Con la rapida crescita delle vendite di veicoli elettrici (EV), anche l’infrastruttura di ricarica deve tenere il passo. Per i guidatori sono necessarie stazioni di ricarica comode, veloci e affidabili, mentre per gli operatori e i fornitori di energia elettrica è necessaria un’infrastruttura efficiente.
La standardizzazione è fondamentale per raggiungere questi obiettivi. Oggi, per la ricarica dei veicoli, l’attenzione è rivolta alla norma ISO 15118. Da quando è stato rilasciato nel 2014, lo standard ha aggiunto nuove funzionalità ed è stato sottoposto a diverse revisioni. La norma ISO 15118 è importante per la ricarica dei veicoli elettrici in quanto consente una comunicazione bidirezionale efficiente tra i veicoli elettrici e l’infrastruttura di ricarica, ottimizzando l’efficienza della ricarica e consentendo l’integrazione tra i veicoli e la rete.
In questo articolo presenteremo i principali vantaggi e le funzionalità della norma ISO 15118, nonché alcune delle sfide progettuali.
Cos’è lo standard ISO 15118
Lo standard ISO 15118 combina sia la ricarica in corrente alternata che quella in corrente continua, con comunicazioni di alto livello e livelli di sicurezza superiori rispetto agli standard precedenti. Include una connessione Transport Layer Security (TLS) tra il veicolo e la stazione di ricarica, in modo da poter autenticare il veicolo per abilitare il pagamento e il conteggio nel cloud per una sessione di ricarica, nonché l’autenticazione reciproca tra il veicolo e la stazione di ricarica.
L’ultima versione dello standard, ISO 15118-20, è stata rilasciata nel 2022. Questa include il trasferimento di energia senza fili e il trasferimento di energia bidirezionale. La possibilità di scambiare energia tra la batteria del veicolo e la casa o la rete elettrica è estremamente utile, ad esempio per rimandare l’energia alla rete da un veicolo inutilizzato durante un periodo di picco della domanda.
La norma ISO 50118 utilizza un meccanismo client-server con un controllore di comunicazione dell’apparecchiatura di alimentazione (SECC), situato all’interno della stazione di ricarica, che funge da server. All’interno del veicolo elettrico c’è invece un dispositivo di controllo della comunicazione del veicolo elettrico (EVCC) che funge da client. Nei casi più comuni, il cliente invia richieste alla stazione di ricarica e il SECC all’interno della stazione di ricarica risponde.
Lo standard include il supporto per la ricarica in corrente continua ad alta potenza, tipicamente destinata alle applicazioni dei parchi macchine, nonché il supporto per i dispositivi di connessione automatizzati, che possono collegare un veicolo alla stazione di ricarica senza l’intervento dell’utente.
La nuova revisione della norma ISO 15118-20 introduce il trasferimento di energia senza fili, sfruttando ad esempio le piastre di ricarica installate a terra. Questo può essere conveniente quando il tempo di ricarica è breve, ad esempio per i taxi che aspettano all’interno di un aeroporto per soli cinque o dieci minuti. Al momento, l’interesse tende a concentrarsi sulle installazioni commerciali, ma sono in corso colloqui con alcuni clienti anche per l’uso domestico e residenziale.
Una nuova modalità dinamica rende ancora più flessibile la sessione di ricarica, in quanto la stazione di ricarica è in grado di chiedere al veicolo di rinegoziare la sessione. Ad esempio, se vuole cambiare il programma di ricarica, adesso è possibile farlo. Questo potrebbe essere utile se la stazione di ricarica riceve messaggi dalla rete per ridurre il flusso di energia o per rimandare l’energia dal veicolo alla rete.
Problemi chiave di progettazione
NXP si è confrontata con i principali stakeholder dell’ecosistema di ricarica, tra cui OEM, operatori di stazioni di ricarica e gestori di rete. Questo ci ha permesso di raccogliere un elenco di problematiche principali, che ci hanno aiutato a formulare le nostre soluzioni.
In primo luogo, l’accuratezza delle misurazioni è fondamentale per consentire agli operatori di fornire energia in modo efficiente. Inoltre, i governi di tutto il mondo si stanno rendendo conto della necessità di recuperare parte del mancato gettito fiscale che oggi viene percepito per i combustibili fossili, quindi per aumentare le entrate hanno bisogno di misure precise presso le stazioni di ricarica.
L’operatore di rete ha bisogno di dati precisi e a bassa latenza per consentire il bilanciamento del carico. Ora dobbiamo pensare a quando inviare l’energia dal veicolo alla rete. Ciò richiede un’accuratezza e una tracciabilità affidabili.
Un’altra questione importante è la sicurezza. Con l’aumento della rete di ricarica dei veicoli elettrici e dell’importanza dei caricabatterie sulla rete, essi fanno sempre più parte dell’infrastruttura critica di una nazione e necessitano quindi di una protezione adeguata.
Per l’installazione, abbiamo bisogno di un metodo sicuro per attribuire la proprietà di una stazione di ricarica agli enti giusti e appropriati, idealmente attraverso un processo di onboarding zero-touch. Allo stesso tempo, dobbiamo mantenere un’elevata sicurezza e affidabilità. Questo significa che il cloud onboarding è una parte fondamentale della soluzione, dato che il numero di installazioni sta aumentando.
L’intelligenza artificiale (AI) sta diventando sempre più importante per i nostri clienti. Attualmente viene utilizzata per la manutenzione predittiva e per la gestione del veicolo dal punto di vista dello stato di salute e della batteria. Assistiamo costantemente a nuovi casi d’uso, visto che i nostri clienti vogliono eseguire sempre più elaborazioni ai margini e ridurre la larghezza di banda della connessione al cloud.
Infine, le soluzioni di ricarica per veicoli elettrici devono essere a prova di futuro e scalabili, in modo da poter riutilizzare quanto appreso su ogni piattaforma e hardware. La disponibilità e l’affidabilità sono fondamentali, quindi i caricabatterie in un ambiente robusto e difficile saranno garantiti per 10-15 anni o più.
Elementi di base dei caricabatterie EV
Queste sfide progettuali ci aiutano a definire alcuni degli elementi tecnici fondamentali di un caricabatterie per veicoli elettrici.
In primo luogo, la misurazione dell’energia utilizzata è fondamentale e NXP vanta una lunga esperienza nella misurazione dell’energia nei contatori elettrici autonomi, che rende meno rischiosa questa parte dello sviluppo del sistema. Ad esempio, la famiglia di prodotti KM35 offre una misurazione accurata della corrente alternata e dispone di robuste funzioni di sicurezza, tra cui un orologio anti-manomissione, un allarme in caso di apertura del coperchio e un rilevatore di campi magnetici.
Il secondo elemento da considerare è il controllore host, o SECC. Il dispositivo i.MX 93 come host, include diverse funzioni utili per la ricarica, tra cui un core Arm® Cortex-M33. Qualora i clienti non necessitino di questo livello di prestazioni, o in alternativa desiderino una maggiore potenza, è possibile passare direttamente ad altri dispositivi NXP.
Per quanto riguarda la comunicazione, NXP supporta molte tecnologie, tra cui la comunicazione near-field (NFC), utile per interagire direttamente con il cliente. La NFC viene utilizzata per una serie di casi d’uso, tra cui il pagamento e l’autenticazione. Altri standard come il Wi-Fi e il Bluetooth sono tutti supportati da NXP nelle piattaforme.
Conclusioni
Guardando oltre la tecnologia, NXP fornisce un ampio supporto per semplificare e accelerare il time to market, compresi progetti di riferimento, schemi e software di metrologia.
Riducendo al minimo i rischi legati allo sviluppo, si riducono i tempi di realizzazione, che si traducono a loro volta in una riduzione dei costi.
Avnet Silica emerge come fornitore di riferimento per i prodotti NXP, offrendo soluzioni innovative e affidabili per supportare l’implementazione della norma ISO 15118 nell’infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici. Con la loro esperienza e competenza, Avnet Silica si posiziona in modo unico per fornire componenti di alta qualità e soluzioni personalizzate che rispondono alle esigenze in continua evoluzione del mercato EV. Questa partnership rafforza ulteriormente la capacità di offrire un’infrastruttura di ricarica efficiente, sicura e scalabile, indispensabile per il successo a lungo termine dei veicoli elettrici.
