전기차를 위한 스마트 충전 요구사항 및 솔루션

환경 보호 및 지속 가능한 발전에 대한 전 세계적인 관심이 증가하면서 전기 자동차(EV)가 미래 교통수단으로 빠르게 주류 선택지가 되고 있습니다. 그러나 EV의 광범위한 채택은 여러 가지 과제를 가져오며, 그 중 가장 중요한 문제 중 하나는 충전 과정을 효과적으로 관리하고 최적화하는 방법입니다. 기존의 충전 방식은 현대 EV 사용자들이 요구하는 충전 속도, 편리함, 보안 및 에너지 효율성을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 스마트 충전 기술이 등장했습니다. 스마트 충전은 단순한 충전 과정을 넘어서, 고급 통신 기술, 데이터 분석 및 에너지 관리가 결합된 통합 솔루션을 의미합니다.

스마트 충전 애플리케이션을 위한 ISO 15118 표준

ISO 15118은 EV(전기차)와 충전소 간 통신을 위한 국제 표준으로, 인증, 승인, 결제 및 유연한 부하 제어를 위한 정보 교환을 촉진합니다. 이 표준은 "Plug and Charge" 기능을 포함한 스마트 충전 기능을 지원하며, 이를 통해 자동 인증 및 결제가 가능해집니다. 이 기능을 통해 EV를 충전소에 단순히 연결하기만 하면 자동으로 충전이 시작되며 추가적인 사용자 인증 절차를 제거하고 결제 프로세스를 간소화해 사용자 편의성을 크게 향상시킵니다.   또한, ISO 15118은 EV와 충전소 간 양방향 통신을 지원하여 차량에서 충전소로 또는 충전소에서 차량으로 에너지를 전송할 수 있도록 합니다. 이 표준은 전력 조정 및 충전 일정 관리를 지원하며, 스마트 그리드와의 통합을 통해 EV가 최대 전력 수요 시간 동안 충전 전력을 제한하거나 비수기 시간에 충전하도록 합니다. 이는 전력망 과부하를 방지하고 전력망 부하를 균형 있게 관리하며 전체적인 전력 시스템의 효율성과 안정성을 향상시킵니다.   ISO 15118은 또한 통신 중 데이터 전송에 대한 강력한 암호화 보호 기능을 제공하여 사용자 정보와 거래 데이터를 안전하게 보호합니다. 기존의 유선 통신 외에도 무선 통신 기술을 지원하여 유연성과 적응성을 더욱 강화합니다.   더불어 ISO 15118은 에너지 관리 기능을 포함하여 EV와 충전소가 최적의 충전 전략을 협상하여 에너지 사용을 최적화하고 충전 비용을 절감할 수 있도록 합니다. 이러한 기능은 EV 스마트 충전에 있어 ISO 15118을 중요한 표준으로 만들어 전기차와 전력망 간의 심화 통합을 촉진하고, 충전 효율성을 개선하며, 사용자 경험을 강화합니다.

전기차 충전소의 주요 구성 요소

EV 충전소는 EV(전기차) 충전을 위한 전력을 제공합니다. 일반적인 EV 충전소는 최소 하나의 스마트 제어 보드(공급 장비 통신 컨트롤러, SECC)와 하나의 전원 소켓 보드로 구성되어 있습니다. 스마트 컨트롤러는 고급 통신 및 기능, 서비스, 원격 서버 연결을 관리하는 역할을 하며, 전원 소켓 보드는 안전, 저수준 통신, 에너지 분배 및 측정을 담당합니다. EV 충전의 다양한 요구를 충족시키기 위해 충전 장비는 AC 또는 DC 전원 공급에 대한 유연한 옵션을 제공하는 것뿐만 아니라 다양한 기능도 제공해야 합니다.   여러 국가의 입법 요건에 따라 공정한 결제 정확성을 향상시키고, 연료세 회복을 지원하며, 전력망 부하 균형 및 품질 분석을 제공하기 위해 충전 장비는 정확한 전력 전달 측정을 제공해야 합니다. 추가적으로, 충전 장비는 OCPP2.x, ISO 15118, PKI 등의 주요 EV 보안 표준을 지원해야 하며, GDPR, 검교정 법규 "Eichrecht", 기밀성을 포함한 요구 사항과 IEC61508, SIL2와 같은 안전 표준을 지원하여 엣지 장치의 보안 및 안전성을 강화해야 합니다.   또한, 충전 장비를 위한 클라우드 서비스 로그인은 프로비저닝 및 소유권 프로세스를 간소화하고, 제로 터치 온보딩(zero-touch onboarding)을 사용하여 인증된 장치로의 연결에서 높은 수준의 보안과 신뢰를 유지하도록 해야 합니다. 반면, 대규모 배포를 위한 준비도 필요하며, 소비량 프로파일링 및 이상 감지 분석을 위한 비용 최적화된 인공지능(AI) 및 머신러닝(ML) 기술 통합이 요구됩니다. 게다가 충전 장비의 제품 수명은 10년에서 15년을 초과해야 하며, 서비스 수명은 10년에서 20년에 걸쳐야 하고, 혹독한 환경에서도 사용이 가능하도록 견고하고 내구성이 강해야 하며, 전체 시스템의 가용성과 신뢰성을 유지할 수 있어야 합니다.   완전한 EV 충전 시스템을 구축하려면 다음과 같은 주요 구성 요소가 필요합니다. 첫째, 충전기와 차량 간 에너지 흐름을 정확히 측정하고 에너지 요금 소비를 계산하며, EV의 안전한 스위칭 및 저수준 통신을 관리하고 온도 모니터링을 위한 고정밀 온도 센서를 지원하여 안전성과 이상 탐지를 가능하게 하는 계측 메트롤로지 기능이 필요합니다. 추가적으로, NFC 브리지를 이용하여 메트롤로지 MCU를 위한 격리된 통신 채널로 사용하거나 제조, 시운전, 업데이트 프로세스에서 활용할 수 있습니다.   또한, 컨트롤러 보드(SECC)는 ISO 15118, OCPP와 같은 고급 통신 및 프로토콜 스택, 백엔드 연결을 포함하여 전원 공급 장치의 주요 기능과 서비스를 관리할 필요가 있으며, 베어 메탈 서비스와 RTOS 등의 옵션을 포함합니다. 리눅스(Linux®) 운영 체제를 실행하는 솔루션의 경우, 화면을 이용하여 미디어 광고를 실행하여 더 큰 가치를 더할 수 있습니다.   보안은 충전 장비에서 필수적인 기능으로, 암호화 키를 사용하여 에너지 사용량 및 과금 데이터를 보호하고, EV 충전기를 원격 관리가 가능한 백엔드 서버 및 클라우드 서비스에 안전하고 원활하게 연결하며, 소프트웨어와 펌웨어를 구성, 업데이트 및 검증할 수 있도록 해야 합니다. 외부 통신 기능 측면에서 위치, 지역, 충전 장비 유형에 따라 유연한 혼합 통신 기능을 결합할 수 있어야 하며, Wi-Fi®, PLC, NB-IoT, Sigfox 등 특정 지역을 위한 통신 솔루션을 지원해야 합니다.

고급 전기차 충전 솔루션 제공

전기차(EV) 충전소는 높은 효율성, 정확성, 연결성, 그리고 보안을 요구합니다. NXP의 솔루션은 정확한 전력 측정, 장비 관리, 데이터 보안의 요구 사항을 충족합니다. NXP의 폭넓은 기술 지원은 제품을 신속하게 출시할 수 있도록 돕는 동시에 복잡성과 비용을 절감하며, NXP의 제품 수명 프로그램은 제품 수명을 연장하는 데 기여합니다.   EV의 고속 충전 요구를 충족하기 위해 NXP는 ISO 15118 표준의 잠재력을 최대한 활용한 EasyEVSE 솔루션을 도입했습니다. 이 솔루션은 플러그 앤 차지(Plug-and-Charge)의 편리함, 에너지 원으로 EV 배터리를 사용하는 양방향 전력 전송, 부하 분산을 위해 차량 에너지를 사용하거나 정전 또는 높은 에너지 비용 상황에서 발전기로 사용하는 기능을 제공합니다.   NXP의 EasyEVSE 솔루션은 효율성과 지속 가능성을 신뢰성과 보안성과 결합합니다. 이는 험난한 환경에 적합한 견고한 내구성을 제공하며, 비용 최적화를 통해 향상된 성능과 상업적 요구 사이의 균형을 이룹니다. 또한, 더 빠른 제품 업그레이드 기능, 공통 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼의 재사용, 안전한 연결성, 제로 터치 설정 지원, 업계 보안 인증, OTA 업데이트 솔루션을 제공합니다.   NXP의 EasyEVSE EV 충전소 개발 플랫폼은 여러 기술 구성 요소를 통합하여 EV 충전 시스템 구축 과정을 단순화합니다. 이 솔루션은 연결된 EV 충전소를 구축하기 위한 다양한 필요를 충족하기 위해 클라우드 연결을 지원하며, 하드웨어 구성 가이드와 샘플 소프트웨어를 제공합니다. 모듈화되고 확장 가능한 이 플랫폼은 장치에서 클라우드로, 클라우드에서 장치로의 통신, 정확한 에너지 청구, 그리고 원터치 NFC 인증을 지원합니다.   EasyEVSE EV 충전소 개발 플랫폼은 이더넷 또는 Wi-Fi를 통해 클라우드에 연결되며, Microsoft Azure IoT Central과 같은 검증된 클라우드 서비스를 제공합니다. 이 솔루션은 EdgeLock™ SE050 보안 요소를 통해 보안을 강화하고, 사전 인증된 Kinetis M 정밀 계량 MCU를 통해 정확한 에너지 청구를 지원합니다. 또한, 원터치 인증을 위한 고성능 NFC 프런트엔드를 포함하며, 동일한 플랫폼에서 추가 차별화된 기능을 구현하기 위해 NXP 및 파트너 개발 도구를 활용합니다. 

전기차 충전소의 요구를 충족시키는 종합적인 제품 라인

NXP의 EasyEVSE MPU EV 충전소 개발 플랫폼은 NXP의 완전한 범위의 제품을 통합합니다. 여기에는 NXP의 i.MX 9x 시리즈 애플리케이션 프로세서가 포함되어 있으며, 이 프로세서는 고성능 애플리케이션 코어, 독립적인 MCU와 같은 실시간 도메인, Energy Flex 아키텍처, 최첨단 EdgeLock® 보안 엔클레이브 보안 기능, 전용 멀티센서 데이터 처리 엔진(그래픽, 이미지, 디스플레이, 오디오, 음성)을 제공합니다.   또한, NXP의 EasyEVSE MCU EV는 다양한 고성능 Arm® Cortex®-M 및 DSP 코어를 통합한 i.MX RTx 시리즈 마이크로컨트롤러를 활용합니다. 이들은 PXP, 2D GPU 및 PowerQuad DSP 코프로세서를 통합하여 사용자 친화성과 고성능 처리를 결합하여 전례 없는 신뢰성, 높은 수준의 통합 및 보안을 제공합니다.   NXP의 KM 시리즈는 Arm® Cortex®-M0+ 코어 기반 계측 마이크로컨트롤러를 기반으로 합니다. 저전력 Arm Cortex-M0+ MCU 시리즈는 단일 칩 솔루션을 통해 단상, 2상 및 3상 전기 계량기, 유량계 및 기타 정밀 측정 애플리케이션을 지원하도록 설계되었습니다.   MCX N 시리즈는 Arm® Cortex®-M33 MCU 시리즈를 기반으로 하며 비용 효율적인 40-nm NVM 처리 기술을 활용합니다. 이는 하드웨어 DSP, 모든 칩 내 RAM(패리티 또는 ECC 포함), 새롭게 강화된 Crypto 보안 기능, 정밀 아날로그 추가 기능, 인증된 소프트웨어 및 리소스의 분리와 접근 제어 격리를 제공하는 Arm® TrustZone®-M를 통해 상당한 성능 향상을 제공합니다.   NXP의 IW61x 시리즈는 NXP의 802.11ax(Wi-Fi 6) 기술로 지원되는 완전 기능 Wi-Fi 서브시스템을 포함하며 Wi-Fi® 6/Bluetooth® 5.4/802.15.1 트라이 밴드 라디오를 지원합니다. 이전 세대 Wi-Fi 표준과 비교하여 더 높은 처리량, 향상된 네트워크 효율성, 낮은 지연 시간 및 더 넓은 커버리지 범위를 제공합니다.   PN7160 시리즈는 통합 펌웨어를 갖춘 NFC 플러그 앤 플레이 컨트롤러입니다. 내장형 NFC 펌웨어는 호스트 상호작용 필요성을 줄이고 코드 크기를 최소화하여 설계를 더 쉽게 만듭니다. 모든 NFC 포럼 모드를 지원하며 Android 및 Linux 드라이버를 제공하고 RTOS 및 무 OS 애플리케이션을 지원합니다.   NXP의 SE051 시리즈는 업그레이드 가능성과 사용자 맞춤형 애플릿을 지원하는 IoT 보안 솔루션입니다. 현장에서 애플릿 업데이트를 가능하게 하며 CC EAL 6+ 인증된 보안과, OS 수준까지 AVA_VAN.5를 지원하는 검증된 보안을 제공합니다.

결론

EV의 대중화는 미래 교통 발전에서 확실히 피할 수 없는 추세이지만, 이 목표를 진정으로 달성하기 위해서는 스마트 충전 기술의 적용 및 개발이 중요합니다. ISO 15118과 같은 국제 표준의 도입은 EV와 충전 기반 시설 간의 통신을 보다 상호 운용 가능하고 효율적이며 안전하게 만들어줍니다. 이 기사에서 소개된 NXP 스마트 충전 플랫폼 및 솔루션은 EV 충전 애플리케이션 개발을 가속화하는 데 도움을 줄 것이며, 더 많은 탐구와 채택이 필요합니다.