電動(dòng)汽車的智能充電需求

與解決方案

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視，電動(dòng)汽車（EV）正迅速成為未來(lái)交通運(yùn)輸?shù)闹髁鬟x擇。然而，電動(dòng)汽車的大規(guī)模普及也帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，其中最重要的一項(xiàng)就是如何有效地管理和優(yōu)化充電過(guò)程。傳統(tǒng)的充電方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代電動(dòng)汽車用戶對(duì)充電速度、便利性、安全和能源效率的高要求。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，智能充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。智能充電不僅僅是簡(jiǎn)單的充電過(guò)程，它更是一個(gè)融合了先進(jìn)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(dòng)汽車的智能充電標(biāo)準(zhǔn)，以及由恩智浦（NXP）所推出的相關(guān)解決方案。

ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)制定智能充電應(yīng)用規(guī)范

ISO 15118是一個(gè)針對(duì)電動(dòng)汽車（EV）和充電站之間通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于基于電動(dòng)汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施之間交換信息，以進(jìn)行身份驗(yàn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)和進(jìn)行靈活的負(fù)載控制。ISO 15118旨在支持智能充電功能，該標(biāo)準(zhǔn)支持“即插即充”（Plug and Charge）功能，可支持自動(dòng)身份驗(yàn)證與支付，電動(dòng)汽車只需插入充電插頭即可自動(dòng)開始充電，無(wú)需額外的用戶身份驗(yàn)證步驟，便可獲得授權(quán)來(lái)為其電池充電，這使得支付過(guò)程自動(dòng)化，大大提升了用戶的便利性。

此外，ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)允許電動(dòng)汽車和充電站之間進(jìn)行雙向通信，能量可從電動(dòng)汽車傳輸?shù)匠潆娬?，反之亦然。ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)還支持充電功率調(diào)整和充電計(jì)劃，支持與智能電網(wǎng)的集成，允許電動(dòng)汽車在高峰用電時(shí)段限制充電功率，或在電力需求較低時(shí)段進(jìn)行充電，這有助于防止電網(wǎng)過(guò)載、平衡電網(wǎng)負(fù)載，提升總體電力系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸提供了強(qiáng)有力的加密保護(hù)，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(wú)線通信技術(shù)，進(jìn)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(dòng)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(dòng)汽車智能充電領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的深度融合，提升了充電效率和用戶體驗(yàn)。

電動(dòng)汽車充電站的關(guān)鍵構(gòu)建模塊

電動(dòng)汽車充電站可為電動(dòng)汽車充電提供電力，典型的電動(dòng)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(fù)責(zé)管理高級(jí)通信和功能、服務(wù)和與遠(yuǎn)程服務(wù)器的連接，電源插座板負(fù)責(zé)安全、低級(jí)通信、分配和測(cè)量能源。為了滿足電動(dòng)汽車充電的不同需求，電動(dòng)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(guó)政府紛紛立法要求提高公平支付的準(zhǔn)確性，以及政府需要回收燃油稅，并要提供電網(wǎng)負(fù)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(cè)量。此外，充電設(shè)備還需要支持主要的電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，包含OCPP2.x、ISO 15118和PKI，以及支持GDPR、校準(zhǔn)法“Eichrecht”和保密性，與IEC61508和SIL2等安全標(biāo)準(zhǔn)，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(jiǎn)化配置和所有權(quán)流程，同時(shí)使用零接觸登錄以簡(jiǎn)化并保持連接到認(rèn)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(zhǔn)備，集成經(jīng)成本優(yōu)化的人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)，來(lái)進(jìn)行消費(fèi)概況與異常檢測(cè)分析。另一方面，充電設(shè)備的產(chǎn)品壽命需要超過(guò)10或15年，使用壽命為10至20年，并要堅(jiān)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(dòng)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(jì)量能力，可以準(zhǔn)確測(cè)量充電器和車輛之間的能量流，計(jì)算能源計(jì)費(fèi)消耗，管理電動(dòng)汽車的安全切換和低級(jí)通信，并支持高精度溫度傳感器以監(jiān)測(cè)溫度，實(shí)現(xiàn)安全和異常檢測(cè)。此外還需要NFC橋接器可用于充當(dāng)計(jì)量MCU的交流隔離通信通道，也可在制造、調(diào)試和更新過(guò)程中使用。

此外還需要控制器板（SECC）來(lái)管理供電設(shè)備的主要功能和服務(wù)，包括任何高級(jí)通信和協(xié)議棧，例如ISO 15118、OCPP和與后端的連接，選項(xiàng)包括裸機(jī)服務(wù)和RTOS，對(duì)于運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的解決方案，則可利用屏幕進(jìn)行媒體廣告來(lái)增加更大的價(jià)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(jìn)行端到端驗(yàn)證，以保護(hù)能源使用和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，將電動(dòng)汽車充電器安全、無(wú)縫地連接到后端服務(wù)器和云服務(wù)以進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，并可配置、更新和驗(yàn)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(dòng)汽車充電解決方案

電動(dòng)汽車充電站需要具有高水平的效率、準(zhǔn)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(cè)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(shí)現(xiàn)更快的上市時(shí)間，同時(shí)降低復(fù)雜性和成本，恩智浦的產(chǎn)品壽命計(jì)劃可支持更長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期。

為了滿足電動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的潛力，從即插即充的便利性到使用電動(dòng)汽車電池作為能源的雙向電力傳輸，并可使用汽車能源來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，或在停電或能源成本較高時(shí)充當(dāng)發(fā)電機(jī)。

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(jiān)固耐用的特性，可適合惡劣環(huán)境，且經(jīng)過(guò)成本優(yōu)化，在增強(qiáng)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(jí)能力，具有通用硬件和軟件平臺(tái)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(rèn)證和OTA更新方案。

恩智浦的EasyEVSE電動(dòng)汽車充電站開發(fā)平臺(tái)通過(guò)整合多項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建模塊，使得構(gòu)建電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的過(guò)程更為簡(jiǎn)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(dòng)汽車充電站的各種需求，并提供硬件配置說(shuō)明和示例軟件，其使用模塊化、可擴(kuò)展的平臺(tái)作為基礎(chǔ)，支持設(shè)備到云和云到設(shè)備通信、準(zhǔn)確的能源計(jì)費(fèi)和一鍵式NFC身份驗(yàn)證。

EasyEVSE電動(dòng)汽車充電站開發(fā)平通過(guò)以太網(wǎng)或Wi-Fi連接到云，并提供驗(yàn)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(qiáng)安全性，并通過(guò)預(yù)先認(rèn)證的Kinetis M計(jì)量MCU支持準(zhǔn)確的能源計(jì)費(fèi)，以及使用高性能NFC前端，一鍵進(jìn)行身份驗(yàn)證，并可利用恩智浦和合作伙伴開發(fā)工具，在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)其他差異化功能。

滿足電動(dòng)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(dòng)汽車充電站開發(fā)平臺(tái)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(dú)立實(shí)時(shí)域、Energy Flex架構(gòu)、EdgeLock安全模塊的最先進(jìn)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(yǔ)音）。

此外，NXP 的EasyEVSE MCU電動(dòng)汽車?yán)胕.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(guò)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(jì)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(jì)和其他精密測(cè)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(jì)高效的40-nm NVM處理技術(shù)，可提供顯著的性能增強(qiáng)、硬件DSP，所有片上RAM均帶有奇偶校驗(yàn)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(guò)認(rèn)證的軟件和資源提供分離和訪問(wèn)控制隔離。

恩智浦的IW61x系列則是支持Wi-Fi 6/藍(lán)牙 5.4/802.15.1三頻無(wú)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(biāo)準(zhǔn)相比，可帶來(lái)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(jī)交互的需求，并最大限度地減少了代碼大小，從而使設(shè)計(jì)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(dòng)程序，并支持RTOS和無(wú)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(chǎng)小程序更新，并提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的CC EAL 6+認(rèn)證的安全性，具有支持操作系統(tǒng)級(jí)別的AVA_VAN.5。

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車的普及無(wú)疑是未來(lái)交通發(fā)展的必然趨勢(shì)，但要真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，智能充電技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展至關(guān)重要。通過(guò)ISO 15118等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的引入，電動(dòng)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(tái)與解決方案，將有助于加速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電相關(guān)應(yīng)用的構(gòu)建，值得您進(jìn)一步深入了解與采用。