Análise de desempenho do protocolo de comunicação OCPP no gerenciamento de carga de veículos elétricos

Abstract

O mundo está enfrentando um período de transformação acelerada, muito devido às mudanças climáticas ocasionadas pelo efeito estufa. Nesse contexto, o setor de energia busca alternativas em recursos renováveis livres de emissões, conjuntamente com a eletrificação do transporte. Neste contexto, implantação de carros elétricos tem crescido, rapidamente, nos últimos dez anos, com o volume global passando de 5 milhões, em 2019, aumento de 63% em relação ao ano anterior. Quanto ao Brasil, observou-se um crescimento do número de emplacamentos de veículos elétricos nos últimos anos, de, aproximadamente, 500 veículos em 2013 para quase 12000 no ano de 2019. O gerenciamento dessa demanda inclui a alteração da cobrança de carregamento desses veículos no pico de consumo de eletricidade existente (horário de pico ou de ponta), evitando a criação de novos picos e alinhando a cobrança desta carga à geração de energia renovável, por exemplo, cobrança diurna no local de trabalho usando energia solar. É neste complexo cenário que surge o OCPP (Open Charge Point Protocol), um protocolo de comunicação aberto entre o eletroposto, e a central de gerenciamento, responsável por gerenciar as rotinas de tarifação e controle de demanda dos diversos carregadores em campo. O objetivo deste trabalho é compreender e analisar o comportamento do protocolo OCPP em um sistema de carga de veículos elétricos, considerando diferentes tecnologias de comunicação para a transmissão de dados. Foi possível, a partir de uma infraestrutura virtualizada e ferramentais open-source, estabelecer uma plataforma para analisar o protocolo OCPP submetido a variações de parâmetros de qualidade de serviço, a fim de simular diferentes tipos de conectividade. Esse protocolo, mesmo sendo conhecido no mercado, ainda não foi amplamente estudado do ponto de vista acadêmico. Assim, este trabalho contribuiu, também, com o desenvolvimento de uma plataforma de simulação que pode ser utilizada em estudos futuros, possibilitando que essa área possa ser melhor explorada.

The world is facing accelerated transformation time, largely due to climate change caused by the greenhouse effect. In this context, the energy sector looks for alternatives in renewable resources, free of emissions, together with electrification of transport. In this context, the deployment of electric cars has grown fast over the past ten years, with the global volume rising from 5 million in 2019, an increase of 63% over the previous year. In Brazil, there has been an increase electric vehicle license number in recent years, from approximately 500 vehicles in 2013 to almost 12,000 in 2019. The management of this demand includes changing the charging of these vehicles at the peak of existing electricity consumption (peak or peak hours), avoiding the creation of new peaks, and aligning the charging of this charge with the generation of renewable energy, for example, daytime charging in the workplace using solar energy. It is in this complex scenario that the OCPP (Open Charge Point Protocol) emerges, an open communication protocol between the electro charge, and the management center, responsible for managing the charging and demand control routines of the various chargers in the field. The objective of this work was to understand and analyze the behavior of the OCPP protocol in an electric vehicle charging system, considering different communication technologies for data transmission. It was possible, from a virtualized infrastructure and open-source tools, to establish a platform to analyze the OCPP protocol submitted to variations in quality-of-service parameters, in order to simulate different types of connectivity. This protocol, even though it is known in the market, has not been widely studied from an academic point of view. Thus, this work also contributed to the development of a simulation platform that can be used in future studies, enabling this area to be better explored academically.