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Recharge VE : conformite IEC 61851, ISO 15118 et OCPP

Guide, recharge VE

Mettre sur le marche mondial un chargeur de vehicule electrique ou une borne de recharge traverse une pile de normes qui regissent l'interface physique, la communication numerique et le protocole back-office. IEC 61851 (exigences generales, AC et DC) definit les modes de charge, le comportement des connecteurs et le signal control pilot. ISO 15118 specifie la communication numerique vehicule-borne, dont l'identite Plug and Charge sur une infrastructure de cles publiques V2G et, dans ISO 15118-20, le flux de puissance bidirectionnel pour V2G ou V2H. OCPP, publie par l'Open Charge Alliance, structure la liaison back-office entre la borne et le systeme central. En Amerique du Nord, UL 2202, UL 2231 et UL 2594 prennent le relais, avec CTEP et NIST Handbook 44 pour la metrologie. Cette page cartographie les normes, les voies de certification (CE, UL, MID), la couche cybersecurite et les ecueils terrain recurrents.

La conformite recharge VE se situe au croisement de la securite electrique, de l'interoperabilite automobile, des telecommunications et de la metrologie. Plusieurs organismes publient les regles applicables, chacun avec un perimetre distinct.

OrganismePerimetreType de production
IEC TC 69Systemes de charge conductive, securite electrique, CEMSerie IEC 61851, IEC 61980 (sans fil), IEC 62752 (IC-CPD)
ISO TC 22 SC 31Communication numerique vehicule a reseauSerie ISO 15118
CENELEC TC 69XAdoption europeenne (EN IEC 61851, EN ISO 15118) pour marquage CENormes EN harmonisees sous LVD et EMC Directive
Open Charge AllianceProtocole back-office, borne vers systeme centralOCPP 1.6, OCPP 2.0.1, OCPI pour le roaming
ULSecurite produit Amerique du NordUL 2202, UL 2231-1, UL 2231-2, UL 2594, UL 2750
NIST et CTEPMetrologie US pour la charge factureeNIST Handbook 44, California Type Evaluation Program
CharINInteroperabilite industrielle, testivals, architecture CCSProtocoles de test, programmes de certification CCS, MCS, Plug and Charge
Hubject et autres operateurs PKIRacine de confiance V2G pour le Plug and ChargeV2G Root CA, sous-CA, certificats de contrat

Le plan de certification combine des cadres reglementaires obligatoires (marquage CE sous LVD, EMC Directive et RED si Wi-Fi ou cellulaire embarque ; listage UL en Amerique du Nord ; MID pour la facturation dans l'UE) et la conformite industrielle (CharIN, OCA, PKI V2G) qui est contractuellement obligatoire bien que non legalement requise.

IEC 61851-1 edition 3 (2017) est la reference de base des systemes de charge conductive. Elle definit les exigences de securite, de commande et d'interface physique communes a tous les modes.

ModeDefinitionUsage typique
Mode 1Connexion a une prise menagere standard, sans control pilot, sans protection dans le cableDeux-roues, vehicules legers en contexte residentiel, souvent interdit ou restreint sur les vehicules plus lourds
Mode 2Prise menagere standard avec boitier IC-CPD (In-Cable Control and Protection Device) selon IEC 62752, control pilot dans le boitierCable de secours livre avec la plupart des vehicules, jusqu'a 13 a 16 A
Mode 3Borne AC fixe avec control pilot et protections dans la borneRecharge AC publique et residentielle, 3,7 a 22 kW
Mode 4Recharge DC externe, chargeur exterieur au vehicule, le vehicule expose seulement un connecteur DC et une interface de communication numeriqueCharge DC rapide et ultra-rapide, 50 kW a 350 kW et au-dela

Les Modes 3 et 4 concentrent l'essentiel du travail de certification pour les infrastructures publiques. Le Mode 2 est couvert par IEC 62752 pour le boitier en cable lui-meme.

Le control pilot est un signal PWM sur un fil dedie (CP) entre la borne et le vehicule. Il porte deux fonctions : detection de presence et negociation du courant disponible. Le rapport cyclique encode le courant maximal que la borne est prete a delivrer ; le niveau de tension encode l'etat du vehicule (A : non connecte, B : connecte, C : pret a charger, D : pret a charger avec ventilation, E : erreur, F : borne indisponible). L'integrite de ce signal PWM est une source recurrente de defauts d'interoperabilite : derive d'amplitude, fronts lents, rebond de masse sur les bornes multi-prises.

TypeNormeDominance regionale
Type 1SAE J1772, monophaseAmerique du Nord (AC)
Type 2IEC 62196-2, mono ou triphaseEurope, une grande partie de l'Asie (AC)
CCS Combo 1IEC 62196-3, Type 1 plus broches DCAmerique du Nord (DC)
CCS Combo 2IEC 62196-3, Type 2 plus broches DCEurope (DC)
CHAdeMOIEEE 2030.1.1 et references IEC 61851-23Japon, en declin ailleurs
GB/TGB/T 20234, GB/T 27930Chine
NACSSAE J3400, ex-connecteur TeslaAmerique du Nord (norme emergente)
MCSMegawatt Charging System, en cours de normalisationVehicules lourds, IEC 61851-23-3 en cours

IEC 61851-21-2 (2018) specifie les exigences CEM des chargeurs externes, c'est-a-dire cote borne. Elle couvre les emissions conduites et rayonnees, l'immunite RF conduite, l'ESD, la surtension, le burst, les creux de tension, avec des conditions de test specifiques refletant la haute puissance et la frequence de commutation elevee des chargeurs modernes. Le cote vehicule est couvert par les normes CEM automobiles (CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452). Les deux se rencontrent au cable de charge, ou les courants de mode commun sur le bus DC haute tension sont une source connue d'emissions rayonnees.

IEC 61851-23 (2014) cible les bornes DC rapides. Elle ajoute des exigences specifiques par-dessus IEC 61851-1 : surveillance d'isolement avant mise sous tension du cable (Insulation Monitoring Device selon IEC 61557-8), detection de collage des contacteurs, sequence de montee en tension et rampe de courant, surveillance de temperature du cable sur les connecteurs refroidis au-dela de 200 A, et plan de test de la boucle de regulation du courant DC. Les travaux de l'edition 2 sont en cours pour s'aligner sur ISO 15118-20 et les systemes haute puissance MCS. L'edition 2014 reste la reference de certification pour la plupart des bornes CCS actuellement sur le marche.

ISO 15118-2 (2014) definit le protocole applicatif entre le controleur de communication vehicule (EVCC, Electric Vehicle Communication Controller) et le controleur cote borne (SECC, Supply Equipment Communication Controller). Elle utilise une communication par courants porteurs (PLC) sur le fil control pilot (Green PHY HomePlug GP), un schema XML serialise en format EXI (Efficient XML Interchange) et une couche de transport TLS 1.2 pour le Plug and Charge.

Le Plug and Charge est la fonction visible cote utilisateur : l'usager branche le cable, le vehicule et la borne negocient identite et autorisation via ISO 15118-2, et la session demarre sans badge RFID, application ni interaction avec un terminal de paiement.

Derriere cette experience, quatre briques sont necessaires.

  • V2G Root CA : racine de confiance de la PKI Plug and Charge. Plusieurs operateurs exploitent leur propre V2G Root (Hubject, autres) et les chaines sont mutuellement reconnues par une liste de confiance.
  • Certificat de contrat : provisionne dans le vehicule par un operateur de mobilite (eMSP), lie a un contrat de facturation.
  • Borne avec certificat serveur TLS : signe sous une sous-CA d'un V2G Root reconnu, capable d'effectuer des verifications OCSP sur le certificat de contrat.
  • Certificate Provisioning Service (CPS) : service back-office d'installation, mise a jour et revocation des certificats de contrat.

Une defaillance sur l'une des quatre (racine expiree, sous-CA mal signee, chaine de certificats tronquee dans le message EXI, serveur OCSP injoignable) casse silencieusement le Plug and Charge : l'usager voit un refus de session sans code d'erreur clair au tableau de bord. L'hygiene PKI est donc une partie critique du travail de conformite.

ISO 15118-20 (2022) est le successeur du protocole applicatif. Elle introduit le transfert d'energie bidirectionnel (V2G pour services reseau, V2H pour secours residentiel, V2L pour charge accessoire), le transfert de puissance sans fil, les modes de charge planifies et dynamiques, et plusieurs renforcements de cybersecurite (TLS 1.3, suites de chiffrement additionnelles, ameliorations de l'enrolment de certificats). ISO 15118-20 est destinee a coexister avec ISO 15118-2 pendant une periode de transition : la plupart des bornes annoncees aujourd'hui comme bidirectionnelles implementent ISO 15118-20 sur un couple vehicule-borne donne, tout en continuant a supporter ISO 15118-2 avec les autres vehicules.

Une revendication bidirectionnelle non adossee a une campagne de test ISO 15118-20 est une non-conformite cachee : le firmware peut afficher une capacite V2G, mais sans test d'interop au niveau protocole, la supervision de securite et le traitement des certificats n'ont pas ete valides.

ISO 15118-3 (2015) couvre la couche physique PLC sur le control pilot, dont le reseau de couplage, la bande de frequence (1,8 a 30 MHz) et la coexistence avec le PWM IEC 61851-1. L'interference entre la modulation du rapport cyclique PWM et la porteuse PLC est un risque d'integration connu : un couplage mal concu produit des erreurs binaires sur la PLC et force la borne a retomber sur la signalisation IEC 61851-1 basique, ce qui desactive silencieusement le Plug and Charge.

OCPP (Open Charge Point Protocol), publie par l'Open Charge Alliance, est le protocole entre une borne (Charge Point) et le back-office central (Central System). Son perimetre est independant de IEC 61851 et ISO 15118 : OCPP gere les fonctions cote operateur (autorisation contre une base de jetons, remontee de transactions, mise a jour firmware, push de configuration) tandis qu'ISO 15118 gere l'echange local vehicule-borne.

OCPP 1.6 (2017) est la base de fait dans les flottes deployees. Il utilise JSON sur WebSocket (la variante SOAP existe mais est rarement utilisee dans les nouveaux deploiements), supporte un schema d'autorisation minimal base sur les badges RFID, des messages de demarrage et d'arret de transaction, et des primitives de smart charging basiques. Son modele de securite est leger : l'authentification se fait par identifiants cote client dans la negociation WebSocket, TLS est recommande mais la norme n'impose pas le TLS mutuel.

OCPP 2.0.1 (2020) est la version moderne, et celle qui aligne la pile OCA avec ISO 15118 et les attentes operateur actuelles.

Ajouts cles par rapport a 1.6.

  • Integration ISO 15118 : tunneling des requetes d'autorisation Plug and Charge via OCPP, gestion centrale des certificats de contrat et des reponses OCSP.
  • Smart charging v2 : gestion complete des profils de charge, plannings, priorites, interface demand response.
  • Device management : mise a jour firmware structuree, recuperation de logs et de diagnostics, supervision de variables sur la borne.
  • Messages d'affichage et tarif : contenu d'affichage standardise sur l'IHM de la borne.
  • Reservation v2 : reservation liee a l'identite utilisateur plutot qu'a un emplacement de connecteur.
  • Trois profils de securite :
    • Profile 1 : HTTP Basic sur TLS (transport chiffre, credentiel leger).
    • Profile 2 : HTTP Basic sur TLS plus validation du certificat serveur par la borne.
    • Profile 3 : TLS mutuel, la borne presente un certificat client signe par une CA operateur.

La commande publique (gestionnaires de reseau de distribution en Europe, grands operateurs de mobilite, administrations) impose de plus en plus OCPP 2.0.1 avec Profile 2 ou 3, en particulier quand le Plug and Charge est dans le perimetre ou quand la borne est connectee a une plateforme de gestion du reseau de distribution.

OCPI (Open Charge Point Interface) est un protocole complementaire entre back-offices : Charge Point Operator (CPO) vers electric Mobility Service Provider (eMSP), pour le roaming inter-operateurs. OCPI ne touche pas directement la borne, mais une borne deployee sous accord de roaming doit exposer des champs OCPP coherents avec le modele de donnees OCPI cote back-office.

Une borne mise sur le marche UE revendique typiquement la conformite sous :

  • LVD (Low Voltage Directive 2014/35) pour la securite electrique, application de EN IEC 61851-1 et EN IEC 61851-23 comme normes harmonisees ;
  • EMC Directive 2014/30, application de EN IEC 61851-21-2 ;
  • RED 2014/53 si la borne embarque du Wi-Fi, du Bluetooth ou du cellulaire (la plupart des bornes publiques en embarquent, pour le backhaul OCPP) ;
  • MID 2014/32 annexe MI-003 si la borne sert a la facturation au kWh (voir guide MID) ;
  • Machinery Directive uniquement dans des cas limites (gestion motorisee automatisee du cable) ;
  • RoHS 2011/65 pour les substances restreintes.

En Allemagne, la couche additionnelle Eichrecht exige un enregistrement de mesure signe et une approbation de type PTB sur la chaine de metrologie. La plupart des operateurs paneuropeens implementent Eichrecht par defaut meme hors d'Allemagne, pour simplifier leur flotte.

En Amerique du Nord, le listage de securite reference :

  • UL 2202, Electric Vehicle Charging System Equipment, pour les bornes AC et DC en tant que systeme ;
  • UL 2231-1 et UL 2231-2 pour les systemes de protection des personnes sur circuits d'alimentation VE ;
  • UL 2594, Electric Vehicle Supply Equipment, pour l'EVSE proprement dit ;
  • UL 2750 pour l'EVSE a transfert de puissance sans fil ;
  • NEC Article 625 comme cadre d'installation dans le National Electrical Code.

Le produit porte une marque de Nationally Recognised Testing Laboratory (NRTL) (UL, Intertek ETL, CSA). Pour le Canada, le SCC (Standards Council of Canada) reconnait les certifications NRTL sous l'accord bilateral, mais une certification canadienne distincte (CSA) est souvent plus simple pour la distribution.

Pour la metrologie legale aux Etats-Unis, la charge publique facturee releve du droit etat par etat, la plupart des etats adoptant les specifications NIST Handbook 44. La Californie ajoute le California Type Evaluation Program (CTEP), reference de fait pour la charge publique US puisque la Californie concentre une part importante du parc deploye.

MarcheConnecteurNormes de chargeCertification
JaponCHAdeMOJEVS, references IEC 61851-23Marque PSE, enregistrement METI
ChineGB/TGB/T 20234, GB/T 27930, GB/T 18487CCC le cas echeant, programme chinois d'interoperabilite charge VE
CoreeCCS Combo 1, double standard en transitionAlignement KS C IEC 61851Marque KC, KATS
AustralieType 2 (AC), CCS2 (DC)Adoptions AS/NZS de IEC 61851Marque RCM

La recharge VE concentre deux expositions cybersecurite distinctes : la communication locale vehicule-borne (ISO 15118 sur PLC) et la liaison back-office (OCPP sur WAN). Les deux doivent etre considerees conjointement car un attaquant qui compromet un cote peut pivoter vers l'autre.

ISO 15118-2 impose TLS 1.2 pour les sessions Plug and Charge, avec des suites de chiffrement restreintes a une liste specifiee dans la norme. La hierarchie PKI est :

  • V2G Root CA : sommet de la chaine, exploitee par un ecosysteme de confiance (Hubject, autres).
  • Sous-CA : niveau operateur ou fabricant.
  • Certificats end entity : certificat TLS de la borne, certificat de provisioning OEM du vehicule, certificat de contrat.

Le cycle de vie des certificats (renouvellement, revocation, OCSP, certificate transparency le cas echeant) fait partie de la conformite. Une borne qui ne verifie pas OCSP parce que le back-office est injoignable ne peut pas accepter le certificat par defaut : c'est une faille d'integrite que les auditeurs detectent en campagne Plug and Charge.

Les trois profils (HTTP Basic sur TLS, TLS plus validation de certificat serveur, TLS mutuel) definissent les protections minimales sur le lien WAN. Le Profile 3 (mTLS) est la cible recommandee pour les infrastructures publiques. L'enrolment de certificat a la premiere connexion (provisioning manuel versus EST ou SCEP) est une decision de configuration critique : une flotte deployee avec des identifiants partages ne peut pas etre revoquee de maniere granulaire.

Le CRA de l'UE (Cyber Resilience Act) s'applique aux bornes en tant que produits comportant des elements numeriques, avec les obligations completes a partir de decembre 2027. IEC 62443-4-2 est la reference cybersecurite produit pour l'automatisation industrielle, applicable par analogie aux controleurs de borne. L'intersection ISO 15118-2 + profil de securite OCPP 2.0.1 + IEC 62443-4-2 est la base recommandee pour les nouvelles conceptions. Voir guide CRA pour le perimetre du CRA.

Une borne DC rapide possede plusieurs fonctions de securite qui se combinent pour prevenir choc electrique, incendie et endommagement de batterie.

Fonction de securiteReferenceRealisation typique
Detection de courant residuel cote reseauIEC 61851-1, DDR Type B pour courant residuel DCDDR Type B ou surveillance equivalente (RCM-DD)
Surveillance d'isolement sur sortie DC avant fermeture contacteurIEC 61557-8, reference par IEC 61851-23IMD mesurant la resistance d'isolement, seuil typique 100 ohm par volt
Detection de collage des contacteursIEC 61851-23Mesure de tension aux bornes du contacteur ouvert, verification avant chaque session
Surveillance de temperature du cableIEC 61851-23, exigences connecteur refroidiCapteurs NTC dans le connecteur, derating de courant au seuil
Arret d'urgenceIEC 60204-1 (le cas echeant)Bouton cable coupant les contacteurs de la borne
Surtension et surintensite sur sortie DCIEC 61851-23Limites logicielles plus crowbar materiel

Une revendication SIL sous IEC 61508 n'est pas legalement requise mais fait souvent partie des packs de qualification operateur. SIL 2 sur la chaine surveillance d'isolement et contacteurs est une cible courante. Cote vehicule, ISO 26262 s'applique au controleur de charge embarque (voir guide ISO 26262). Les deux cadres de securite fonctionnelle (IEC 61508 cote borne, ISO 26262 cote vehicule) se rencontrent au connecteur et doivent s'accorder sur le budget de temps de detection des defauts.

CharIN (Charging Interface Initiative e.V.) est l'association industrielle qui possede l'architecture CCS, le Megawatt Charging System et de nombreux programmes d'interop pour ISO 15118 et Plug and Charge.

Les testivals sont des evenements d'interop organises ou constructeurs automobiles et fabricants de bornes apportent leurs equipements et executent un plan de test structure. Un testival typique couvre :

  • conformite control pilot IEC 61851,
  • couverture du protocole applicatif ISO 15118-2,
  • Plug and Charge bout en bout avec plusieurs racines PKI,
  • sessions ISO 15118-20 le cas echeant,
  • cycles de demarrage et d'arret repetes, injection d'erreurs, echange de cable.

Passer un testival n'est pas une certification formelle mais produit un rapport de participation reconnu par les operateurs. CharIN exploite egalement un CCS Certification Programme (CCS-Cert) pour composants et systemes, plus proche d'un schema formel.

Les operateurs de PKI Plug and Charge organisent leurs propres evenements d'interop : un vehicule est enrole avec un certificat de contrat de test, branche sur des bornes de divers fabricants, et le chemin de validation du certificat est trace de bout en bout. Les modes de defaillance sont subtils (CA intermediaire absente de la chaine EXI, repondeur OCSP lent, derive d'horloge sur la borne) et n'apparaissent qu'en test d'interop.

La sequence typique pour une nouvelle borne DC rapide visant les marches UE et US.

  1. Geler l'architecture : types de connecteur, puissance de sortie, pile de communication (PWM IEC 61851-1, PLC ISO 15118-2, ISO 15118-20 si bidirectionnel), protocole back-office (OCPP 2.0.1 avec Security Profile 2 ou 3).
  2. Cartographier les normes applicables par marche cible : EN IEC 61851-1, EN IEC 61851-23, EN IEC 61851-21-2, EN ISO 15118-2 pour l'UE ; UL 2202, UL 2231, UL 2594 pour l'Amerique du Nord ; GB/T pour la Chine ; PSE pour le Japon si pertinent.
  3. CEM pre-conformite sur les emissions conduites, notamment cote sortie DC, avant labo formel.
  4. Lancer le labo de securite chez un organisme accredite : programmes de test IEC 61851-1 et IEC 61851-23, dont isolement, DDR/RCM-DD, collage contacteur, temperature cable.
  5. Lancer le labo CEM : programme complet IEC 61851-21-2.
  6. Conformite ISO 15118 : typiquement chez un labo reconnu CharIN, puis participation a au moins un testival CharIN.
  7. Conformite OCPP : via le programme de certification de l'Open Charge Alliance.
  8. Enrolment PKI Plug and Charge : contrat avec un operateur V2G Root, integration de la signature sous-CA et de l'OCSP.
  9. MID et Eichrecht si energie facturee, via un organisme notifie pour la MID et la PTB pour Eichrecht.
  10. Listage UL pour l'Amerique du Nord, en parallele du flux UE.
  11. Evaluation de type CTEP si la Californie est un marche cible.
  12. Premier deploiement terrain, supervise, avec un journal d'incidents structure qui alimente le cycle de vie du firmware.

Pour les ordres de grandeur transverses par phase, voir timeline de certification et couts de certification.

EcueilConsequence
Amplitude ou timing PWM du control pilot hors tolerance IEC 61851-1Vehicule et borne divergent sur le courant disponible, charge deratee ou refusee
Pre-conformite CEM insuffisante cote sortie DCEmissions conduites en echec en labo formel, planning glisse de plusieurs semaines pour redesign
Incoherence de mode (borne Mode 3 avec configuration vehicule Mode 2, ou prise Type 1 sur borne Type 2)Incompatibilite mecanique ou electrique, defaut de surface impute a la borne
Chaine de certificats Plug and Charge tronquee dans le message EXIHandshake TLS en echec, session refusee sans retour utilisateur clair
Repondeur OCSP injoignable, borne configuree en fail-openFaille d'integrite signalee par les auditeurs, revendication Plug and Charge refusee
OCPP 1.6 deploye alors que l'appel d'offres exigeait OCPP 2.0.1 Security Profile 3Disqualification au stade procurement, reecriture tardive et couteuse de la pile
Firmware ISO 15118-20 active sans rejouer les tests d'interopSessions bidirectionnelles en echec silencieux, energie non exportee, credibilite operateur degradee
Seuil de surveillance d'isolement manquant ou mal regleRejet en labo IEC 61851-23, redesign electrique complet
Aucune participation testival CharINOperateurs refusent la borne dans leur pack de qualification, acces marche bloque
MID et Eichrecht ignores sur borne publique facturee au kWhViolation de metrologie legale, blocage juridique de la borne pour les transactions facturees
Allocation ASIL vehicule ISO 26262 incompatible avec l'hypothese SIL borne IEC 61508Budget de securite incoherent au connecteur, blocage entre OEM vehicule et OEM borne

Sources & références

  1. IEC 61851-1, Systeme de charge conductive pour vehicules electriques, Partie 1 : Exigences generales , IEC webstore.iec.ch/publication/33644
  2. IEC 61851-23, Station de charge DC pour vehicules electriques , IEC webstore.iec.ch/publication/6588
  3. Serie ISO 15118, Interface de communication vehicule a reseau , ISO www.iso.org/standard/77845.html
  4. Open Charge Alliance, specifications OCPP 1.6 et OCPP 2.0.1 , Open Charge Alliance www.openchargealliance.org/protocols/
  5. UL 2202, Electric Vehicle (EV) Charging System Equipment , UL Standards www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL2202
  6. CharIN, Charging Interface Initiative , CharIN e.V. www.charin.global/
  7. NIST Handbook 44, Specifications for Weighing and Measuring Devices , NIST www.nist.gov/pml/owm/publications/handbook-44