فهرست مطالب

مقدمه

در سطح ملی، تمامی ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی توسط یک یا چند مرکز کنترل تحت نظارت 24 ساعته هستند. این نظارت شامل مونیتورینگ وضعیت ایستگاه و همچنین تغییر پارامترهایی همچون تنظیم ماکزیمم توان هر ایستگاه بر پایه «تقسیم بار» (Load Sharing) شبکه سراسری و همچنین تعیین تعرفه هزینه شارژ می‌باشد. حال اگر ارتباط بین یک ایستگاه شارژ خودروهای برقی و مرکز کنترل را به یک گفتگوی دونفره تشبیه کنیم، باید دوطرف گفتگو به یک زبان مشترک صحبت نمایند تا منظور یکدیگر را بفهمند. در این مثال، «پروتکل شبکه شارژ OCPP» مانند زبان مشترک این گفتگوست تا تبادل اطلاعات بین ایستگاه شارژ و مرکز کنترل امکان‌پذیر گردد. توجه نمایید که تجهیزات یک ایستگاه شارژ که خود شارژرها بارزترین نمنه آنهاست، ممکن است که ساخت سازندگان متفاوتی باشند. از این رو داشتن پروتکل مشترک جهت ارتباط تمام تجهیزات با یکدیگر الزامیست.

در این مطلب، به تاریخچه، کاربردها و جزییات فنی پروتکل ارتباطی OCPP می‌پردازیم.

پروتکل شبکه شارژ OCPP

همانطور که در شبکه‌های مخابراتی، گوشی‌های موبایل تحت پروتکل‌های قدیمی مانند GMS و CDMA و GPRS و در ادامه پروتکل‌های نسل 4G و در نهایت 5G یعنی LTE و NR با شبکه در تعامل هستند، ایستگاه‌های شارژر خودروهای برقی با پروتکل شبکه شارژ OCPP (مخفف Open Charge Point Protocol) در ارتباط دوطرفه هستند. این بستر ارتباطی به موازات افزایش تعداد خودروهای برقی و در نتیجه افزایش نیازمندی‌های ارتباطی، به مرور در نسل‌های مختلف تکامل یافته‌اند.

تجهیزات مانند شارژرهایی که دارای گواهی تأییدیه این پروتکل (OCPP Certificate) باشند، اجازه استفاده از لوگو به شکل زیر را دارند:

لوگوی پروتکل شبکه شارژ OCPP

شکل 1 – لوگوی پروتکل شبکه شارژ OCPP

تاریخچه پروتکل شبکه شارژ OCPP

کشور هلند همواره جزء پیشروان حفظ محیط زیست و توسعه پایدار تکنولوژی‌های دوستدار طبیعت محسوب می‌گردد. در این راستا با شروع توسعه استفاده از خودروهای برقی، در سال 2009 سازمان «اپراتورهای سیستم توزیع» (DSOs مخفف Distribution Systems Operators) که وظیفه مدیریت شبکه برق هلند را بر عهده دارد، تصمیم به احداث 10000 جایگاه شارژ خودروهای برقی گرفت. جهت سرعت بخشیدن به این موضوع و جلوگیری از انحصار، سازمان DSOs می‌بایست تجهیزات لازم برای این تعداد زیاد از ایستگاه‌های شارژ را از سازندگان مختلف تأمین می‌نمود. اما اگر سازندگان مختلف تجهیزات خود را با استانداردهای ارتباطی مختلف می‌ساختند، امکان ارتباط بین «ایستگاه شارژ» (CS مخفف Charging Station) و «مرکز کنترل ایستگاه‌های شارژ» (CSMS مخفف Charging Stations Management System) ممکن نمیشد. بنابراین DSOs سازمان تحقیقات غیرانتفاعی ElaadNL را با هدف توسعه زیر ساخت ارتباطی لازم بین سازندگان تجهیزات مختلف ایستگاه‌های شارژ و مراکز کنترل تشکیل داد.

چون تا آن زمان هیچ پروتکل ارتباطی اختصاصی به منظور مدیریت ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی وجود نداشت، این سازمان تحقیقاتی تصمیم به توسعه یک پروتکل مشترک به این منظور گرفت و نام OCPP را بر آن نهاد. از ابتدا تصمیم بر آن شد که دسترسی به «کد منبع» (Source Code) این پروتکل رایگان باشد تا برنامه‌نویسان در سراسر دنیا بتوانند به راحتی و بدون صرف هزینه در توسعه این پروتکل مشارکت نمایند و واژه باز (Open) در ابتدای نام بدین مفوم اشاره دارد.

با افزایش تعداد سازندگان تجهیزات ایستگاه‌های شارژ و مراکز کنترل مربوطه و تنوع بیشتر نیازمندیها، در سال 2014 سازمان ElaadNL مدیریت OCPP را به تشکل OCA (مخفف Open Charge Alliance) ارتقاء داد که در حال حاضر شامل شرکت‌های زیر می‌باشد:

  1. ElaadNL
  2. ESB
  3. Shell Recharge
  4. Pionix Gmbh
  5. ChargePoint

نسخه‌های مهم

شکل 2 سیر تکامل نسخ پروتکل شبکه شارژ OCPP را نشان می‌دهد:

نسخه‌های پروتکل شبکه شارژ OCPP

شکل 2 – ورژن‌های پروتکل شبکه شارژ OCPP

از ورژن پایه OCPP1.0 که در سال 2010 توسعه یافت تا ورژن فعلی OCPP2.1 مربوط به 2025، نسخه‌های زیر نقاط عطف تاریخی OCPP محسوب می‌گردند:

OCPP 1.6

اصلاحات زیر در ورژن 1.5 در سال 2015 سبب گردیدند که OCPP 1.6 به یک استاندارد فراگیر بدل شود:

  • بر هر دو پایه JSON (مخفف Java Script Object Notation) و SOAP (مخفف Simple Object Access Protocol) سازگار با XML
  • مدیریت لیست‌های محلی (Local List Management)
  • عملکردهای شارژ هوشمند مانند «توازن بار» (Load Balancing) و پروفایل شارژ
  • درخواست‌های ارسال پیام‌هایی مانند زمان و وضعیت شارژ
  • رفع نقایص نسخه 1.5 و سایر بهبودهای جزیی نسبت به آن

لازم به ذکر است که این نسخه با تمام نسخ قبلی سازگار است.

OCPP 2.0.1

در سال 2020 نسخه OCPP 2.0.1 با اصلاحات زیر جایگزین ورژن 1.6 گردید:

  • اضافه شدن ویژگی Device Management جهت انجام تغییرات کامل پارامترهای یک ایستگاه شارژ و نظارت بر آنها
  • بهبود فرآیند انجام تراکنش بانکی
  • ارتقای امنیت نرم‌افزاری
  • بهبود ویژگی‌های شارژ هوشمند (مانند لود بالانسینگ)
  • پشتیبانی از ویژگی شارژ دوطرفه V2G (مخفف Vehicle to Grid) بر پایه استاندارد ISO15118 
  • سایر بهبودهای جزیی بر پایه درخواست‌های مصرف‌کنندگان

دو نکته حایز اهمیت درباره OCPP 2.0.1 عبارتند از:

  1. این نسخه دارای ویژگی Backward Compatibility نیست. یعنی با نسخه 1.6 و قبل از آن سازگاری ندارد.
  2. در سال 2024 انجمن بین‌المللی IEC (مخفف International Electrotechnical Commission) ویرایش سوم آن یعنی OCPP 2.0.1 ed3 را به عنوان استاندارد IEC-63584 پذیرفت که جایگاه این پروتکل را به عنوان مبنای ارتباطی تجهیزات شارژ خودروهای برقی استوارتر نمود.
OCPP 2.1

در سال 2025 بر پایه بازخوردهای دریافتی از اعضای OCA، نسخه OCPP 2.1 با بهبودهای زیر نسبت به نسخه 2.0.1 توسعه یافت:

  • پشتیبانی کامل از استاندارد ISO15118-20 برای انتقال توان دوطرفه (Bi-Directional Power Transfer)
  • بلوک عملکردی (Functional Block) جدید برای پشتیبانی از هر سر سه مد V2X (شامل V2L و V2H و V2G)
  • بلوک عملکردی جدید برای پشتیبانی از «منابع انرژی توزیع شده» (DER مخفف Distributed Energy Resources)
  • بهبود فرآیندهای شارژ هوشمند (Smart Charging) از طریق توزیع انرژی بهینه بین ایستگاه‌های شارژ
  • تعریف تراکنش بانکی پرداخت هزینه شارژ بر پایه نرخ ثابت، میزان انرژی دریافتی یا زمان. همچنین، بازیابی تراکنش‌ها بعد از Forced Reboot میسر گردید.
  • پشتبانی از ویژگی «جابجایی باتری» (Battery Swapping) برای خودروها و موتورسیکلت‌های دو و سه‌چرخه دارای این قابلیت
  • پشتیبانی از محاسبه هزینه شارژ به صورت محلی (Local)
  • اضافه‌شدن روش‌های پرداخت جدید شامل:
    • کارت‌های اعتباری (Prepaid) با لحاظ فرانرفتن هزینه شارژ از موجودی کارت
    • اتصال مستقیم Ad Hoc به ترمینال کارت اعتباری (Credit) یا کارت پیش‌پرداخت (ِDebit)
    • Dynamic QR Code
  • سایر بهبودهای جزیی

لازم به ذکر است که این نسخه دارای ویژگی Backward Compatibility با نسخه 2.0.1 می‌باشد.

کاربرد عملی پروتکل شبکه شارژ OCPP

چک وضعیت

فرض کنید در اپلیکشین جامع شارینت با روشن نمودن مکان‌نما (Location) گوشی موبایل خود، مکان نزدیکترین ایستگاه شارژ را پیدا نموده‌اید. سپس در این اپ وضعیت در دسترس یا اشغال بودن شارژرهای دارای کانکتور GB/T یا CCS2 را چک و یکی از این دو نوع شارژر را بر حسب نوع پورت شارژ خودروی خود رزرو کرده‌اید. در این هنگام سایر رانندگانی که مشغول چک کردن وضعیت شارژرهای آن ایستگاه هستند، مشاهده خواهند نمود که وضعیت شارژر رزرو شده شما از «در دسترس» به «اشغال» یا «در حال شارژ» تغییر کرد. پس از پایان شارژ نیز می‌توانید از طریق همین اپ، هزینه انرژی مصرفی بر حسب کیلووات-ساعت را پرداخت نمایید.

توازن بار

«مرکز کنترل سراسری ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی ایران» (واقع در شرکت «مکو» عضو گروه «مپنا») می‌تواند وضعیت تمام ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی سراسر کشور که توسط این شرکت نصب شده‌اند را از لحاظ توان مصرفی چک نماید. حتی در صورت نیاز و بر اساس وضعیت ناترازی که اکنون در شبکه سراسری برق ایران از لحاظ کمبود تولید نسبت به مصرف داریم، نسبت به کاهش توان تحویلی یا حتی خاموش‌نمودن یک ایستگاه در صورت خرابی اقدام نماید. البته کاهش توان به صورت خودکار بر پایه توابع «توازن پویای بار» (Dynamic Load Balancing) نیز انجام می‌پذیرد.

به عنوان مثال، فرض کنید شرکت توانیر بر حسب ضرورت الزام می‌نماید که جمع توان تمام 100 ایستگاه‌ شارژ خودروهای برقی موجود در ایران شامل 300 شارژر نباید بیش از 100 مگاوات گردد. حال وقتی یک خودروی برقی وارد یک ایستگاه شده و شروع به شارژ نماید، توان مصرفی از سهمیه توان شارژرهای همان ایستگاه و همچنین شارژرهای سایر ایستگاه‌های شارژ سراسر ایران کم می‌گردد تا کماکان جمع توان مصرفی از 100 مگاوات فراتر نرود. به همین دلیل است که می‌بینید یک شارژر با توان نامی 60 کیلووات، در ساعات پیک بار در فصل تابستان حتی 30 کیلووات نیز خروجی نمی‌دهد. اما همان شارژر در ساعات غیر پیک فصل زمستان دقیقاً 60 کیلووات خروجی می‌دهد.

پرداخت هزینه شارژ

در نهایت پس از پایان شارژ می‌توانید با استفاده از از یکی از دو روش پرداخت از طریق کارت شارژ اعتباری پیش‌پرداخت (Prepaid) یا از طریق اسکن QR Code داخل اپ شارینت، هزینه شارژ را پرداخت نمایید. این هزینه می‌تواند به صورت نرخ ثابت یا بر پایه ساعت شبانه‌روز یا میزان کیلووات-ساعت مصرفی، متغیر باشد.

تمام فرآیندهای فوق شامل نظارت، تغییر پارامترها و همچنین ارتباط با شبکه بانکی کشور بر بستر پروتکل شبکه شارژ OCPP انجام می‌گردند.

ساختار

در مدل OSI (مخفف Open Systems Interconnection)، پروتکل شبکه شارژ OCPP در لایه هفتم یعنی «لایه کاربردی» (Application Layer) قرار دارد.

شکل 3 مدل سه لایه ( Three-Tier Model) شبکه OCPP را به شرح زیر نشان می‌دهد:

مدل 3 لایه شبکه OCPP

شکل 3 – مدل سه لایه شبکه OCPP

در مثال این شکل، سیستم مدیریت ایستگاه شارژ (CSMS مخفف Charging Stations Management System) دو ایستگاه شارژ را مدیریت می‌نماید. هر ایستگاه نیز دارای دو شارژر (EVSE مخفف Electric Vehicle Supply Equipment) و هر شارژر دارای دو کانکتور است. لازم به ذکر است که این کانکتورها می‌توانند هر دو از نوع   GB/T یا Type 2 یا یکی از هر کدام باشند. همچنین، در این شکل امکان استفاده از دو کانکتور به صورت همزمان نیست. یعنی در صورت شارژ یک خودروی برقی توسط یکی، خودروی دوم می‌بایست منتظر پایان شارژ خودروی نخست بماند. اما شارژرهایی نیز با امکان شارژ همزمان دو و حتی سه خودرو نیز وجود دارند.

شکل 4 مدل اطلاعاتی (Information Model) پروتکل شبکه شارژ OCPP را نشان می‌دهد. این مدل به چند تابع (Function) به شرح زیر تقسیم می‌گردد:

  • تراکنش‌های مالی
  • شارژ هوشمند (لود بالانسینگ و پروفابل شارژ)
  • اندازه‌گیری متغیرها
  • امنیت شامل فهرست کاربران و مجوزها
  • ارتباطات
  • زمان‌بندی
بلوک دیاگرام توابع عملکردی شبکه OCPP

شکل 4 – بلوک دیاگرام توابع عملکردی شبکه OCPP

تفاوت OCPP با OCPI

پروتکل شبکه OCPI مخفف Open Charge Point Interface به رانندگان خودروهای برقی امکان جابجایی (Roaming) بین شبکه‌های مختلف شارژ را می‌دهد. این پروتکل توسط سازمان «EV Roaming Foundation» توسعه یافته است. در شکل 5 مقایسه این دو را ملاحظه می‌نمایید:

مقایسه پروتکل‌های ارتباطی OCPP با OCPI

شکل 5 – مقایسه پروتکل‌های ارتباطی OCPP با OCPI

به عنوان مثال در ایران دو نوع شبکه شارژ ایستگاه‌های خودروهای برقی توسط دو شرکت مپنا و ایکس‌ویژه وجود دارد که از نظر ساختار سازمانی و مالی کاملاً از یکدیگر مستقلند. حال فرض کنید که راننده یک خودروی برقی عضو شبکه شارژ مپنا به دلیل کم‌بودن درصد باتری، نیاز فوری به شارژ پیدا کند و نزدیکترین ایستگاه شارژ منعلق به شرکت ایکس‌ویژن باشد. در این صورت این راننده می‌تواند با استفاده از قابلیت Roaming پروتکل OCPI، در اپ شارینت متعلق به شرکت مپنا موقعیت مکانی و وضعیت دردسترس بودن ایستگاه‌های شارژ شبکه ایکس‌ویژن را ببیند و از نزدیکترین شارژر این شبکه استفاده نماید. در نهایت پس از پایان شارژ، هزینه آن نیز از طریق همین پروتکل ارتباطی بین شبکه‌ای OCPI از کارت شارژ اعتباری متعلق به شبکه مپنا کسر خواهد شد.

<p>در این مثال، به هر یک از شرکت‌های مپنا و ایکس‌ویژن یک EMSP مخفف e-Mobility Service Provider و به مالک هر ایستگاه شارژ یک CPO مخفف Charge Point Operator می‌گویند. در حقیقت با پروتکل OCPI ارتباط بین شبکه‌ای CPO های مختلف با EMSP های مختلف امکان‌پذیر می‌گردد.

نتیجه‌گیری

گسترش تعداد ایستگاه‌های شارژ که توسط شرکت‌های مختلف نصب می‌گردند و همچنین تنوع تجهیزات هر ایستگاه از سازندگان مختلف، لزوم ارتباط بین شبکه‌ای با پروتکل مشترک را برجسته می‌نماید. تجهیزات داخل یک شبکه شارژ از اتاق مرکزی کنترل (CCR مخفف Central Control Room) تا شارژرهای ایستگاه‌های زیر مجموعه آن شبکه از طریق پروتکل OCPP در ارتباطند. همچنین، در سطح بالاتر ارتباط بین شبکه‌های شارژ شرکت‌های مختلف و امکان جابجایی کاربران بین آنها به منظور استفاده از خدمات بین شبکه‌ای، به واسطه پروتکل OCPI امکانپذیرست.

مطالعه بیشتر