電気自動車向けスマート充電のニーズとソリューション

環境保護と持続可能な発展への世界的な関心が高まる中で、電気自動車（EV）は未来の輸送手段として急速に主流となりつつあります。しかし、EVの普及が進むにつれて、いくつかの課題が生じており、その中でも特に重要なのが充電プロセスを効果的に管理し、最適化する方法です。従来の充電方法は、充電速度、利便性、安全性、エネルギー効率の点で現代のEVユーザーのニーズを満たすことに苦戦しています。これらの課題に対応するために、スマート充電技術が登場しました。スマート充電は単なる充電プロセスではなく、高度な通信技術、データ分析、エネルギー管理を統合したソリューションです。

スマート充電アプリケーション向けのISO 15118規格

ISO 15118は、EV（電気自動車）と充電ステーション間の通信に関する国際標準であり、認証、認可、請求、柔軟な負荷制御のための情報交換を可能にします。この標準は「プラグ・アンド・チャージ」機能を含むスマート充電機能をサポートしており、この機能ではEVを単に充電ステーションに接続するだけで、自動的に認証と支払いが行われるため、追加のユーザー認証ステップが不要になり、支払いプロセスが簡略化され、ユーザーの利便性が大幅に向上します。   さらに、ISO 15118はEVと充電ステーションの間で双方向通信が可能であり、車両から充電ステーションへのエネルギー供給、およびその逆方向のエネルギー供給を実現します。この標準は電力の調整や充電スケジュールの設定をサポートし、EVがピーク需要期に充電電力を制限したり、非ピーク時に充電したりすることを可能にします。これにより、グリッドの過負荷を防ぎ、グリッド負荷のバランスを取り、電力システム全体の効率性と安定性を向上させます。   ISO 15118はまた、通信中のデータ伝送における強力な暗号化保護を保証し、ユーザー情報や取引データを保護します。従来の有線通信に加えて、この標準は無線通信技術にも対応しており、さらなる柔軟性と適応性を提供します。   さらに、ISO 15118にはエネルギー管理機能が含まれており、EVと充電ステーションが最適な充電戦略を交渉してエネルギー使用量を最適化し、充電コストを削減することが可能です。これらの機能により、ISO 15118はEVのスマート充電において重要な標準となり、EVとグリッドの深い統合を促進し、充電効率を向上させ、ユーザー体験を向上させます。

電気自動車充電ステーションの重要な構成要素

EV充電ステーションは、EV（電気自動車）の充電に必要な電力を供給します。一般的なEV充電ステーションは、少なくとも1つのスマート制御ボード（供給装置通信コントローラー、SECC）と1つの電源ソケットボードで構成されます。スマートコントローラーは、高度な通信と機能、サービス、リモートサーバーへの接続を管理する責任を持ち、一方、電源ソケットボードは安全性、低レベル通信、エネルギーの分配と測定を担当します。EV充電の多様なニーズに対応するために、充電設備はACまたはDC電源供給の柔軟な選択肢を提供するだけでなく、さまざまな機能を備える必要があります。   また、さまざまな国の法的要件によって、公正な支払いの正確性の向上、燃料税の回収、電力網負荷の調整および品質分析を実現するために、充電設備は正確な電力送電測定を提供する必要があります。さらに、充電設備はOCPP2.x、ISO 15118、PKIに含まれる主要なEVセキュリティ基準をサポートする必要があり、加えて、GDPR（一般データ保護規則）、校正法「Eichrecht」、機密保持、IEC61508やSIL2などの安全基準をサポートし、エッジデバイスのセキュリティと安全性を向上させる必要があります。   さらに、充電設備へのクラウドサービスのログインでは、ゼロタッチオンボーディングを使用してプロビジョニングや所有プロセスを簡略化し、認証されたデバイスへの接続に対する高いセキュリティと信頼性を維持する必要があります。一方で、大規模展開に備えて、消費プロファイリングや異常検知分析向けにコスト最適化された人工知能（AI）および機械学習（ML）技術を統合する準備を行う必要があります。また、充電設備の製品寿命は10〜15年以上、サービス寿命は10〜20年を超える必要があり、厳しい環境下でも使用可能で耐久性が高く、システム全体の可用性と信頼性を維持する必要があります。   完全なEV充電システムを構築するためには、以下の重要な構成要素が必要です。まず、充電器と車両間のエネルギーの流れを正確に測定し、エネルギー消費による課金を計算し、EVの安全なスイッチングと低レベル通信を管理し、温度監視用の高精度な温度センサーをサポートして安全性と異常検知を可能にする計測能力が必要です。また、NFCブリッジを使用して計測用MCUのための分離通信チャネルとして機能させることができ、製造、試運転、更新プロセスにも使用することができます。   さらに、電源供給装置の主要な機能とサービスを管理するために、制御ボード（SECC）が必要で、高度な通信やISO 15118、OCPPなどのプロトコルスタック、バックエンドへの接続を含むオプション（ベアメタルサービスやRTOSなど）を加えることができます。Linux®オペレーティングシステムを実行するソリューションでは、メディア広告のためにスクリーンを使用し、さらなる価値を追加することが可能です。   セキュリティは充電設備にとって欠かせない特徴であり、暗号鍵を使用してエネルギー使用量や請求データを保護し、EV充電器をバックエンドサーバーやクラウドサービスに安全かつシームレスにオンボーディングするために、エンドツーエンドの検証を行う必要があります。また、ソフトウェアやファームウェアを構成、更新、検証することを可能にします。外部通信機能に関しては、設置場所、地域、充電設備の種類に基づいてフレキシブルな通信機能を組み合わせることができ、特定地域向けの通信ソリューション（Wi-Fi®、PLC、NB-IoT、Sigfoxなど）をサポートします。

高度な電気自動車充電ソリューションを提供

EV充電ステーションは、高い効率性、精度、接続性、およびセキュリティを必要とします。NXPのソリューションは、正確な電力測定、機器管理、データセキュリティに対する要件を満たします。NXPの幅広い技術サポートにより、市場投入までの時間を短縮するとともに、複雑さとコストを削減します。さらに、NXPの製品寿命プログラムは、製品の長寿命化をサポートします。   EVの急速充電ニーズに応えるために、NXPはISO 15118規格の可能性を完全に活用したEasyEVSEソリューションを導入しました。このソリューションは、「プラグアンドチャージ」の便利さ、EVバッテリーをエネルギー源として使用する双方向パワートランスファー、さらに車両のエネルギーをロードバランシングに利用したり、停電時や高エネルギーコスト時に発電機として使用したりする機能を提供します。   NXPのEasyEVSEソリューションは、効率性と持続可能性を信頼性とセキュリティと組み合わせています。このソリューションは過酷な環境に適した堅牢性を持ち、コスト最適化がなされており、性能向上と商業的要求とのバランスを実現します。また、より速い製品アップグレード機能、共通のハードウェアおよびソフトウェアプラットフォームの再利用、安全な接続性、ゼロタッチ設定のサポート、業界セキュリティ認証、およびOTA更新ソリューションを提供します。   NXPのEasyEVSE EV充電ステーション開発プラットフォームは、複数の技術的ビルディングブロックを統合することで、EV充電システムを構築するプロセスを簡素化します。このプラットフォームは、接続されたEV充電ステーションを構築するためのさまざまなニーズを満たすクラウド接続をサポートし、ハードウェア構成ガイドやサンプルソフトウェアを提供します。また、そのモジュール式でスケーラブルなプラットフォームは、デバイスからクラウド、クラウドからデバイスへの通信、正確なエネルギー請求、一回のタッチでのNFC認証をサポートします。   EasyEVSE EV充電ステーション開発プラットフォームは、イーサネットまたはWi-Fiを介してクラウドに接続し、Microsoft Azure IoT Centralなどの検証済みクラウドサービスを提供します。このプラットフォームは、EdgeLock™ SE050セキュリティ要素を使用してセキュリティを強化し、あらかじめ認証されたKinetis M計測MCUを使用して正確なエネルギー請求をサポートします。また、ワンタップ認証のための高性能NFCフロントエンドを備えており、NXPおよびパートナーの開発ツールを活用して、同じプラットフォーム上で追加の差別化機能を実装できます。 

電気自動車充電ステーションのニーズに応える包括的な製品ライン

NXPのEasyEVSE MPU EV充電ステーション開発プラットフォームは、NXPの幅広い製品を統合したものです。これには、NXPのi.MX 9xシリーズのアプリケーションプロセッサが含まれ、高性能アプリケーションコア、独立したMCUのようなリアルタイムドメイン、Energy Flexアーキテクチャ、EdgeLock®セキュリティエンクレーブによる最先端のセキュリティ、専用のマルチセンサーデータ処理エンジン（グラフィックス、イメージング、ディスプレイ、オーディオ、音声）が特徴です。   さらに、NXPのEasyEVSE MCU EVは、i.MX RTxシリーズのマイクロコントローラを採用しており、さまざまな高性能Arm® Cortex®-MおよびDSPコアを組み込んでいます。これらは、PXP、2D GPU、PowerQuad DSPコプロセッサを統合することで、使いやすさと高性能処理を融合させ、前例のない信頼性、高度な統合性、セキュリティを提供します。   NXPのKMシリーズは、Arm® Cortex®-M0+コアに基づくメトロロジーマイクロコントローラです。低消費電力のArm Cortex-M0+ MCUシリーズは、一相、二相、三相電力計、流量計、およびその他の精密測定アプリケーション向けに単一チップソリューションをサポートするよう設計されています。   MCX Nシリーズは、Arm® Cortex®-M33 MCUシリーズに基づいており、コスト効果の高い40nm NVM処理技術を活用しています。これにより、著しい性能向上、ハードウェアDSP、パリティまたはECCを持つオンチップRAM全体、刷新された暗号セキュリティ機能、精密アナログ追加機能、認証済みソフトウェアとリソースの分離とアクセス制御を提供するArm® TrustZone®-Mが実現されます。   NXPのIW61xシリーズは、Wi-Fi® 6/Bluetooth® 5.4/802.15.1トライバンドラジオをサポートしており、NXPの802.11ax（Wi-Fi 6）技術によるフル機能のWi-Fiサブシステムを含んでいます。前世代のWi-Fi標準と比較して、高いスループット、より良いネットワーク効率、低遅延、広範囲のカバー能力を提供します。   PN7160シリーズは、ファームウェアを統合したNFCプラグアンドプレイコントローラです。組み込まれたNFCファームウェアはホストとの相互作用の必要性を減らし、コードサイズを最小化して設計を容易にします。また、すべてのNFCフォーラムモードをサポートし、AndroidおよびLinux用ドライバを提供し、RTOSおよびOS無しのアプリケーションにも対応します。   NXPのSE051シリーズは、アップグレード可能なIoTセキュリティソリューションとカスタムアプレットをサポートしています。フィールドでのアプレット更新を可能にし、CC EAL 6+認証済みのセキュリティを提供し、OSレベルまでAVA_VAN.5をサポートします。

結論

EV（電気自動車）の普及は、将来の交通手段の発展において間違いなく避けられないトレンドですが、この目標を真に達成するためには、スマート充電技術の応用と発展が重要です。ISO 15118などの国際標準の導入により、EVと充電インフラ間の通信がより互換性が高く、効率的で安全になっています。本記事で紹介するNXPのスマート充電プラットフォームとソリューションは、EV充電アプリケーションの発展を加速させる助けとなり、さらに探求および採用する価値があります。