«Poiché l’argomento del funzionamento, e malfunzionamento, delle colonnine è caldo e spesso viene usato per considerare il passaggio alla mobilità elettrica un problema _ ci scrive Paolo Casciello _ ho pensato di scrivere un articolo tecnico (spero non troppo) sul funzionamento del processo di ricarica». I lettori più assidui di Vaielettrico conoscono Paolo per i sagaci commenti con il nick Endyamar. Oggi lo scopriamo nella sua veste professionale di informatico. E noi lo ringraziamo.
di Paolo Casciello
Sono informatico, mi occupo di sistemi complessi, scalabilità e interoperabilità tra sistemi eterogenei da ormai quasi 25 anni.
Premetto che non lavoro direttamente nel settore charging, quello che segue è frutto della documentazione tecnica studiata sull’argomento e della mia esperienza in contesti simili. In calce vi saranno le fonti utilizzate.
Prima di tutto, parliamo degli standard
La nascita delle colonnine ha richiesto la creazione di protocolli condivisi, come si fa per qualsiasi cosa sul mercato, e la definizione di standard.
Attualmente lo standard de facto di praticamente tutti i sistemi di ricarica al mondo è l’OCPP, protocollo standard open sviluppato da Open Charge Alliance.
Open standard significa che è liberamente scaricabile (trovate i link nelle fonti) e quindi consultabile da chiunque. Del resto non ha nulla da nascondere. Significa che chiunque produca colonnine o strumenti del settore, può liberamente implementare il supporto a OCPP per poter comunicare con altri device o software compatibili.
Per chi non è abituato al concetto di “protocollo standard”, è come se fosse una lingua franca conosciuta e parlata da tutti gli attori del circuito di ricarica.
Abbiamo poi un altro standard, l’ISO 15118 che sta andando a sostituirsi al precedente IEC 61851. Questo è il linguaggio parlato tra il veicolo e la colonnina. Molto importante perché è in questo canale che si gioca l’effettiva ricarica e il tanto ambìto Plug&Charge, nonché il V2G.
Gli attori coinvolti e un po’ di glossario per non perderci.
Le colonnine (Charging Station) sono lo strumento che tutti conosciamo. Sono il nostro punto di contatto.
L’auto (EV) la colleghiamo al componente della colonnina chiamato EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment). Quest’ultimo gestisce i connettori (CCS2, TYPE2, ecc)
Il sistema di controllo delle colonnine (CSMS) è il sistema remoto dell’operatore della colonnina che “pilota” la colonnina e ne monitora lo stato.
Questa è la situazione più semplice in assoluto. Riassunta nello schema che segue che rappresenta schematicamente una installazione di 2 colonnine con 2 connettori.
Quindi, semplificando, la colonnina comunica con il sistema informativo dell’operatore della colonnina (il CSMS) che è, appunto, remoto. Per farlo necessita di una connessione dati, Internet insomma.
Tutto bello ma quando io arrivo alla colonnina cosa succede?
Ovviamente parliamo di colonnine a pagamento, quelle gratuite o casalinghe sono ovviamente una semplificazione di quanto vedremo.
La prima fase è l’autenticazione. E già qui può avvenire in due modi: app e rfid.
Sembrano simili ma in realtà sono opposti. L’autenticazione via App avviene da remoto: il CSMS dell’operatore invia alla colonnina un messaggio che la istruisce ad autorizzare il processo di ricarica. Viene comunicato un identificativo del processo di ricarica che la colonnina utilizzerà da quel momento in poi per comunicare al CSMS cosa accade.
Il dialogo fra colonnina e gestore
Quindi, semplificando, l’operatore dice alla colonnina “Inizia pure, l’ho autenticato io e il suo codice è XYZ”.
Prima di proseguire vediamo il caso RFID. In questo caso la colonnina comunica al CSMS il codice della carta RFID e il CSMS sa, secondo i suoi sistemi/accordi ecc, come associare l’account dell’utente alla RFID letta dalla colonnina.
A questo punto viene comunicata l’autorizzazione alla colonnina per iniziare la ricarica (o meno) e l’identificativo del processo di ricarica, come sopra.
E il dialogo fra colonnina e veicolo
Il processo di ricarica parte, la colonnina inizia a comunicare con il veicolo (usando il protocollo IEC 61851 o ISO 15118) e scorrono i preziosi elettroni per la nostra assetata batteria.
Durante il processo di ricarica la colonnina è autonoma e invia al CSMS aggiornamenti. Chiaramente queste informazioni non sono bloccanti e l’eventuale offline non è un problema.
Da remoto è possibile interrompere la ricarica, come nel caso di stop via App.
Nel caso di stop via RFID, la colonnina potrebbe essere, teoricamente, autonoma. Tuttavia molto spesso anche la richiesta di stop viene inviata al CSMS che la convalida.
Ma tutti noi sappiamo che se la colonnina è offline possiamo interrompere la ricarica comunque. Attenzione: non se la colonnina è spenta (si, il metodo c’è).
E nel caso di roaming? Quattro possibili problemi
In base a quanto esposto precedentemente, l’interoperabilità (roaming) avviene lato CSMS, quindi lato operatore. Tecnicamente è uno dei casi peggiori in quanto abbiamo 4 points of failure (cose che possono non funzionare): la colonnina, la connessione internet, l’operatore della colonnina, il proprio operatore.
Free To X, in quanto operatore wholesale, funziona soltanto in roaming, quindi l’ID della nostra scheda RFID deve essere inviato a Free To X che provvederà a inoltrarlo all’operatore con il quale abbiamo il contratto che a sua volta autorizza Free To X alla ricarica.
Dici POS o Carte di Credito? La complessità aumenta
Nel caso di POS, sia esso Bancomat o Carte di Credito, la complessità rispetto al caso base aumenta. La colonnina non si occupa della transazione. Anzi, si entra in un caso simile all’attivazione via App.
La colonnina è dotata di un terminale di pagamento, connesso a sua volta a Internet e all’istituto bancario / gateway di pagamento che lo controlla. Il terminale si occupa di autorizzare la transazione.
A questo punto il messaggio di autorizzazione viene inviato dal gateway di pagamento (avrete visto di sicuro sul territorio italiano i POS di Nexi, SumUp, ecc ecc. Ecco, questi sono i gateway di pagamento) il quale invia all’operatore della colonnina la conferma di pagamento legata alla colonnina. L’operatore tramite il suo CSMS invia alla colonnina l’attivazione della ricarica.
Si, rispetto all’app è più complicato perché introduciamo un ulteriore rischio di intoppo nella comunicazione dal POS al gateway e dal gateway all’operatore. Nel caso di app, il tutto si svolge già nel “regno” dell’operatore.
Con il contante un altro schema ancora (improbabile)
I più smaliziati e attenti (e pazienti per essere arrivati sino a qui) potrebbero notare che questo meccanismo potrebbe supportare anche il contante. Verissimo. Non fa una piega. Non è una casistica censita dal protocollo (almeno per ora) perchè rientra nel caso in cui la colonnina abbia la capacità di autorizzare autonomamente le proprie sessioni di ricarica.
In questo caso un terminale per la lettura del contante potrebbe comunicare alla colonnina la somma autorizzata e la colonnina, che può essere istruita tramite protocollo su quali siano le sue tariffe, potrebbe erogare un numero di kWh coerenti con la somma.
Sebbene fattibile, è poco pratica per la complessità che introduce lato operatore il dover gestire delle casse di denaro contante dislocate sul territorio. Pensiamo anche al rischio furti.
E la ricarica Offline??
Argomento interessante. Il protocollo la prevede. Una colonnina potrebbe essere autorizzata ad attivare una ricarica anche quando offline. Salvando nella propria cache locale i dati della RFID utilizzata.
Al momento del ritorno online, la colonnina invia a casa i dati delle sessioni offline così che l’operatore possa procedere alla rendicontazione.
Il vincolo di questa possibilità non è tecnico. L’operatore deve avere “fiducia” nei propri clienti. Se ci pensiamo, si tratta di autorizzare alla cieca, senza avere la certezza di poter poi incassare.
Trivia: ad Agosto 2023, in una delle giornate di bollino rosso per il traffico, per qualche ora EnelX pare abbia attivato questa modalità. Avendo un problema lato CSMS, tutte le colonnine autorizzavano la ricarica al passaggio della RFID anche senza comunicazione remota.
E il Plug & Charge? Dicono sia la manna. Ma…
E’ il più chiacchierato, il più ambito, il più invidiato. E’ il Plug & Charge!
Vero ma… andiamo con ordine.
Innanzitutto dove si colloca nello schema iniziale? Tra la macchina e la colonnina. E cosa fa di preciso? Semplice, l’autenticazione.
Ehi, aspetta, ma quindi è come usare la RFID??
Si. Ma con qualche limite in più. E possibilità in più.
Il protocollo definisce che la colonnina deve inviare al CSMS un identificativo dell’utente che inizia il processo di carica. Questo identificativo, è chiamato idToken.
Nel caso di Plug & Charge, questo token è di fatto un contract certificates. Purtroppo non è facile spiegarlo con parole semplici. Possiamo immaginarlo come un contratto, firmato digitalmente da una entità riconosciuta a livello internazionale, contenente i dati del vostro contratto con il vostro operatore (che deve comunque essere in roaming con l’operatore della colonnina).
E’ esattamente la stessa tecnologia del https nei siti Internet.
Grazie ad un amico proprietario di una VW (casa che ha implementato il P&C sulla rete Ionity) metto di seguito le foto della configurazione, lato vettura.
Nell’immagine si nota il campo “EMAID”: è l’identificativo del contratto con l’operatore, in questo caso ELLI, che viene inviato all’interno del contract inviato dalla vettura alla colonnina.
La colonnina non sa cosa farsene e può solo mandarlo al CSMS per validazione. Il CSMS verifica l’autenticità della firma del contratto e autorizza l’erogazione.
Ferma, ma così è uguale agli altri metodi.
Si. Esatto.
In realtà è peggio. Il protocollo chiarisce che la colonnina deve validare questa comunicazione. Quindi nel caso di P/C non è prevista la ricarica offline.
Ma non tutto è perduto: l’utente può comunque utilizzare gli altri metodi (app/RFID), uno dei quali potrebbe funzionare.
E questi sono i limiti, le possibilità in più quali sono? Nel token di cui sopra possono girare anche informazioni relative al pagamento. Teoricamente, potrebbero viaggiare anche gli estremi di pagamento, come una carta di credito.
In futuro vedremo se qualche operatore sfrutterà questa possibilità. Per ora è necessario un contratto a parte con l’operatore che si vuole usare o un operatore in roaming.
Dalla mia esperienza posso immaginare che, almeno in Europa, la cosa sia molto remota. In quanto i regolamenti per trattare dati di pagamento sono molto stringenti (e questo è un bene). Per gli addetti ai lavori mi sto riferendo alla compliance PCI DSS.
Conclusioni: è tutta questione di comunicazioni
L’argomento è più vasto di quanto ho trattato. Gli addetti ai lavori potrebbero contestare varie semplificazioni. Sono volute e necessarie per lo scopo del presente articolo.
La ricarica è un processo sia semplice che complesso. Semplice quando non richiede autenticazione, come nel caso delle nostre wallbox di casa. Complesso quando richiede un pagamento e la necessità di autorizzare l’operazione.
I disservizi che vediamo sono per la maggior parte dei casi dovuti alla parte “complessa”, alla necessità di comunicazione con l’operatore.
E’ inutile sperare in un miglioramento della situazione concentrandosi sul miglioramento dell’esperienza utente. Questa sarà di sicuro gradita ma la differenza la fa la capacità dell’operatore di gestire la comunicazione con la propria rete di colonnine. E’ solo qui che si gioca la partita.
Se tutto funziona bene, usare il plug & charge, la RFID e l’app sarà a piacere.
Non ho voluto citare Tesla e lascio ai lettori, alla luce di quanto esposto, capire a cosa sia dovuta la nomea dei Supercharger.
Fonti
- Open Charge Alliance https://www.openchargealliance.org/
- ISO 15118 https://www.iso.org/standard/77845.html
- IEC 61851 https://webstore.iec.ch/publication/33644
- Understanding advanced features and implementation in the context of ISO 15118: use cases and recommendations https://cdn.eurelectric.org/media/4563/20200709_eurelectric_features_and_implementation_of_iso15118_final-2020-030-0464-01-e-h-330B2A5B.pdf
Molto interessante nei contenuti ed equilibrato nell’essere tecnico ma leggibile ai più.
Ringrazio Paolo perché finora sono stato troppo pigro per cercami da solo le informazioni relative al mondo ricarica.
Confermo che il Plug&Charge di Tesla che viene da tutti additato come la panacea di tutti i mali in realtà nasconde un’insidia: la modalità di pagamento è associata alla macchina e non all’utilizzatore, se il veicolo è condiviso tra due persone, l’addebito non si può scegliere, è su di UNA carta di credito associata, indipendentemente da chi stia guidando (ognuno con la propria APP): vedi il caso di genitori/figli o coniugi che non condividono il conto o molto più facilmente, a chi ha una partita iva. Alla fine il metodo RFID vince su tutto (e nemmeno io capisco l’ossessione verso il POS, come se semplificasse le cose, anzichè aggiungere un ulteriore strato di problemi).
Ci ho capito veramente poco, perchè davvero non è la mia materia, ma entro la diciassettesima o diciottesima lettura conto di venirne a capo.
Nel mentre, ringrazio sentitamente.
Bellissimo articolo che chiarisce molte cose, complimenti!
Mi viene in mente una considerazione, forse semplifico troppo ma spero potrai chiarirmi la cosa. Non si potrebbe adottare l’auto autorizzazione della colonnina, che citi per il caso del contante, al pagamento con pos? In fondo l’unico limite che hai menzionato al contante è l’avere il cash sparso in giro, col pagamento pos si supera questo problema e con l’auto autorizzazione si elimina il passaggio verso l’operatore. Sarebbe come, anche qui semplificando, alle pompe di benzina self dove la colonnina del pos dopo la transazione sblocca il rifornimento.
Grazie.
Si. Nei casi citati nell’OCPP ci sono vari scenari. Uno dei quali è l’esempio di un parcheggio che offre ricarica, sbloccando la colonnina a partire da un lettore del ticket, che quindi invia lo sblocco alla colonnina.
Non vi sono limiti tecnici a fare quanto citi.
E’ quel che avviene anche con le casse nei negozi, con i distributori automatici ecc
Può essere anche un sistema centralizzato della “stazione di ricarica”: attacchi la presa e fai partire la ricarica da un totem centrale. Un sistema di questo tipo è in funzione a Sortimo Innovationspark in Germania.
Grazie. I distributori automatici era il primo esempio che mi era venuto in mente, poi ho fatto quello della pompa self che mi sembrava più pertinente. Da quello che dici mi sembra che sia il sistema migliore: si toglie uno dei “point of failure” che citi (che dovrebbero diventare solo due) e si toglie la dipendenza da app e abbonamenti.
Ma paghi a prezzo pieno la tariffa del gestore della colonnina. Non puoi usufruire di promozioni e/o sconti ecc ecc.
Da utilizzatore di bev, il sistema migliore ritengo sia la RFID. ne ho varie e scelgo quella che mi fa comodo.
Cosa impensabile con un distributore di carburante.
Vuoi un esempio con i distributori automatici? In Giappone puoi pagare con i contanti, con il contactless o con le IC Card.
Con le IC Card ti conviene.
(Le IC Card sono tipo delle rfid territoriali prepagate (anche se recentemente iniziano a essere anche non prepagate) per i trasporti, ce ne sono diverse in base alla zona ma sono interoperabili. ricorda qualcosa? 😀 )
Il pos è un buon fallback se vogliamo, appena sopra alla colonnina offline. Su questo mi tovi daccordo, almeno nelle stazioni importanti. Tipo FTX. Ho aiutato alcuni turisti in autostrada che non capivano come attivarle.
Bell’articolo bravo !
Mi permetto di fare una utile precisazione:
Se l’autenticazione avviene tramite lettore rfid io sblocco tutte le prese comandate da quel lettore e poi andrò a scegliere da quale caricare.
Se invece sblocco tramite app scelgo già quale presa attivare.
Vero. E’ un dettaglio implementativo della colonnina. Nulla vieterebbe di selezionare prima la presa che voglio e poi richiedere la rfid.
Ma la tua osservazione evidenzia uno dei problemi più noiosi nell’uso delle app: l’identificazione della colonnina quando ce ne sono diverse in linea. Vedi il caso FTX.
L’RFID semplifica anche questo.
via APP sono riuscito ad abilitare la colonnina Free to X dall’altro lato dell’autostrada (Casale Nord) (cambiava solo una cifra). Preferisco RFID.
Grazie comunque per la condivisione della conoscenza.
A mio avviso il metodo di pagamento ideale è l’RFID utilizzando il telefono. Posso avere molti RFID attivi e stabilire la priorità di utilizzo. Avvicino il telefono alla colonnina e avvio la ricarica col primo RFID. Se non funziona si passa automaticamente al secondo, terzo, ecc. Avvicino di nuovo il telefono e interrompo la ricarica. Massima affidabilità e semplicità di utilizzo. Le app sono più complicate da usare e sono utili se mi permettono di localizzare la colonnina. D’altra parte, in prospettiva, dovrebbe essere il software della mia vettura a farlo e quindi le app non servirebbero più. L’uso di tessere RFID mi impone di utilizzare un pacco di tessere, il che mi sembra insensato visto che ho il telefono che mi permette di gestirne mille senza problemi. Il plug and charge è una soluzione per sistemi chiusi come i supercharger di tesla. Se una sola azienda gestisce tutto funziona bene, ma con molti attori coinvolti tra reti di colonnine e fornitori di energia l’affidabilità è da verificare.
/// il metodo di pagamento ideale è l’RFID utilizzando il telefono \\\ Ma il vantaggio principale delle tessere fisiche non è proprio l’essere indipendenti dal telefono e relativi “rischi” (batteria scarica, mancanza di campo, …)
Ottimo articolo. Chiaro ed esaustivo.
Bravissimo Paolo, ottimo articolo che ho letto tutto d’un fiato con molto piacere.
Ciao Paolo (Casdciello? Non riesco a pronunciarlo, ci sarà un errore di battitura?),
mi fa sempre piacere conoscere i veri nomi dei membri della communty.
Grazie per l’articolo tecnico che, come i manuali, ho sempre preferito rispetto alla narrativa.
Hai fatto bene a semplificare, tanto all’utente spesso interessa solo il risultato, un po’ come al ristorante dove si apprezza il pasto rispetto al conto ma è meglio non conoscere a fondo la condizione della cucina
Vista adesso la d in eccesso 😉
Grazie Fares, si c’è un typo. 🙂
Come nel tuo esempio del ristorante, a volte nella cucina avvengono cose bellissime e c’è una cura maniacale. Altre volte… meno.
E a volte la confusione in cucina si rivede nel piatto. E’ davvero un’ottima similitudine. 🙂
Refuso corretto: il nome dell’autore è Paolo Casciello
Grazie Paolo per le spigazioni chiare e dettagliate.
Ho trovato molto utile il confronto tra le varie opzioni dei rischi di malfuzionamento. Se ho capito giusto, il metodo di attivazione/pagamento con meno rischi è qulllo basato sulla scheda RFID. Ho capito giusto?
Per l’opzione con attivazione tramite app, aggiungerei il rischio di insufficiente copertura (a me è capitato due volte) della rete mobile utilizzata dallo smartphone dell’utente.
Ho letto che l’operatore Fastned offre anche l’opzione “Autocharge”, che è diversa da Plug&Charge. Potrebbe spiegarci il funzionamento di questa opzione? Grazie.
Grazie.
Si gioca tutto su quanti “point of failure” abbiamo tra noi e l’autenticazione da parte del nostro operatore.
Esempio ottimale: abbiamo la RFID del gestore della colonnina. Può andare storto solo il lettore RFID e la comunicazione tra colonnina e gestore.
Roaming: si aggiunge il roaming e siamo a 3 possibili problemi.
Con l’app abbiamo la nostra comunicazione con il nostro operatore, la comunicazione della colonnina con il gestore e la comunicazione del gestore con il nostro in caso di roaming. Sono sempre 3 ma con una complessità superiore perchè dietro ai nostri problemi con l’app ci può essere un mondo, come hai citato anche tu.
Autocharge è una versione molto semplificata di Plug&Charge.
Provo a non dilungarmi troppo. Non c’è un contratto. La vettura viene identificata da un qualche tipo di codice univoco della vettura stessa.
La prima volta che si usa una colonnina la vettura invia questo codice, la colonnina la manda a casa per validazione. L’operatore dice che non lo riconosce e la colonnina chiede un nuovo metodo. A questo punto nel momento in cui passiamo la RFID o altro, il codice della vettura viene memorizzato come associato alla RFID. Quindi le volte successive, viene riconosciuta e autorizzata in automatico.
Chiaramente questo significa che diventa più difficile usare altri operatori rispetto al primo utilizzato (va supportato nel sistema operativo dell’auto). Significa inoltre che il sistema è meno sicuro del P&C perchè non ha una entità di verifica centralizzata del codice inviato dalla nostra auto.
Sono comunque simili. Vedremo in futuro come si evolverà.
PS: Autocharge è molto simile al funzionamento delle Tesla ai SuC a quanto mi risulta. Infatti non è, ancora, possibile scegliere chi paga la ricarica. Perchè è l’auto ad essere autenticata.