条件极度复杂，下一代网模与程控电源等测试设备将确保EVSE在极限条件下亦能保持稳定。更多先进应用案例请参见工业与航空航天电源系统案例研究页面。

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8.案例研究与实际应用

实际案例展示了ISO 15118的应用成效及其合规性测试中的挑战，以下为几个典型案例：

8.1. 电动汽车充电基础设施推广

某大型充电站制造商全面导入ISO 15118，利用模拟平台与RPS-5000再生网模拟器进行测试，达成：

• 验证跨品牌互通性
• 安全实现Plug & Charge，大象人工认证
• 确定V2G运行中电力流稳定

此次推广成功提升了用户满意度与市场接受度，充分展示了严格合规性测试的价值。

8.2. 可再生能源整合

某能源供应商将符合ISO 15118的充电站纳入可再生能源微电网，测试重点负载动态负载管理和局部供电，使电动车累计激增剩余能量倍增电网反馈。该项目展示了：

• 提升能源利用效率
• 改善网络稳定性
• 更好支持可再生能源

更多相关案例请参阅可再生能源测试解决方案 – 案例研究页面。

8.3. 数据驱动的充电优化

大型充电枢纽及数据中心正利用数据分析与人工智能优化运营。跨越整合ISO 15118协议与先进的监控系统，这些设施能够：

• 实时追加充电服务
• 預測網絡波動
• 动态调整充电速率以提高效率并降低功耗

更多资讯请参阅数据中心电源测试页面。

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結論

ISO 15118正在革新电动汽车充电领域，通过提供一个标准化、安全且高度互通的通讯框架，重新定义了用户体验。其先进功能（例如即插即充、一体式电力传输及动态负载管理）为系统可靠性和用户便捷性树立了新标杆。严格的合规性测试确保了充电基础中的每个组件均设施达到最高的性能、安全与互通性标准。

本文详细介绍了ISO 15118的技术与实际应用，并与其他监管标准进行了比较，同时阐述了测试方法及未来发展趋势。由Infinipower等业界领先者提供的先进测试解决方案，制造商可自信地开发符合全球标准的EVSE产品，支持下一代可持续运输运输发展。

随着行业迈向更高的标准化与智慧电网的普及，ISO 15118支撑其运行的严格测试以及电网测试将变得愈发重要。从制造商到运营者，各方必须持续投资于先进的测试技术及标准化合作，以确保建立一个安全高效的电动汽车充电生态系统。

参考文献