OCPPスマート充電（SetChargingProfile）の実装

OCPPのスマート充電は、電力網全体の負荷を平準化したり、特定の時間帯に充電を集中させたりするための重要機能です。本記事ではその中核メッセージである SetChargingProfile の実装ポイントをC++17で解説します。

1. スマート充電とは

スマート充電は、CSMSからの指示に基づき、CS（充電器）が充電電力や電流を動的に制御する仕組みです。

• デマンドレスポンス: 電力需要が高い時間帯に充電を抑制
• 負荷分散: 複数台の充電器で利用可能な総電力を分け合う
• 時間帯別料金連携: 電気料金が安い夜間に充電をスケジュール

これらは SetChargingProfile メッセージで送信される充電プロファイルによって実現されます。

アクターと役割（誰が）

• CSMS（Charging Station Management System）: 充電器群を集中管理し、中央スマート充電の主要な制御主体。
• 充電ステーション（Charging Station, CS）: 1台以上のEVSEを持つ実機。受信したプロファイルに従い出力を制御。
• EV（Electric Vehicle）: ISO 15118対応時は自身の充電ニーズを提供可能。
• ローカルコントローラー（Local Controller, LC）: 複数のCSを束ねてローカルに制御する論理コンポーネント。
• 外部制御システム（EMS/DSO 等）: OCPP以外（OpenADR/OSCP等）で容量制限を指示。

制御形態とフロー（どのように）

• 内部負荷分散（Internal Load Balancing）
  • CS内部でEVSE間の出力を最適配分。
  • CSMSは ChargingStationMaxProfile で装置全体の上限を与え、CSはその範囲で局所最適化。
• 中央スマート充電（Central Smart Charging）
  • CSMSが外部要因（系統容量、料金等）を加味してスケジュールを計算し、SetChargingProfile で各EVSE/トランザクションに TxProfile を適用。
• ローカルスマート充電（Local Smart Charging）
  • LCが駐車場などの接続容量をグループ内のCSに配分。CSMSからLCへ上限設定、あるいはLC独自ロジックで分配。
• 外部制御信号（External Control Signals）
  • EMS/DSO等がOCPP外プロトコルで制限を付与。CSは NotifyChargingLimit でCSMSへ報告。

2. 主要メッセージ

3. ChargingProfile データ構造の要点

SetChargingProfile のペイロードは複雑ですが、主要なパラメーターは次の通りです。

• chargingProfileId: プロファイルの一意なID
• stackLevel: 複数のプロファイルが競合した場合の優先度（数値が大きいほど優先）
• chargingProfilePurpose: ChargingStationMaxProfile（装置全体の上限）、TxDefaultProfile（トランザクションの既定）、TxProfile（進行中トランザクションの上限）
• chargingProfileKind: Absolute（絶対値）、Recurring（繰り返し）、Relative（相対値）
• chargingSchedule: 時間ごとの電力/電流上限を定義する配列（chargingSchedulePeriod）。chargingRateUnit は A もしくは W。

評価ルールの要点:

• 有効な複数プロファイルとローカル/ハード的な制限が同時に存在する場合、最終的に適用されるのはその中の「最小の上限」。
• 同一目的内で複数プロファイルが重なる場合は stackLevel の高いものが優先される。

chargingSchedulePeriod 例

"chargingSchedule": [{
    "duration": 3600,
    "startSchedule": "2025-08-04T22:00:00Z",
    "chargingRateUnit": "A",
    "chargingSchedulePeriod": [
        {"startPeriod": 0, "limit": 16.0},
        {"startPeriod": 1800, "limit": 8.0}
    ]
}]

上記は「22:00から30分間は16A、次の30分間は8A」を意味します。

4. 実装アーキテクチャ

1. Handler: 受信したプロファイルを検証し、ProfileStore に保存。
2. ProfileStore: chargingProfileId をキーにプロファイルを管理。stackLevel（降順）と purpose でソートする機能を持つ。
3. Scheduler: 1秒ごとなど定期的にProfileStoreを評価。もっとも優先度の高いプロファイルのlimitを計算し、EVSE Controllerに指示を出す。

5. C++ 実装のポイント

プロファイルストア

std::vector と std::map を組み合わせ、stackLevel でソート済みの状態を維持します。

class ProfileStore {
    std::map<int, ChargingProfile> profiles_by_id_;
    std::vector<std::shared_ptr<ChargingProfile>> sorted_profiles_;

public:
    void add_profile(const ChargingProfile& p) {
        // ... id重複チェック、挿入 ...
        sort_by_stack_level();
    }
    // ...
};

スケジューラ

現在時刻にもっとも合致するlimitを返します。

double Scheduler::calculate_limit(std::time_t now) {
    // 1. Get highest priority profile from store
    auto profile = store_.get_highest_priority_profile();
    if (!profile) return default_limit;

    // 2. Find the active period in the schedule
    for (const auto& period : profile->chargingSchedule.periods) {
        if (now >= period.start && now < period.start + period.duration) {
            return period.limit;
        }
    }
    return default_limit;
}

6. ISO 15118 連携（任意）

• EVは希望エネルギー量・出発予定などのニーズを提供し、CSはこれを NotifyEVChargingNeeds でCSMSへ転送。
• CSMSはニーズや系統制約を考慮し、最大3つの料金プランを含むスケジュール（SAScheduleList）をEVへ提示。EVは選択結果を NotifyEVChargingSchedule で通知。
• 充電中にスケジュール/プロファイルの再交渉が発生しうる。

7. オフライン時の動作

• CSがオフラインになっても、事前に受信した TxProfile はトランザクション終了まで有効。
• 通信断でトランザクションを開始する場合でも、装置に設定済みのTxDefaultProfileがあればそれに従い充電可能。

8. まとめ

• スマート充電の実装は プロファイルの管理 と スケジューリングロジック が肝。
• stackLevel（大きい方が優先）と chargingProfilePurpose（ChargingStationMaxProfile/TxDefaultProfile/TxProfile）のルールを正確に解釈する。
• 有効なプロファイルとローカル制限の最小値が最終的な上限となる評価を正しく実装する。
• 2.0.1固有の電文（NotifyChargingLimit、NotifyEVChargingNeeds、NotifyEVChargingSchedule 等）との連携やオフライン時の挙動も考慮する。