Charging in the cloud : implementing a virtualized runtime environment for EVSE and EV interoperability testing

Abstract

Das rasante Wachstum der E-Mobilität hat zu einem deutlichen Anstieg der Zulassungen von Elektrofahrzeugen (EV) und dem Einsatz von Stromversorgungsanlagen (EVSE) in Deutschland geführt. Entscheidend für den zukünftigen Erfolg der E-Mobilität ist die standardisierte Kommunikation zwischen EV und EVSE, die durch die 2014 veröffentlichte Norm ISO 15118 festgelegt wurde. Dennoch wird diese Kommunikation von den Herstellern unterschiedlich umgesetzt, was umfangreiche Interoperabilitätstests erforderlich macht. Herkömmliche Methoden, wie z. B. Testivals, ermöglichen zwar genaue Tests, werden aber durch Koordinationsprobleme und nicht agile Entwicklungszyklen behindert. Diese Thesis erarbeitet eine Lösung in Form einer virtualisierten Laufzeitumgebung vor, in die Hersteller von EV und EVSEs ihre virtualisierten elektronischen Steuergeräte (ECUs) und EVSE-Controller für virtuelle ISO 15118-Kommunikationstests hochladen können. Diese Cloudfähige Software-in-the-Loop (SIL) Umgebung ermöglicht frühzeitige und parallele Tests im Entwicklungsprozess und reduziert den Bedarf an physischer Anwesenheit auf Testivals auf reine Hardware-Tests. Der virtualisierte Ansatz beschleunigt die Testzyklen und beseitigt Hardware-Engpässe. Er unterstützt die Integration einer DevOps-Toolchain zur kontinuierlichen Überwachung und Fehlererkennung. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit eine Literaturrecherche über die Verwendung von SIL- und Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests durchgeführt, um die Grenzen und Szenarien zu ermitteln, in denen SIL gegenüber HIL ausreichend ist. Die virtualisierte Laufzeitumgebung wurde gegen reale Hardware getestet, und kamen zu dem Schluss, dass SIL-Tests zwar ein realistisches Feedback liefern, HIL-Tests auf der Ebene der Hardwareschnittstellen jedoch nach wie vor unbestritten und notwendig sind. The rapid growth of E-Mobility has seen a significant increase in Electric Vehicle (EV) registrations and the deployment of Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) in Germany. Central to the future success of E-Mobility is the standardized communication between EVs and EVSE, established by the ISO 15118 standard released in 2014. Despite this, implementation of this communication varies among manufacturers, necessitating extensive interoperability testing. Traditional methods, such as Testivals, provide accurate testing but are hindered by coordination challenges and non-agile development cycles. This work proposes a solution through a virtualized runtime environment where EV and EVSE manufacturers can upload their virtualized Electronic Control Units (ECUs) and EVSE controllers for virtual ISO 15118 communication testing. This cloud-ready Software-in-the-Loop (SIL) setup enables early and parallel testing in the development process, reducing the need for physical attendance at Testivals to hardware testing only. The virtualized approach accelerates testing cycles and eliminates hardware bottlenecks, supporting the integration of a DevOps toolchain for continuous monitoring and error detection. Additionally, this thesis conducts a literature review about the utilization of SIL- and Hardwarein-the-Loop (HIL) testing to identify the boundaries and scenarios where SIL is sufficient over HIL. The virtualized runtime environment was tested against real hardware, and we concluded that while SIL testing provides realistic feedback, HIL testing is still undeniable and needed at hardware interface levels.