電動汽車的智能充電需求

與解決方案

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重視，電動汽車（EV）正迅速成為未來交通運輸?shù)闹髁鬟x擇。然而，電動汽車的大規(guī)模普及也帶來了諸多挑戰(zhàn)，其中最重要的一項就是如何有效地管理和優(yōu)化充電過程。傳統(tǒng)的充電方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代電動汽車用戶對充電速度、便利性、安全和能源效率的高要求。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，智能充電技術(shù)應(yīng)運而生。智能充電不僅僅是簡單的充電過程，它更是一個融合了先進通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和能源管理的綜合解決方案。本文將為您介紹電動汽車的智能充電標準，以及由恩智浦（NXP）所推出的相關(guān)解決方案。

ISO 15118標準制定智能充電應(yīng)用規(guī)范

ISO 15118是一個針對電動汽車（EV）和充電站之間通信的國際標準，用于基于電動汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施之間交換信息，以進行身份驗證、授權(quán)、計費和進行靈活的負載控制。ISO 15118旨在支持智能充電功能，該標準支持“即插即充”（Plug and Charge）功能，可支持自動身份驗證與支付，電動汽車只需插入充電插頭即可自動開始充電，無需額外的用戶身份驗證步驟，便可獲得授權(quán)來為其電池充電，這使得支付過程自動化，大大提升了用戶的便利性。

此外，ISO 15118標準允許電動汽車和充電站之間進行雙向通信，能量可從電動汽車傳輸?shù)匠潆娬荆粗嗳弧SO 15118標準還支持充電功率調(diào)整和充電計劃，支持與智能電網(wǎng)的集成，允許電動汽車在高峰用電時段限制充電功率，或在電力需求較低時段進行充電，這有助于防止電網(wǎng)過載、平衡電網(wǎng)負載，提升總體電力系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

ISO 15118標準并對通信過程中的數(shù)據(jù)傳輸提供了強有力的加密保護，確保用戶信息和交易數(shù)據(jù)的安全性。此外，除了傳統(tǒng)的有線通信，ISO 15118還支持無線通信技術(shù)，進一步提升了靈活性和適應(yīng)性。

ISO 15118還支持能源管理功能，允許電動汽車和充電站協(xié)商最佳的充電策略，以優(yōu)化能源使用，減少充電成本。這些特性使得ISO 15118成為電動汽車智能充電領(lǐng)域的重要標準，促進了電動汽車與電網(wǎng)的深度融合，提升了充電效率和用戶體驗。

電動汽車充電站的關(guān)鍵構(gòu)建模塊

電動汽車充電站可為電動汽車充電提供電力，典型的電動汽車充電站至少由一塊智能控制板（供應(yīng)設(shè)備通信控制器，SECC）和一塊電源插座板組成。智能控制器負責管理高級通信和功能、服務(wù)和與遠程服務(wù)器的連接，電源插座板負責安全、低級通信、分配和測量能源。為了滿足電動汽車充電的不同需求，電動汽車供電設(shè)備除了必須提供交流或直流供電的靈活選擇之外，還需要提供更多樣的功能。

由于各國政府紛紛立法要求提高公平支付的準確性，以及政府需要回收燃油稅，并要提供電網(wǎng)負載平衡和電源質(zhì)量分析，因此充電設(shè)備需要提供精確的功率傳輸測量。此外，充電設(shè)備還需要支持主要的電動汽車安全標準，包含OCPP2.x、ISO 15118和PKI，以及支持GDPR、校準法“Eichrecht”和保密性，與IEC61508和SIL2等安全標準，以提高邊緣設(shè)備的安全性。

此外，充電設(shè)備的云服務(wù)登錄需要簡化配置和所有權(quán)流程，同時使用零接觸登錄以簡化并保持連接到認證設(shè)備的高度安全性和信心。另一方面，還需要為大規(guī)模部署做好準備，集成經(jīng)成本優(yōu)化的人工智能（AI）和機器學習（ML）技術(shù)，來進行消費概況與異常檢測分析。另一方面，充電設(shè)備的產(chǎn)品壽命需要超過10或15年，使用壽命為10至20年，并要堅固耐用，適合惡劣環(huán)境，以維持整套系統(tǒng)的可用性和可靠性。

想要構(gòu)建一套完整的電動汽車充電系統(tǒng)，需要具備以下的關(guān)鍵構(gòu)建模塊。首先要提供計量能力，可以準確測量充電器和車輛之間的能量流，計算能源計費消耗，管理電動汽車的安全切換和低級通信，并支持高精度溫度傳感器以監(jiān)測溫度，實現(xiàn)安全和異常檢測。此外還需要NFC橋接器可用于充當計量MCU的交流隔離通信通道，也可在制造、調(diào)試和更新過程中使用。

此外還需要控制器板（SECC）來管理供電設(shè)備的主要功能和服務(wù)，包括任何高級通信和協(xié)議棧，例如ISO 15118、OCPP和與后端的連接，選項包括裸機服務(wù)和RTOS，對于運行Linux操作系統(tǒng)的解決方案，則可利用屏幕進行媒體廣告來增加更大的價值。

安全性則是充電設(shè)備不可忽視的功能，需要使用加密密鑰進行端到端驗證，以保護能源使用和計費數(shù)據(jù)，將電動汽車充電器安全、無縫地連接到后端服務(wù)器和云服務(wù)以進行遠程管理，并可配置、更新和驗證軟件和固件。在外部通信功能方面，則需要支持可根據(jù)位置、區(qū)域與充電設(shè)備的類型靈活組合通信功能，并支持特定區(qū)域的通信解決方案，包括Wi-Fi、PLC、NB-IoT、Sigfox等。

提供高水平的電動汽車充電解決方案

電動汽車充電站需要具有高水平的效率、準確性、連接性和安全性。恩智浦的解決方案可滿足精確功率測量、設(shè)備管理和數(shù)據(jù)安全的要求。恩智浦豐富的技術(shù)支持可實現(xiàn)更快的上市時間，同時降低復(fù)雜性和成本，恩智浦的產(chǎn)品壽命計劃可支持更長的產(chǎn)品生命周期。

為了滿足電動汽車的快速充電需求，恩智浦推出的EasyEVSE解決方案，將可充分發(fā)揮ISO 15118標準的潛力，從即插即充的便利性到使用電動汽車電池作為能源的雙向電力傳輸，并可使用汽車能源來實現(xiàn)負載平衡，或在停電或能源成本較高時充當發(fā)電機。

恩智浦的EasyEVSE解決方案具備高效與可持續(xù)性，并具備可靠性和安全性，提供堅固耐用的特性，可適合惡劣環(huán)境，且經(jīng)過成本優(yōu)化，在增強性能與商業(yè)需求之間取得了平衡，并提供更快的產(chǎn)品升級能力，具有通用硬件和軟件平臺重用，以及提供安全連接能力，支持零接觸設(shè)置、行業(yè)安全認證和OTA更新方案。

恩智浦的EasyEVSE電動汽車充電站開發(fā)平臺通過整合多項技術(shù)構(gòu)建模塊，使得構(gòu)建電動汽車充電系統(tǒng)的過程更為簡化。恩智浦的EasyEVSE支持云連接能力，可滿足構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)電動汽車充電站的各種需求，并提供硬件配置說明和示例軟件，其使用模塊化、可擴展的平臺作為基礎(chǔ)，支持設(shè)備到云和云到設(shè)備通信、準確的能源計費和一鍵式NFC身份驗證。

EasyEVSE電動汽車充電站開發(fā)平通過以太網(wǎng)或Wi-Fi連接到云，并提供驗證云服務(wù)，例如Microsoft Azure IoT Central服務(wù)，可使用EdgeLock SE050安全組件增強安全性，并通過預(yù)先認證的Kinetis M計量MCU支持準確的能源計費，以及使用高性能NFC前端，一鍵進行身份驗證，并可利用恩智浦和合作伙伴開發(fā)工具，在同一平臺上實現(xiàn)其他差異化功能。

滿足電動汽車充電站需求的

一系列完整產(chǎn)品線

恩智浦的EasyEVSE MPU電動汽車充電站開發(fā)平臺結(jié)合了恩智浦一系列完整的產(chǎn)品線。其中包括恩智浦的i.MX 9x系列應(yīng)用處理器，其匯集了更高性能的應(yīng)用核心、類似微控制器的獨立實時域、Energy Flex架構(gòu)、EdgeLock安全模塊的最先進的安全性，以及專用的多傳感器數(shù)據(jù)處理引擎（圖形、圖像、顯示、音頻和語音）。

此外，NXP 的EasyEVSE MCU電動汽車利用i.MX RTx系列微控制器，內(nèi)置各種高性能Arm Cortex-M和DSP內(nèi)核，通過集成PXP、2D GPU和PowerQuad DSP協(xié)處理器，將易用性與高性能處理結(jié)合在一起，提供前所未有的可靠性，以及高水平的集成和安全性。

恩智浦的KM系列則是基于Arm Cortex-M0+內(nèi)核的計量微控制器，低功耗的Arm Cortex-M0+ MCU系列旨在支持單相、兩相和三相電表、流量計和其他精密測量應(yīng)用的單芯片解決方案。

MCXN系列則是基于Arm CortexCortex-M33的MCU系列，利用經(jīng)濟高效的40-nm NVM處理技術(shù)，可提供顯著的性能增強、硬件DSP，所有片上RAM均帶有奇偶校驗或ECC，并提供更新的加密安全功能和精密模擬附加功能，以及Arm TrustZone-M可為經(jīng)過認證的軟件和資源提供分離和訪問控制隔離。

恩智浦的IW61x系列則是支持Wi-Fi 6/藍牙 5.4/802.15.1三頻無線電，包括了由恩智浦的802.11ax（Wi-Fi 6）技術(shù)提供支持的全功能Wi-Fi子系統(tǒng)，與上一代Wi-Fi標準相比，可帶來更高的吞吐量、更好的網(wǎng)絡(luò)效率、更低的延遲和更大的覆蓋范圍。

PN7160系列則是帶集成固件的NFC即插即用控制器，嵌入式NFC固件減少了主機交互的需求，并最大限度地減少了代碼大小，從而使設(shè)計變得更加容易。其支持所有NFC Forum模式，提供包括Android和Linux驅(qū)動程序，并支持RTOS和無操作系統(tǒng)應(yīng)用。

恩智浦的SE051系列則是支持可更新性和自定義小程序的物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案，可支持現(xiàn)場小程序更新，并提供經(jīng)過驗證的CC EAL 6+認證的安全性，具有支持操作系統(tǒng)級別的AVA_VAN.5。

結(jié)語

電動汽車的普及無疑是未來交通發(fā)展的必然趨勢，但要真正實現(xiàn)這一目標，智能充電技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展至關(guān)重要。通過ISO 15118等國際標準的引入，電動汽車與充電基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信變得更加具有可互操作、高效和安全。本文所介紹的恩智浦智能充電平臺與解決方案，將有助于加速實現(xiàn)電動汽車充電相關(guān)應(yīng)用的構(gòu)建，值得您進一步深入了解與采用。