電動汽車的智能充電需求

與解決方案

隨著全球對環境保護和可持續發展的重視，電動汽車（EV）正迅速成為未來交通運輸的主流選擇。然而，電動汽車的大規模普及也帶來了諸多挑戰，其中最重要的一項就是如何有效地管理和優化充電過程。傳統的充電方法已經難以滿足現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。為了應對這些挑戰，智能充電技術應運而生。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、數據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）所推出的相關解決方案。

ISO 15118標準制定智能充電應用規范

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設施之間交換信息，以進行身份驗證、授權、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到充電站，反之亦然。ISO 15118標準還支持充電功率調整和充電計劃，支持與智能電網的集成，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，這有助于防止電網過載、平衡電網負載，提升總體電力系統的效率和穩定性。

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

ISO 15118還支持能源管理功能，允許電動汽車和充電站協商最佳的充電策略，以優化能源使用，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域的重要標準，促進了電動汽車與電網的深度融合，提升了充電效率和用戶體驗。

電動汽車充電站的關鍵構建模塊

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（供應設備通信控制器，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、服務和與遠程服務器的連接，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，并要提供電網負載平衡和電源質量分析，因此充電設備需要提供精確的功率傳輸測量。此外，充電設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，以提高邊緣設備的安全性。

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

想要構建一套完整的電動汽車充電系統，需要具備以下的關鍵構建模塊。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測溫度，實現安全和異常檢測。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）來管理供電設備的主要功能和服務，包括任何高級通信和協議棧，例如ISO 15118、OCPP和與后端的連接，選項包括裸機服務和RTOS，對于運行Linux操作系統的解決方案，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據，將電動汽車充電器安全、無縫地連接到后端服務器和云服務以進行遠程管理，并可配置、更新和驗證軟件和固件。在外部通信功能方面，則需要支持可根據位置、區域與充電設備的類型靈活組合通信功能，并支持特定區域的通信解決方案，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、設備管理和數據安全的要求。恩智浦豐富的技術支持可實現更快的上市時間，同時降低復雜性和成本，恩智浦的產品壽命計劃可支持更長的產品生命周期。

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負載平衡，或在停電或能源成本較高時充當發電機。

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

恩智浦的EasyEVSE電動汽車充電站開發平臺通過整合多項技術構建模塊，使得構建電動汽車充電系統的過程更為簡化。恩智浦的EasyEVSE支持云連接能力，可滿足構建聯網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，支持設備到云和云到設備通信、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平通過以太網或Wi-Fi連接到云，并提供驗證云服務，例如Microsoft Azure IoT Central服務，可使用EdgeLock SE050安全組件增強安全性，并通過預先認證的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工具，在同一平臺上實現其他差異化功能。

滿足電動汽車充電站需求的

一系列完整產品線

恩智浦的EasyEVSE MPU電動汽車充電站開發平臺結合了恩智浦一系列完整的產品線。其中包括恩智浦的i.MX 9x系列應用處理器，其匯集了更高性能的應用核心、類似微控制器的獨立實時域、Energy Flex架構、EdgeLock安全模塊的最先進的安全性，以及專用的多傳感器數據處理引擎（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，內置各種高性能Arm Cortex-M和DSP內核，通過集成PXP、2D GPU和PowerQuad DSP協處理器，將易用性與高性能處理結合在一起，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，利用經濟高效的40-nm NVM處理技術，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）技術提供支持的全功能Wi-Fi子系統，與上一代Wi-Fi標準相比，可帶來更高的吞吐量、更好的網絡效率、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，從而使設計變得更加容易。其支持所有NFC Forum模式，提供包括Android和Linux驅動程序，并支持RTOS和無操作系統應用。

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網安全解決方案，可支持現場小程序更新，并提供經過驗證的CC EAL 6+認證的安全性，具有支持操作系統級別的AVA_VAN.5。

結語

電動汽車的普及無疑是未來交通發展的必然趨勢，但要真正實現這一目標，智能充電技術的應用和發展至關重要。通過ISO 15118等國際標準的引入，電動汽車與充電基礎設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，將有助于加速實現電動汽車充電相關應用的構建，值得您進一步深入了解與采用。