ISO15118-20. Design and implementation of bidirectional power transfer for V2X applications

In a world governed by economic interests without any care for our planet, where “the green lung” of the globe, the Amazonian Forest, has been burning for months and where air pollution and global warning are plagues upon our generations, it becomes difficult to propose and impose solutions to bring our planet back to life. Fortunately, there are plenty of movements who spend time and energy to raise awareness in people looking for solutions to these problems and fight for the planet to survive. In the last years, the usage of technologies as solar panels and wind turbines is luckily increased and we hope it is just the starting point for a massive expansion of these systems, nevertheless the introduction of these new forms of energy begins causing instability inside the electric grid. Since now, this phenomenon has been handled by appropriate bodies responsible for the supply of energy to compensate for any imbalances and it was possible due to the electric generator inertia, as it will be deeply discussed later; the problem with green energy is, indeed, that inertia does not belong to solar panel and wind turbines, so the bodies we mentioned before cannot take any action. The solution is Vehicle-to-Grid (V2G). The aim of this document is to introduce the reader to the Vehicle-to-Grid concept going through a deep presentation of all actors of the system, it will be explained the function of each of them and why this new technology is important nowadays. This thesis is written based on the idea of following the physical current flow describing all encountered devices, starting from the source of electric energy, passing through the suppliers and the way they manage and regulate the grid, reaching the battery pack inside each vehicle and the logic which takes under control their level. The reader will be introduced to norms which manage data and energy exchange between the Electric Vehicle (EV) and the EV Supply Equipment (EVSE) and it will be discussed about the impact of the new green energies and how they should correctly be integrated in our daily routine. In the last part of the document, there will be a presentation of the steps followed to build up an architecture useful to develop and test a new function of the EVSE: the Bidirectional Power Transfer (BPT).

In un mondo da anni in lotta contro l’effetto serra, il buco nell’ozono e la massiccia produzione di gas tossici derivati dalla combustione del petrolio, lo sviluppo di tecnologie green risulta fondamentale. Una di queste tecnologie su cui in questi anni si sta puntando molto è l’auto elettrica. Con l’avvento e la diffusione degli EV (Electric Vehicle, veicoli elettrici), non solo aumenterà la richiesta di energia che la rete dovrà soddisfare, ma diminuirà uno dei valori fondamentali che fino ad oggi ha consentito di intervenire tempestivamente sulla stabilità poiché introduce un ritardo nel sistema: l’inerzia di rete. L’attuale norma che regola il funzionamento delle ricariche EV in un contesto di V2G (Vehicle-to-Grid), la ISO15118, verrà aggiornata a breve normalizzando un concetto utile per abbassare i tempi di reazione della reta ad eventuali contingenze: il BPT (Bidirectional Power Transfer). Il BPT sarà un sistema che consentirà ad un veicolo elettrico collegato alla rete di interrompere il suo ciclo di ricarica e di invertire il flusso di corrente per favorire la rete; questo scambio sarà necessario solamente nei casi in cui la rete elettrica sarà in deficit e richiederà ai produttori una maggiore potenza. Lo scopo di questa tesi sarà quello di creare un simulatore di veicolo elettrico che sia abilitato al BPT e che abbia un’interfaccia grafica per la gestione dei parametri in tempo reale durante una sessione di carica; questo simulatore sarà utile ad S.&h., la società che ha ospitato il mio tirocinio, per testare la nuova generazione di stazioni di EVSE (EV Supply Equipment) che progetteranno nel prossimo futuro. Per fare ciò verrà modificato un software di simulazione di EV ed EVSE, RISEV2G, rispettando i vincoli imposti dalla norma ISO15118-2, affinché riconosca eventuali richieste di BPT e le gestisca; il software modificato verrà caricato su due microcontrollori che dovranno comunicare con dei moduli PLC, come previsto dalla norma, che a loro volta comunicheranno tra loro in quanto uno simulerà l’EV e l’altro l’EVSE. Nel documento verrà riassunta questa norma e quella di più basso livello, la IEC61851, verranno mostrati i componenti e spiegate le scelte prese e, infine, verrà mostrato un caso pratico di applicazione del V2G: una wallbox V2L.