Necesidades y soluciones de carga inteligente para vehículos eléctricos

A medida que la atención global hacia la protección ambiental y el desarrollo sostenible aumenta, los vehículos eléctricos (EVs) están convirtiéndose rápidamente en la opción principal para el transporte del futuro. Sin embargo, la adopción generalizada de los EVs trae consigo varios desafíos, siendo uno de los más significativos cómo gestionar y optimizar eficazmente el proceso de carga. Los métodos tradicionales de carga tienen dificultades para satisfacer las demandas de los usuarios modernos de EVs en cuanto a velocidad de carga, comodidad, seguridad y eficiencia energética. Para abordar estos desafíos, ha surgido la tecnología de carga inteligente. La carga inteligente no se trata solo de un simple proceso de carga; es una solución integrada que combina tecnologías avanzadas de comunicación, análisis de datos y gestión energética

Estándar ISO 15118 para aplicaciones de carga inteligente

ISO 15118 es un estándar internacional para la comunicación entre los vehículos eléctricos (EVs) y las estaciones de carga, facilitando el intercambio de información para autenticación, autorización, facturación y control de carga flexible. Su objetivo es apoyar funciones de carga inteligente, incluyendo la característica de "Plug and Charge" (Conectar y Cargar), que permite la autenticación y el pago de forma automática. Con esta funcionalidad, el EV solo necesita ser conectado a la estación de carga para iniciar automáticamente el proceso de carga, eliminando pasos adicionales de autenticación del usuario y agilizando el proceso de pago, mejorando significativamente la comodidad del usuario.   Además, ISO 15118 permite la comunicación bidireccional entre los EVs y las estaciones de carga, habilitando la transferencia de energía tanto del vehículo hacia la estación de carga como viceversa. El estándar respalda el ajuste de potencia y la programación de carga, integrándose con redes inteligentes para permitir que los EVs reduzcan la potencia de carga durante períodos de alta demanda o carguen en horarios de baja demanda. Esto ayuda a prevenir la sobrecarga de la red eléctrica, equilibrar la carga de la red y mejorar la eficiencia y estabilidad general del sistema energético.   ISO 15118 también garantiza una protección robusta mediante encriptación para la transmisión de datos durante la comunicación, protegiendo la información del usuario y los datos de las transacciones. Más allá de la comunicación tradicional por cable, el estándar admite tecnologías de comunicación inalámbrica, mejorando aún más la flexibilidad y la adaptabilidad.   Asimismo, ISO 15118 incluye capacidades de gestión energética, permitiendo que los EVs y las estaciones de carga negocien la estrategia de carga óptima para optimizar el uso de energía y reducir los costos de carga. Estas características convierten a ISO 15118 en un estándar crucial para la carga inteligente de los EVs, promoviendo una integración profunda entre los EVs y la red eléctrica, mejorando la eficiencia de carga y elevando la experiencia del usuario.

Componentes clave de las estaciones de carga para vehículos eléctricos

Las estaciones de carga de vehículos eléctricos (EV) proporcionan energía para cargar vehículos eléctricos. Una estación típica de carga de EV consta de al menos una placa de control inteligente (Controlador de Comunicación de Equipos de Suministro, SECC) y una placa de enchufe de energía. El controlador inteligente es responsable de gestionar la comunicación y funcionalidad de alto nivel, servicios y conexión a servidores remotos, mientras que la placa del enchufe de energía se encarga de la seguridad, comunicación de bajo nivel, distribución y medición de energía. Para satisfacer las diversas necesidades de la carga de EVs, el equipo de carga no solo debe ofrecer opciones flexibles de suministro de energía de CA o CC, sino también proporcionar una variedad de funciones.   Debido a los requisitos legislativos en varios países para mejorar la precisión de pagos justos, la recuperación de impuestos sobre combustibles y proporcionar un equilibrio de la carga de la red eléctrica y análisis de calidad, el equipo de carga necesita ofrecer una medición precisa de la transmisión de energía. Además, el equipo de carga debe cumplir con los principales estándares de seguridad para EV contenidos en OCPP2.x, ISO 15118 y PKI, así como con normativas como GDPR, leyes de calibración como "Eichrecht" y confidencialidad, junto con los estándares de seguridad como IEC61508 y SIL2, para mejorar la seguridad y protección de los dispositivos periféricos.   Además, el inicio de sesión en servicios en la nube para el equipo de carga necesita simplificar los procesos de aprovisionamiento y propiedad mientras utiliza el "onboarding" sin intervención humana para simplificar y mantener un alto nivel de seguridad y confianza en la conexión con dispositivos autenticados. Por otro lado, se deben realizar preparativos para despliegues a gran escala, integrando tecnologías optimizadas en costos de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML) para análisis de perfiles de consumo y detección de anomalías. Asimismo, la vida útil del producto del equipo de carga debe superar los 10 o 15 años, con un período de servicio de 10 a 20 años, siendo robusto y duradero, adecuado para entornos hostiles, para mantener la disponibilidad y fiabilidad de todo el sistema.   Para construir un sistema completo de carga para EVs, se necesitan los siguientes bloques clave. Primero, se requiere capacidad de metrología para medir con precisión el flujo de energía entre el cargador y el vehículo, calcular el consumo de facturación de energía, gestionar el cambio seguro y la comunicación de bajo nivel con los EVs, y soportar sensores de alta precisión para el monitoreo de temperatura, permitiendo la seguridad y la detección de anomalías. Además, un puente NFC puede ser utilizado para servir como un canal de comunicación aislado para la MCU de metrología y también puede ser usado en procesos de fabricación, puesta en marcha y actualización.   Además, se requiere una placa de controlador (SECC) para gestionar las funciones principales y servicios del equipo de suministro de energía, incluyendo cualquier comunicación de alto nivel y pilas de protocolos como ISO 15118, OCPP y conexión al sistema backend, con opciones que incluyen servicios bare-metal y RTOS. Para soluciones que ejecutan el sistema operativo Linux®, se pueden utilizar pantallas para publicidad de medios, agregando un mayor valor.   La seguridad es una característica indispensable del equipo de carga, requiriendo verificación de extremo a extremo mediante claves criptográficas para proteger el uso de energía y los datos de facturación, integrar de manera segura y sin problemas los cargadores de EV con los servidores backend y servicios en la nube para la gestión remota, y permitir que el software y el firmware se configuren, actualicen y verifiquen. En términos de capacidades de comunicación externa, se puede combinar una mezcla flexible de funciones de comunicación según la ubicación, región y tipo de equipo de carga, soportando soluciones de comunicación específicas para regiones, incluyendo Wi-Fi®, PLC, NB-IoT, Sigfox, etc.

Proporcionando una solución de carga de vehículos eléctricos de alto nivel

Las estaciones de carga para vehículos eléctricos (EV) requieren altos niveles de eficiencia, precisión, conectividad y seguridad. Las soluciones de NXP cumplen con los requisitos para una medición precisa de la energía, gestión de equipos y seguridad de datos. El extenso soporte técnico de NXP permite un tiempo más rápido de lanzamiento al mercado mientras reduce la complejidad y los costos, y su programa de ciclo de vida del producto respalda ciclos de vida más prolongados para los productos.   Para satisfacer las necesidades de carga rápida de los vehículos eléctricos, NXP ha introducido la solución EasyEVSE, que aprovecha plenamente el potencial del estándar ISO 15118. Ofrece la conveniencia del plug-and-charge (enchufar y cargar), transferencia de energía bidireccional utilizando las baterías de los EV como fuentes de energía, y la capacidad de usar la energía del vehículo para el balanceo de carga o actuar como generador durante cortes de energía o altos costos energéticos.   La solución EasyEVSE de NXP combina eficiencia y sostenibilidad con fiabilidad y seguridad. Proporciona una durabilidad robusta adecuada para entornos duros y está optimizada en costos, logrando un equilibrio entre el rendimiento mejorado y las demandas comerciales. También ofrece capacidades más rápidas para actualizaciones de productos, la reutilización de una plataforma común de hardware y software, conectividad segura, soporte para configuraciones automáticas (zero-touch), certificaciones de seguridad industriales, y soluciones de actualizaciones OTA (over-the-air, por aire).   La plataforma de desarrollo EasyEVSE para estaciones de carga de EV simplifica el proceso de construcción de sistemas de carga para EV al integrar múltiples bloques tecnológicos. Admite conectividad a la nube para satisfacer diversas necesidades en la construcción de estaciones de carga conectadas, proporcionando guías de configuración de hardware y software de ejemplo. Su plataforma modular y escalable admite comunicación de dispositivo a nube y de nube a dispositivo, facturación de energía precisa y autenticación NFC con un solo toque.   La plataforma de desarrollo EasyEVSE para estaciones de carga de EV se conecta a la nube a través de Ethernet o Wi-Fi y proporciona servicios en la nube verificados, como Microsoft Azure IoT Central. Mejora la seguridad con el elemento de seguridad EdgeLock™ SE050 y admite facturación de energía precisa con el microcontrolador MCU de metrología Kinetis M pre-certificado. También cuenta con un front-end NFC de alto rendimiento para autenticación con un solo toque y utiliza herramientas de desarrollo de NXP y socios para implementar características diferenciadas adicionales en la misma plataforma. 

Una línea de productos integral para satisfacer las necesidades de las estaciones de carga de vehículos eléctricos

La plataforma de desarrollo de estaciones de carga eléctrica EasyEVSE MPU de NXP integra una gama completa de productos de NXP. Esto incluye los procesadores de aplicaciones de la serie i.MX 9x de NXP, que cuentan con núcleos de aplicación de alto rendimiento, un dominio en tiempo real independiente similar a un MCU, arquitectura Energy Flex, la avanzada seguridad del enclave de seguridad EdgeLock®, y motores dedicados al procesamiento de datos multisensoriales (gráficos, imagen, visualización, audio y voz).   Además, EasyEVSE MCU EV de NXP utiliza microcontroladores de la serie i.MX RTx, que incorporan varios núcleos de alto rendimiento Arm® Cortex®-M y DSP. Al integrar PXP, GPU 2D y el coprocesador DSP PowerQuad, combinan usabilidad con un procesamiento de alto rendimiento, ofreciendo una fiabilidad sin precedentes, un alto nivel de integración y seguridad.   La serie KM de NXP está basada en los microcontroladores de medición con núcleo Arm® Cortex®-M0+. La serie de MCU Arm Cortex-M0+ de bajo consumo está diseñada para soportar soluciones de un solo chip para medidores eléctricos monofásicos, bifásicos y trifásicos, medidores de flujo y otras aplicaciones de medición de precisión.   La serie MCX N está basada en la serie de MCU Arm® Cortex®-M33, utilizando tecnología de procesamiento NVM de 40 nm rentable. Ofrece mejoras significativas en el rendimiento, DSP de hardware, toda la RAM integrada con paridad o ECC, características de seguridad criptográfica renovadas, funciones analógicas precisas adicionales, y Arm® TrustZone®-M para separación e aislamiento de control de acceso para software certificado y recursos.   La serie IW61x de NXP es compatible con radio tribanda Wi-Fi® 6/Bluetooth® 5.4/802.15.1, incluyendo un subsistema Wi-Fi completamente equipado respaldado por la tecnología 802.11ax (Wi-Fi 6) de NXP. En comparación con el estándar Wi-Fi de generaciones anteriores, proporciona mayor velocidad de transferencia, mejor eficiencia de red, menor latencia y un mayor alcance de cobertura.   La serie PN7160 es un controlador NFC plug-and-play con firmware integrado. El firmware NFC embebido reduce la necesidad de interacción con el host y minimiza el tamaño del código, facilitando el diseño de integración. Es compatible con todos los modos del Foro NFC, proporciona drivers para Android y Linux, y soporta aplicaciones RTOS y sin sistema operativo.   La serie SE051 de NXP es una solución de seguridad IoT que admite actualizaciones y applets personalizados. Permite la actualización de applets en campo y proporciona una seguridad certificada CC EAL 6+ probada, con soporte AVA_VAN.5 hasta el nivel del sistema operativo.

Conclusión

La popularización de los vehículos eléctricos (EVs) es, sin duda, una tendencia inevitable en el desarrollo futuro del transporte. Sin embargo, para alcanzar verdaderamente este objetivo, la aplicación y el desarrollo de la tecnología de carga inteligente son fundamentales. La introducción de estándares internacionales como el ISO 15118 ha hecho que la comunicación entre los EVs y la infraestructura de carga sea más interoperable, eficiente y segura. La plataforma de carga inteligente y las soluciones de NXP introducidas en este artículo ayudarán a acelerar el desarrollo de las aplicaciones de carga para EVs y merecen ser exploradas y adoptadas más ampliamente.