【導讀】電動汽車充電需要的不僅僅是充電站車道上的電源插座。電動汽車數量的增加，提高了對電能需求，同時還需改進電網管理系統(tǒng)，提高充電器的能效，整合家庭能源管理。
人們對家庭和辦公場所的智能充電以及更快充電有著巨大的需求，這就需要從交流充電器轉向直流充電器。此外，還需考慮安全問題，包括對電動汽車電池的認證。用戶還希望能夠在任何地方充電，既可以隨時隨地安全支付，也可以將充電與單個中心賬戶和賬單相關聯。
安全是核心
充電解決方案必須采用安全元件才能滿足ISO 15118等行業(yè)標準或相關校準法規(guī)（如德國Eichrecht）。例如，恩智浦最新的EdgeLock SE05x系列嵌入式安全解決方案，有助于確保整個價值鏈安全地抵御網絡攻擊，同時保證連接點的安全性和易用程度。
為了避免未經授權的訪問，可以使用基于行業(yè)標準NFC的安全協(xié)議，通過實體智能卡或智能手機等憑據解鎖電動汽車充電站。這些功能還支持其他智慧城市應用，如停車和公共交通。恩智浦的智能卡解決方案能夠充分利用其在全球750多個智慧城市建立的大型MIFARE??免接觸式生態(tài)系統(tǒng)。
通電
許多充電站都在使用交流電。一般是單相交流電，但使用三相交流電的充電站逐步增加。目前高壓直流充電站數量雖少，但在不斷增加。相比交流充電站，高壓直流充電站功率更高，可縮短充電時間。因此，大多數電動汽車OEM供應商希望共同開發(fā)這兩種充電方式。這意味著他們可以從恩智浦的技術組件中受益，簡化開發(fā)并提高復用。
電動汽車充電解決方案
充電站，或稱電動汽車電源設備 (EVSE)，除了與用戶交互外，還需要與電網通信，實現負載均衡、汽車到電網 (V2G)(符合ISO 15118標準)、智能充電、開放充電點協(xié)議 (OCPP) 和收費等功能。
使用恩智浦的IW620雙頻解決方案（結合Wi-Fi??和藍牙），或使用適用于sub-GHz協(xié)議的OL2385射頻收發(fā)器，可將ISM和移動網絡添加至通信技術中。這些技術可以與LPC55S69等器件以及PLC等有線通信器件結合使用，LPC55S69是實現NBIoT的理想選擇。
與之密切相關還有基于SE05x的安全功能塊，通過使用端到端加密技術提供身份驗證，實現賬單數據等敏感信息的交換。它還可以管理車載充電器（OBC）與后端服務器之間的數據交換。
此控制器板將通過安全和外部通信模塊管理主要功能和服務，例如高級通信，以及運行EVSE應用中使用的協(xié)議棧。其中包括為V2G通信定義的ISO 15118標準，還可能包括OCPP。恩智浦處理器可選擇廣泛的性能范圍，從MIMX8xx MPU應用處理器到基于Arm Cortex-M7實時MCU內核的MIMXRT11xx系列，再到基于Cortex-M33的MCU的最新LPC55x系列。
EVSE的系統(tǒng)視圖
智能充電
智能掛墻充電箱和充電站通常為云連接。消費者、充電站和云之間的連接通常通過以太網或Wi-Fi 6、Zigbee??或其他無線技術來處理。智能充電站一般會與智能計量解決方案結合使用，增加了數據處理的數量和復雜性。
充電站云連接 (云注冊) 需要簡單的指配和驗證流程來保持高安全性。恩智浦通過其SE05x和EdgeLock 2GO服務，為主要云合作伙伴的零接觸注冊流程提供支持，該服務還可對消費記錄和支付數據等敏感用戶數據進行身份驗證。
另外，服務自動駕駛汽車也對充電站提出了新的要求。自動駕駛汽車需要準確地導航到充電站充電，不用人類或(昂貴的)機器人助手來提供最后一厘米的連接。這一點可以依靠超寬帶 (UWB) 等高精度定位無線技術實現，讓自動駕駛車輛能夠準確地將自己引導到正確的位置。
云連接參考設計
我們的云連接電動汽車充電站參考設計EasyEVSE集成了恩智浦的多種產品，幫助客戶加快創(chuàng)新并簡化設計過程?？蛻艨梢栽诙髦瞧值膇.MX RT1064跨界MCU上快速加載基于Azure RTOS的應用軟件，并將模擬電動汽車充電站安全地連接到Microsoft Azure IoT Central。
該參考設計采用恩智浦Kinetis計量MCU，其中包括自身的參考設計、原理圖和計量軟件。由于需要在汽車、電動汽車站和云之間實現安全通信，此參考設計展示了如何利用恩智浦EdgeLock安全元件來滿足ISO 15118信息安全和功能安全要求。客戶可以將該平臺作為完整且具有差異化特點的EVSE系統(tǒng)基礎。
供電動車充電的本地存儲
隨著充電站從交流電轉向直流電，電網必須滿足高功率 (350千瓦或更高) 輸出的峰值需求，電池電壓高達1000V。本地存儲可使用電池和恩智浦的電池管理系統(tǒng) (BMS) 來解決這一問題。本地電池充滿電時，可以先向電動汽車輸送電量，再從電網中獲取更多電量。
沒有電動汽車充電時，本地電池可以通過電網甚至現場太陽能電池陣列進行充電，以緩解電網的需求高峰，還在停電時確保電力供應。實現本地電力均衡需要電池管理單元 (BMU)，其中包含恩智浦的FS32K系列、支持功能安全的電源管理IC、支持無軟件電池組的BMS網關，以及提供電池狀態(tài)值的高精度模擬前端等。
結語
電動汽車越來越普及，因此需要開發(fā)大量安全可靠的充電站。
恩智浦在電源轉換以及安全數據交易和設備身份驗證方面有著豐富的經驗。在電動汽車充電中，這兩個領域以一種新的方式結合在一起。
評估套件和參考設計的數量逐漸增多，可覆蓋交流及直流充電站的大部分需求，恩智浦愿意為制造商和服務提供商出謀劃策，為電動汽車行業(yè)的快速增長提供支持。
本文作者
Mark Swinburn，恩智浦半導體EMEA電動車充電設備與智能家電部門負責人。Mark在電子設計領域擁有30多年的工作經驗，過去十年，他在恩智浦主要負責MCU、連接和信息安全業(yè)務。
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