IEC 61851 - Low-Level Communication

Die Norm ist in mehrere Teile gegliedert, die sich jeweils auf einen anderen Aspekt des Ladens von Elektrofahrzeugen konzentrieren:

IEC 61851-1: Dieser Teil enthält allgemeine Anforderungen an konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge und behandelt die grundlegenden Themen Sicherheit, Funktionalität und Interoperabilität.
IEC 61851-21: Dieser Teil befasst sich mit den Anforderungen an Elektrofahrzeuge für den konduktiven Anschluss an eine AC/DC-Versorgung. Er ist weiter in zwei Teile unterteilt:

IEC 61851-21-1: Behandelt die bordeigenen Messgeräte für Elektrofahrzeuge (EV) zur Messung der vom Netz zum Fahrzeug übertragenen Elektrizität.
IEC 61851-21-2: Konzentriert sich auf die Anforderungen an den fahrzeuginternen Stromversorgungskreis für den Anschluss an die Ladestation.

IEC 61851-22: Dieser Teil spezifiziert die Anforderungen an die Ladestation für Elektrofahrzeuge und umreißt die Prüf- und Sicherheitsanforderungen für die Ausrüstung.
IEC 61851-23: Dieser Teil definiert die digitale Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und der elektrischen Fahrzeugversorgungseinrichtung für das Gleichstromladen.
IEC 61851-24: Dieser Teil befasst sich mit der digitalen Kommunikation zwischen einer DC-EV-Ladestation und einem Elektrofahrzeug zur Steuerung des DC-Ladens.

Die Norm IEC 61851 ist von zentraler Bedeutung, um sicherzustellen, dass Ladestationen und Fahrzeuge für Elektrofahrzeuge hersteller- und länderübergreifend kompatibel und sicher sind. Sie zielt darauf ab, die breite Einführung von Elektrofahrzeugen zu fördern, indem sie einen einheitlichen Rahmen für die Ladeinfrastruktur bietet. Aus diesem Grund legt sie vier Lademodi fest (siehe Tabelle Lademodi)

Tabelle Lademodi

Lademodus	Beschreibung
Lademodus 1	In diesem Modus wird das EV direkt an eine Haushaltssteckdose angeschlossen.
Lademodus 2	Für den Lademodus 2 wird ein spezielles Ladekabel verwendet, das mit einer kabelinternen Kontroll- und Schutzvorrichtung (IC-CPD) ausgestattet ist.
Lademodus 3	In diesem Modus wird eine spezielle EVSE zusammen mit dem EV-Bordladegerät verwendet. Der Wechselstrom von der Ladestation wird an die bordeigene Schaltung weitergeleitet, um die Batterie zu laden. Um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten, werden mehrere Kontroll- und Schutzfunktionen eingesetzt, darunter die Überprüfung der Schutzerdung und der Verbindung zwischen EVSE und EV.
Lademodus 4	Dies ist der einzige Lademodus, der ein externes Ladegerät mit einem Gleichstromausgang umfasst. Der Gleichstrom wird direkt an die Batterie geliefert und das bordeigene Ladegerät wird umgangen. Dieser Modus kann mehrere Hundert Volt Gleichspannung mit einem maximalen Strom von 400 A liefern. Die hohe Leistung in diesem Modus erfordert ein höheres Maß an Kommunikation und strengere Sicherheitsmerkmale.

Was die primäre Kommunikation zwischen der EVSE und dem EV betrifft, so spezifiziert die IEC 61851-1 eine zustandsbasierte Kommunikation über den CP- Verbindungskontakt. Die PP-Verbindung liefert Informationen über die Kapazität der Leitung zwischen EVSE, sowie die Information, ob ein Auto bzw. Kabel gesteckt ist.

Diese zustandsbasierte Kommunikation auf dem CP-Anschluss sieht sechs Zustände auf verschiedenen Spannungsniveaus vor, die die Ladebereitschaft von EVSE und EV repräsentieren. Die Zustände (Stati) sind in der unteren Tabelle IEC 61851 Kommunikationszustände aufgeführt.

Tabelle IEC 61851 Kommunikationszustände

Status	CP-Spannungspegel	Beschreibung
Status A	+ 12V	EV nicht verbunden
Status B	+ 9V	EV angeschlossen; EV nicht bereit
Status C	+6V	EV angeschlossen; EV bereit zum Laden; ohne Belüftung
Status D	+3V	EV angeschlossen; EV bereit zum Laden; mit Belüftung
Status E	+0V	Fehlerzustand (z. B. Energiemangel aus dem Netz)
Status F	-12 V	Erzwungen durch die Ladestation, z. B. aufgrund von Wartungsarbeiten

Zusätzlich zu den verschiedenen Spannungspegeln liefert der ESVE ein PWM-Signal mit einem bestimmten Tastverhältnis. Eine Übersicht über die verschiedenen von der IEC 61851 spezifizierten Tastverhältnisstufen ist unten dargestellt.

Tabelle IEC 61851 Tastverhältnisstufen (Duty Cycle)

Duty Cycle D in %	Maximal zulässiger Strom	Beschreibung
D < 3 %	0 A	Ungültig
3 % ≤ D ≤ 7 %	HLC	Eine nominale Einschaltdauer von 5% signalisiert die High-Level-Kommunikation nach ISO 15118 / DIN 70121. Eine Leistungsaufnahme in diesem Tastverhältnisbereich ohne diese Kommunikation ist nicht zulässig.
7 % ≤ D < 8 %	0 A	Ungültig
8 % ≤ D < 10 %	6 A	Einige Fahrzeuge nutzen diese Einschaltdauer, um einen niedrigen Strom von D x 0,6 A zu verwenden, d. h. 4,8 A bis 6 A.
10 % ≤ D ≤ 85 %	D x 0,6 A	6 A bis 51 A
85 % < D ≤ 96 %	(D - 64) x 2,5 A	51 A bis 80 A
96 % < D ≤ 97 %	80 A	Maximaler Wert
97 % < D ≤ 100 %	0 A	Ungültig

Nachdem die EL6761 erkannt hat, dass die CP-Leitung mit dem EV verbunden ist, hat der Kunde die Möglichkeit, über 0x7001:16 Setpoint Current die PWM zu manipulieren.

Das Setzen des Signals auf „0“ führt zu einer PWM von 0% und ein Laden ist nicht möglich. Der Wert kann nur vor dem Einstecken gesetzt werden, um anzuzeigen, dass sich die EVSE im Wartungszustand befindet. Jeder andere gültige Wert für dieses Signal führt zu einer PWM von 100 %, wenn die EVSE nicht angeschlossen ist.

Wenn die Klemme mit einem EV verbunden ist, führt das Setzen des Signals auf „1“ zu einer PWM von 100 %, während das Setzen des Signals auf „2“ HLC zu einer AC-High-Level-Kommunikation (PWM von 5 %) führt. Jeder Wert zwischen „2“ und „60“ wird ignoriert. Jeder Wert zwischen "60" und "800" wird gemäß obiger Tabelle berechnet und Werte über "800" werden ignoriert.

Die Einheit dieses Wertes ist [A] mit einem Faktor von 0,1 der Werte (von 60 bis 800). Wird das Signal während des Ladevorgangs auf „0“ gesetzt, wird der Ladevorgang abgebrochen. Der Ladevorgang kann jedoch jederzeit wieder aufgenommen werden, indem 0x7001:16 Setpoint Current auf einen gültigen Wert gesetzt wird, ohne dass der Stecker gezogen werden muss.

Beispiel: Wird der Wert „250“ über 0x7001:16 Setpoint Current gesendet, bedeutet dies einen maximalen Strom von 25 A pro Phase und entspricht einem Tastverhältnis von 41 % gemäß der Berechnung in der vorherigen Tabelle. Das Tastverhältnis wird dann automatisch von der Klemme berechnet und gesetzt.

Um eine Ladeverbindung zwischen EVSE und EV herzustellen, ist in der unteren Abbildung ein beispielhafter Kommunikationsablauf dargestellt.