Besoins et solutions de charge intelligente pour les véhicules électriques

Alors que l'attention mondiale portée à la protection de l'environnement et au développement durable augmente, les véhicules électriques (VE) deviennent rapidement le choix principal pour le transport du futur. Cependant, l'adoption généralisée des VE pose plusieurs défis, l'un des plus importants étant la manière de gérer et d'optimiser efficacement le processus de recharge. Les méthodes de recharge traditionnelles peinent à répondre aux exigences des utilisateurs modernes de VE en termes de vitesse de recharge, de commodité, de sécurité et d'efficacité énergétique. Pour relever ces défis, la technologie de recharge intelligente a émergé. La recharge intelligente ne se limite pas à un simple processus de recharge ; c'est une solution intégrée qui combine des technologies de communication avancées, l'analyse de données et la gestion de l'énergie

Norme ISO 15118 pour les applications de recharge intelligente

ISO 15118 est une norme internationale pour la communication entre les VE et les stations de recharge, facilitant l'échange d'informations pour l'authentification, l'autorisation, la facturation et le contrôle flexible de la charge. Elle vise à soutenir les fonctions de recharge intelligente, y compris la fonction "Plug and Charge", qui permet une authentification et un paiement automatiques. Avec cette fonction, le VE n'a qu'à être branché à la station de recharge pour démarrer automatiquement la charge, éliminant les étapes d'authentification supplémentaires pour l'utilisateur et simplifiant le processus de paiement, améliorant ainsi considérablement la commodité pour l'utilisateur.   De plus, ISO 15118 permet une communication bidirectionnelle entre les VE et les stations de recharge, permettant un transfert d'énergie à la fois du véhicule vers la station de recharge et inversement. La norme prend en charge l'ajustement de la puissance et la planification de la recharge, s'intégrant aux réseaux intelligents pour permettre aux VE de limiter la puissance de charge pendant les périodes de forte demande ou de recharger pendant les heures creuses. Cela aide à éviter la surcharge du réseau, à équilibrer la charge du réseau et à améliorer l'efficacité et la stabilité globales du système électrique.   ISO 15118 garantit également une protection robuste par cryptage pour la transmission des données durant la communication, sécurisant les informations des utilisateurs et les données des transactions. Au-delà de la communication filaire traditionnelle, la norme prend en charge les technologies de communication sans fil, améliorant ainsi encore la flexibilité et l'adaptabilité.   En outre, ISO 15118 inclut des capacités de gestion énergétique, permettant aux VE et aux stations de recharge de négocier la stratégie de recharge optimale afin d'optimiser l'utilisation de l'énergie et de réduire les coûts de recharge. Ces fonctionnalités font de l'ISO 15118 une norme cruciale dans la recharge intelligente des VE, favorisant une intégration profonde entre les VE et le réseau, améliorant l'efficacité de la recharge et améliorant l'expérience utilisateur.

Principaux éléments constitutifs des stations de recharge pour véhicules électriques

Les stations de charge pour véhicules électriques (VE) fournissent l'énergie nécessaire pour charger les VE. Une station de charge typique pour VE se compose d'au moins une carte de contrôle intelligente (Supply Equipment Communication Controller, SECC) et d'une carte de prise électrique. Le contrôleur intelligent est responsable de la gestion des communications et fonctionnalités de haut niveau, des services, ainsi que de la connexion à des serveurs distants, tandis que la carte de prise électrique est chargée de la sécurité, des communications de bas niveau, de la distribution et de la mesure de l'énergie. Afin de répondre aux divers besoins de la recharge pour VE, l'équipement de charge doit non seulement offrir des options flexibles pour l'alimentation en courant alternatif (AC) ou continu (DC), mais également proposer une variété de fonctions.   En raison des exigences législatives dans divers pays visant à améliorer la précision des paiements équitables, la récupération des taxes sur les carburants et l'équilibrage et l'analyse de la qualité des charges du réseau électrique, l'équipement de charge doit fournir une mesure précise de la transmission d'énergie. De plus, l'équipement de charge doit se conformer aux principaux standards de sécurité pour VE contenus dans OCPP2.x, ISO 15118, et PKI, ainsi qu'être conforme au RGPD, à la loi de calibration « Eichrecht » et à la confidentialité, en plus de respecter les normes de sécurité telles que IEC61508 et SIL2, pour renforcer la sécurité et la sûreté des dispositifs périphériques.   En outre, la connexion au service cloud de l'équipement de charge doit simplifier les processus de mise en service et de propriété tout en utilisant une intégration automatisée zéro intervention pour simplifier et maintenir un haut niveau de sécurité et de confiance dans la connexion aux dispositifs authentifiés. Par ailleurs, il est nécessaire de se préparer à des déploiements à grande échelle, en intégrant des technologies d'intelligence artificielle (AI) et d'apprentissage automatique (ML) optimisées en termes de coût pour le profilage de consommation et l'analyse de détection d'anomalies. En outre, la durée de vie des produits d'équipement de charge doit dépasser 10 ou 15 ans, avec une durée de service de 10 à 20 ans, et être robuste et durable, adaptée à des environnements difficiles, afin de maintenir la disponibilité et la fiabilité de l'ensemble du système.   Pour construire un système de charge pour VE complet, les blocs de construction clés suivants sont nécessaires. Tout d'abord, une capacité de métrologie est requise pour mesurer avec précision le flux d'énergie entre le chargeur et le véhicule, calculer la consommation énergétique pour la facturation, gérer la commutation sécurisée et les communications de bas niveau des VE, et supporter des capteurs de température haute précision pour la surveillance, permettant ainsi de garantir la sécurité et la détection des anomalies. De plus, un pont NFC peut être utilisé comme canal de communication isolé pour le MCU de métrologie et peut également être utilisé dans les processus de fabrication, de mise en service et de mise à jour.   En outre, une carte contrôleur (SECC) est nécessaire pour gérer les principales fonctions et services de l'équipement d'alimentation électrique, y compris toute communication de haut niveau et pile de protocoles comme ISO 15118, OCPP, et la connexion au backend, avec des options incluant des services bare-metal et RTOS. Pour les solutions fonctionnant sous le système d'exploitation Linux®, des écrans peuvent être utilisés pour la publicité média afin d'ajouter une valeur supplémentaire.   La sécurité est une caractéristique indispensable de l'équipement de charge, nécessitant une vérification bout en bout à l'aide de clés cryptographiques pour protéger les données relatives à l'utilisation d'énergie et à la facturation, intégrer en toute sécurité et de manière transparente les chargeurs de VE aux serveurs backend et aux services cloud pour une gestion à distance, et permettre la configuration, la mise à jour et la vérification des logiciels et micrologiciels. En termes de capacités de communication externe, un mélange flexible de fonctions de communication peut être combiné en fonction de l'emplacement, de la région et du type d'équipement de charge, prenant en charge des solutions de communication spécifiques à certaines régions, y compris Wi-Fi®, PLC, NB-IoT, Sigfox, etc.

Fournir une solution de recharge de véhicule électrique de haut niveau

Les stations de recharge pour véhicules électriques (VE) nécessitent des niveaux élevés d'efficacité, de précision, de connectivité et de sécurité. Les solutions de NXP répondent aux exigences de mesure précise de l'énergie, de gestion des équipements et de sécurité des données. Le support technique étendu de NXP permet un accès plus rapide au marché tout en réduisant la complexité et les coûts, et le programme de durée de vie des produits de NXP soutient des cycles de vie de produits plus longs.   Pour répondre aux besoins de recharge rapide des VE, NXP a introduit la solution EasyEVSE, qui exploite pleinement le potentiel de la norme ISO 15118. Elle offre la commodité de la fonctionnalité plug-and-charge, le transfert bidirectionnel d'énergie en utilisant les batteries des VE comme sources d'énergie, et la possibilité d'utiliser l'énergie des véhicules pour l'équilibrage des charges ou comme générateur lors de coupures de courant ou de coûts énergétiques élevés.   La solution EasyEVSE de NXP combine efficacité et durabilité avec fiabilité et sécurité. Elle offre une durabilité robuste adaptée aux environnements difficiles et est optimisée en termes de coûts, établissant un équilibre entre des performances accrues et les exigences commerciales. Elle propose également des capacités de mise à niveau des produits plus rapides, la réutilisation d'une plateforme commune matériel et logiciel, une connectivité sécurisée, la prise en charge de l'installation sans intervention, des certifications de sécurité industrielles et des solutions de mise à jour OTA.   La plateforme de développement de stations de recharge EasyEVSE de NXP simplifie le processus de création de systèmes de recharge pour VE en intégrant plusieurs blocs technologiques. Elle prend en charge la connectivité au cloud pour répondre à divers besoins dans la création de stations de recharge pour VE connectées, en fournissant des guides de configuration matérielle et des logiciels d'exemple. Sa plateforme modulaire et évolutive prend en charge la communication de l'appareil au cloud et du cloud à l'appareil, la facturation énergétique précise et l'authentification NFC en une seule action.   La plateforme de développement de stations de recharge EasyEVSE se connecte au cloud via Ethernet ou Wi-Fi et fournit des services cloud vérifiés tels que Microsoft Azure IoT Central. Elle renforce la sécurité avec l'élément de sécurité EdgeLock™ SE050 et prend en charge la facturation énergétique précise grâce au microcontrôleur de métrologie Kinetis M pré-certifié. Elle est également équipée d'une interface NFC hautes performances pour une authentification en une seule action et utilise des outils de développement NXP et partenaires pour implémenter des fonctionnalités différenciées supplémentaires sur la même plateforme. 

Une gamme de produits complète pour répondre aux besoins des stations de recharge de véhicules électriques

La plateforme de développement de station de charge EV EasyEVSE MPU de NXP intègre une gamme complète de produits de NXP. Cela inclut les processeurs d'application de la série i.MX 9x de NXP, qui offrent des cœurs d'application haute performance, un domaine en temps réel indépendant semblable à un MCU, une architecture Energy Flex, la sécurité de pointe de l'enclave de sécurité EdgeLock® et des moteurs dédiés au traitement des données multi-sensorielles (graphisme, imagerie, affichage, audio et voix).   De plus, le EasyEVSE MCU EV de NXP utilise les microcontrôleurs de la série i.MX RTx, qui intègrent divers cœurs Arm® Cortex®-M et DSP haute performance. En intégrant PXP, GPU 2D et le coprocesseur DSP PowerQuad, ils associent facilité d'utilisation à un traitement haute performance, offrant une fiabilité sans précédent, un haut niveau d'intégration et de sécurité.   La série KM de NXP est basée sur les microcontrôleurs métrologiques à cœur Arm® Cortex®-M0+. La série de MCU Arm Cortex-M0+ basse consommation est conçue pour prendre en charge des solutions à puce unique pour les compteurs électriques monophasés, biphasés et triphasés, les débitmètres et autres applications de mesure de précision.   La série MCX N est basée sur les microcontrôleurs Arm® Cortex®-M33, utilisant une technologie de traitement NVM économique de 40 nm. Elle offre des améliorations significatives des performances, un DSP matériel, toute la RAM intégrée avec parité ou ECC, des fonctionnalités de sécurité Crypto renouvelées, des fonctions analogiques précises supplémentaires, ainsi que Arm® TrustZone®-M pour la séparation et l'isolation par contrôle d'accès des logiciels certifiés et des ressources.   La série IW61x de NXP supporte les radios tri-bande Wi-Fi® 6/Bluetooth® 5.4/802.15.1, comprenant un sous-système Wi-Fi complet pris en charge par la technologie 802.11ax (Wi-Fi 6) de NXP. Par rapport à la génération précédente de la norme Wi-Fi, elle offre un débit plus élevé, une efficacité réseau améliorée, une latence réduite et une portée de couverture accrue.   La série PN7160 est un contrôleur NFC plug-and-play avec firmware intégré. Le firmware NFC embarqué réduit le besoin d'interaction avec l'hôte et minimise la taille du code, facilitant ainsi l'intégration dans les conceptions. Elle supporte tous les modes du NFC Forum, fournit des pilotes pour Android et Linux, et est compatible avec les applications RTOS et sans OS.   La série SE051 de NXP est une solution de sécurité IoT prenant en charge la mise à niveau et les applets personnalisés. Elle permet des mises à jour des applets sur le terrain et offre une sécurité certifiée CC EAL 6+ éprouvée, avec prise en charge AVA_VAN.5 jusqu'au niveau du système d'exploitation.

Conclusion

La popularisation des véhicules électriques (VE) est sans aucun doute une tendance inévitable dans le développement futur des transports, mais pour atteindre véritablement cet objectif, l'application et le développement de la technologie de recharge intelligente sont essentiels. L'introduction de normes internationales telles que l'ISO 15118 a rendu la communication entre les VE et les infrastructures de recharge plus interopérable, efficace et sécurisée. La plateforme et les solutions de recharge intelligente de NXP présentées dans cet article contribueront à accélérer le développement des applications de recharge des VE et méritent d'être explorées et adoptées davantage.