【技术干货】电动汽车的智能充电需求与解决方案

ISO 15118是一个针对电动汽车（EV）和充电站之间通信的国际标准，用于基于电动汽车和充电基础设施之间交换信息，以进行身份验证、授权、计费和进行灵活的负载控制。ISO 15118旨在支持智能充电功能，该标准支持“即插即充”（Plug and Charge）功能，可支持自动身份验证与支付，电动汽车只需插入充电插头即可自动开始充电，无需额外的用户身份验证步骤，便可获得授权来为其电池充电，这使得支付过程自动化，大大提升了用户的便利性。

此外，ISO 15118标准允许电动汽车和充电站之间进行双向通信，能量可从电动汽车传输到充电站，反之亦然。ISO 15118标准还支持充电功率调整和充电计划，支持与智能电网的集成，允许电动汽车在高峰用电时段限制充电功率，或在电力需求较低时段进行充电，这有助于防止电网过载、平衡电网负载，提升总体电力系统的效率和稳定性。

ISO 15118标准并对通信过程中的数据传输提供了强有力的加密保护，确保用户信息和交易数据的安全性。此外，除了传统的有线通信，ISO 15118还支持无线通信技术，进一步提升了灵活性和适应性。

ISO 15118还支持能源管理功能，允许电动汽车和充电站协商最佳的充电策略，以优化能源使用，减少充电成本。这些特性使得ISO 15118成为电动汽车智能充电领域的重要标准，促进了电动汽车与电网的深度融合，提升了充电效率和用户体验。

电动汽车充电站可为电动汽车充电提供电力，典型的电动汽车充电站至少由一块智能控制板（供应设备通信控制器，SECC）和一块电源插座板组成。智能控制器负责管理高级通信和功能、服务和与远程服务器的连接，电源插座板负责安全、低级通信、分配和测量能源。为了满足电动汽车充电的不同需求，电动汽车供电设备除了必须提供交流或直流供电的灵活选择之外，还需要提供更多样的功能。

由于各国政府纷纷立法要求提高公平支付的准确性，以及政府需要回收燃油税，并要提供电网负载平衡和电源质量分析，因此充电设备需要提供精确的功率传输测量。此外，充电设备还需要支持主要的电动汽车安全标准，包含OCPP2.x、ISO 15118和PKI，以及支持GDPR、校准法“Eichrecht”和保密性，与IEC61508和SIL2等安全标准，以提高边缘设备的安全性。

此外，充电设备的云服务登录需要简化配置和所有权流程，同时使用零接触登录以简化并保持连接到认证设备的高度安全性和信心。另一方面，还需要为大规模部署做好准备，集成经成本优化的人工智能（AI）和机器学习（ML）技术，来进行消费概况与异常检测分析。另一方面，充电设备的产品寿命需要超过10或15年，使用寿命为10至20年，并要坚固耐用，适合恶劣环境，以维持整套系统的可用性和可靠性。

想要构建一套完整的电动汽车充电系统，需要具备以下的关键构建模块。首先要提供计量能力，可以准确测量充电器和车辆之间的能量流，计算能源计费消耗，管理电动汽车的安全切换和低级通信，并支持高精度温度传感器以监测温度，实现安全和异常检测。此外还需要NFC桥接器可用于充当计量MCU的交流隔离通信通道，也可在制造、调试和更新过程中使用。

此外还需要控制器板（SECC）来管理供电设备的主要功能和服务，包括任何高级通信和协议栈，例如ISO 15118、OCPP和与后端的连接，选项包括裸机服务和RTOS，对于运行Linux®操作系统的解决方案，则可利用屏幕进行媒体广告来增加更大的价值。

安全性则是充电设备不可忽视的功能，需要使用加密密钥进行端到端验证，以保护能源使用和计费数据，将电动汽车充电器安全、无缝地连接到后端服务器和云服务以进行远程管理，并可配置、更新和验证软件和固件。在外部通信功能方面，则需要支持可根据位置、区域与充电设备的类型灵活组合通信功能，并支持特定区域的通信解决方案，包括Wi-Fi®、PLC、NB-IoT、Sigfox等。

电动汽车充电站需要具有高水平的效率、准确性、连接性和安全性。恩智浦的解决方案可满足精确功率测量、设备管理和数据安全的要求。恩智浦丰富的技术支持可实现更快的上市时间，同时降低复杂性和成本，恩智浦的产品寿命计划可支持更长的产品生命周期。

为了满足电动汽车的快速充电需求，恩智浦推出的EasyEVSE解决方案，将可充分发挥ISO 15118标准的潜力，从即插即充的便利性到使用电动汽车电池作为能源的双向电力传输，并可使用汽车能源来实现负载平衡，或在停电或能源成本较高时充当发电机。

恩智浦的EasyEVSE解决方案具备高效与可持续性，并具备可靠性和安全性，提供坚固耐用的特性，可适合恶劣环境，且经过成本优化，在增强性能与商业需求之间取得了平衡，并提供更快的产品升级能力，具有通用硬件和软件平台重用，以及提供安全连接能力，支持零接触设置、行业安全认证和OTA更新方案。

恩智浦的EasyEVSE电动汽车充电站开发平台通过整合多项技术构建模块，使得构建电动汽车充电系统的过程更为简化。恩智浦的EasyEVSE支持云连接能力，可满足构建联网电动汽车充电站的各种需求，并提供硬件配置说明和示例软件，其使用模块化、可扩展的平台作为基础，支持设备到云和云到设备通信、准确的能源计费和一键式NFC身份验证。

EasyEVSE电动汽车充电站开发平通过以太网或Wi-Fi连接到云，并提供验证云服务，例如Microsoft Azure IoT Central服务，可使用EdgeLock™ SE050安全组件增强安全性，并通过预先认证的Kinetis M计量MCU支持准确的能源计费，以及使用高性能NFC前端，一键进行身份验证，并可利用恩智浦和合作伙伴开发工具，在同一平台上实现其他差异化功能。

恩智浦的EasyEVSE MPU电动汽车充电站开发平台结合了恩智浦一系列完整的产品线。其中包括恩智浦的i.MX 9x系列应用处理器，其汇集了更高性能的应用核心、类似微控制器的独立实时域、Energy Flex架构、EdgeLock®安全模块的最先进的安全性，以及专用的多传感器数据处理引擎（图形、图像、显示、音频和语音）。

此外，NXP 的EasyEVSE MCU电动汽车利用i.MX RTx系列微控制器，内置各种高性能Arm® Cortex®-M和DSP内核，通过集成PXP、2D GPU和PowerQuad DSP协处理器，将易用性与高性能处理结合在一起，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系列则是基于Arm® Cortex®-M0+内核的计量微控制器，低功耗的Arm Cortex-M0+ MCU系列旨在支持单相、两相和三相电表、流量计和其他精密测量应用的单芯片解决方案。

MCXN系列则是基于Arm® Cortex®Cortex-M33的MCU系列，利用经济高效的40-nm NVM处理技术，可提供显着的性能增强、硬件DSP，所有片上RAM均带有奇偶校验或ECC，并提供更新的加密安全功能和精密模拟附加功能，以及Arm® TrustZone®-M可为经过认证的软件和资源提供分离和访问控制隔离。

恩智浦的IW61x系列则是支持Wi-Fi® 6/蓝牙® 5.4/802.15.1三频无线电，包括了由恩智浦的802.11ax（Wi-Fi 6）技术提供支持的全功能Wi-Fi子系统，与上一代Wi-Fi标准相比，可带来更高的吞吐量、更好的网络效率、更低的延迟和更大的覆盖范围。

PN7160系列则是带集成固件的NFC即插即用控制器，嵌入式NFC固件减少了主机交互的需求，并最大限度地减少了代码大小，从而使设计变得更加容易。其支持所有NFC Forum模式，提供包括Android和Linux驱动程序，并支持RTOS和无操作系统应用。

恩智浦的SE051系列则是支持可更新性和自定义小程序的物联网安全解决方案，可支持现场小程序更新，并提供经过验证的CC EAL 6+认证的安全性，具有支持操作系统级别的AVA_VAN.5。

电动汽车的普及无疑是未来交通发展的必然趋势，但要真正实现这一目标，智能充电技术的应用和发展至关重要。通过ISO 15118等国际标准的引入，电动汽车与充电基础设施之间的通信变得更加具有可互操作、高效和安全。本文所介绍的恩智浦智能充电平台与解决方案，将有助于加速实现电动汽车充电相关应用的构建，值得您进一步深入了解与采用。