智慧充電樁百花齊放 終端客制化驅動(dòng)制造

回顧2021年全球電動(dòng)車(chē)浪潮初起，曾訪(fǎng)問(wèn)南部工具機大老對于此占終端消費市場(chǎng)比重達40%以上的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)看法，只換來(lái)冷冷的一句：「連充電樁都還沒(méi)著(zhù)落，談何電動(dòng)車(chē)發(fā)展！」但電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷疫情與全球競逐凈零碳排目標下已逐漸成熟，包含充電樁等客制化、模塊化終端產(chǎn)品甚至由下而上，驅動(dòng)制造業(yè)加速轉型升級。

如今隨著(zhù)全球凈零碳排及運具電動(dòng)化政策驅動(dòng)市場(chǎng)需求快速成長(cháng)，各國陸續宣告禁售燃油車(chē)時(shí)程，引發(fā)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)供應鏈成型，依《經(jīng)濟學(xué)人智庫》報告預估，2024年全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量年比可望成長(cháng)21%，將連帶提升充電站與充電樁設備等基礎設施配套成長(cháng)。
為了支持電動(dòng)車(chē)普及，紛紛設定不同充電樁設定目標。包括歐盟要求公共充電站須實(shí)現2025年100萬(wàn)槍、2030年300萬(wàn)槍目標，其中每60km須設置一座充電站，并陸續達到2025年≧400kW，150kW充電槍≧1支；2030年≧600kW，150kW充電槍≧2支目標。
美國也為此補助各州共設立2030年50萬(wàn)具公共充電站，至少每50英哩設置1座要求至少4支≧150kW的CCS充電槍。但要求外殼制造和組裝在地化、2024年55%內部組件須在美制造，促成許多充電樁制造廠(chǎng)商開(kāi)始實(shí)行并購策略。
工研院產(chǎn)科國際所研究經(jīng)理黃雅琪指出，因此競爭將加劇產(chǎn)業(yè)整并風(fēng)潮持續進(jìn)行，包含充電樁業(yè)者必須配合充電營(yíng)運商（CPO）需求客制化、模塊化產(chǎn)品，至今市場(chǎng)上已少見(jiàn)充電樁標準品，甚至可望推動(dòng)上游充電樁模塊及電動(dòng)車(chē)制造業(yè)轉型升級。

歐美充電樁規格一統　激增產(chǎn)業(yè)鏈整合商機

 
圖一 : 為了讓更多駕駛人轉開(kāi)電動(dòng)車(chē)，勢必要有便利的充電基礎設施，加速充電規格統一（攝影：陳念舜）.

其中為了讓更多駕駛人轉開(kāi)電動(dòng)車(chē)，勢必要有便利的充電基礎設施，雖然尚未等到美國汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )（SAE）審核通過(guò)特斯拉的「北美充電標準」（NACS）成為北美電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)的公眾標準，但是特斯拉（Tesla）超充大聯(lián)盟仍持續擴大規模，繼通用、福特和Rivian等美系車(chē)廠(chǎng)之后，瑞典車(chē)廠(chǎng)Volvo也成為率先導入NACS的歐系車(chē)廠(chǎng)，為充電樁商機再添柴火。
后者決議自2025年起在美國、加拿大和墨西哥三國的Volvo電動(dòng)車(chē)，將配備N(xiāo)ACS的充電接口，避開(kāi)了拜登政府所主導的「組合充電系統」（CCS）標準；其他實(shí)行CCS的車(chē)主，也能從今年上半年開(kāi)始采用變壓/轉接器，就能同樣使用NACS/CCS的網(wǎng)絡(luò )充電。
由美國政府資助「國家再生能源實(shí)驗室」（NREL）研究指出，全美在2030年前將設置由120萬(wàn)個(gè)公共充電站組成的電動(dòng)車(chē)充電網(wǎng)絡(luò )，其中包括100萬(wàn)個(gè)Level 2充電站，并將所有NACS和其他類(lèi)型充電站都包含在內。消息一出，不單臺達電、光寶科等大廠(chǎng)，貿聯(lián)-KY等特斯拉受惠族群摩拳擦掌，就連非特斯拉陣營(yíng)也蓄勢待發(fā)。

臺達電永續長(cháng)暨發(fā)言人周志宏認為，「這絕對是長(cháng)多」，因為餅會(huì )愈做愈大，盡管短期會(huì )帶來(lái)什么沖擊，目前仍需要再觀(guān)察，但周志宏強調，中間的過(guò)渡期「絕對不會(huì )是很久的事」。貿聯(lián)-KY董事長(cháng)梁華哲雖看好市場(chǎng)把餅做大效益，但他也強調，充電樁是個(gè)充滿(mǎn)競爭的市場(chǎng)，要求量大，勢必得在價(jià)格上做退讓?zhuān)肝磥?lái)充電樁毛利要有大幅成長(cháng)，會(huì )是一個(gè)挑戰」。

充電模式影響充電樁及電動(dòng)車(chē)制造
此外，基于現今「充電快速化」趨勢，快充樁朝高功率發(fā)展，估計CCS充電樁最大功率設計可達480V，還須考慮不同車(chē)種、電池可否接受，例如高價(jià)車(chē)快充上達250kW、平價(jià)車(chē)落在50~100kW之間。
且因為鋰電池的化學(xué)特性在低于冰點(diǎn)時(shí)充電，恐容易會(huì )造成電池損壞，所以電動(dòng)車(chē)在氣溫寒冷時(shí)的充電過(guò)程，會(huì )先耗費大量時(shí)間將電池加熱至適當溫度，導致充電時(shí)間延長(cháng)；在極端低溫下甚至無(wú)法充電，曾造成大批車(chē)輛堵在充電站動(dòng)彈不得，宛如電動(dòng)車(chē)墳場(chǎng)。
為了在溫度過(guò)低時(shí)保護電池，電動(dòng)車(chē)制造廠(chǎng)商還會(huì )限制可使用的電池電量，須待電池升溫才會(huì )恢復正常，造成低溫時(shí)的電動(dòng)車(chē)續航力大減。根據挪威汽車(chē)聯(lián)合會(huì )（Norwegian Automobile Federation）發(fā)現，電動(dòng)車(chē)在寒冷環(huán)境下的行駛里程將減少約20%，若汽車(chē)加熱系統全力運作，則數字可能增加至40%以上。
包括SiC與GaN等寬能隙材料，則具備比起傳統硅材料更能耐高溫、高壓及高頻的特性，GaN組件常用于900V以下領(lǐng)域、SiC則適用于1200V以上電壓，兩者分別在低開(kāi)關(guān)耗損、傳導耗損上具備優(yōu)勢，能幫助新能源車(chē)提升效率、縮小體積，實(shí)現高頻快充、長(cháng)續航與輕量化的好處，因而成為市場(chǎng)新寵。
除了吸引歐美日主流科技大廠(chǎng)爭相投資SiC產(chǎn)業(yè)，以卡位汽車(chē)動(dòng)力系統的主導權；臺灣也因為具備完整半導體產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，被視為重要的委外制造伙伴，包括環(huán)球晶、漢民及廣運等集團，可望從歐美日主導的供應鏈中突圍。
臺達最新推出的一體式超快直流充電樁UFC 500，也強調搭載新一代SiC芯片與專(zhuān)利拓樸設計，由于輕巧緊湊的電源模塊功率密度有效提升，而實(shí)行十分緊湊的一體機設計；同時(shí)具備高達96%的電力轉換效率，單槍輸出功率最高可達460kW，雙槍同時(shí)輸出最高達250kW，十分有利于場(chǎng)站空間運用。不需另外配置電源柜，更易于維護和有效縮減充電設備的的占地面積，降低充電營(yíng)運商土地取得門(mén)坎，簡(jiǎn)化營(yíng)運商安裝與維護成本.
微星科技（MSI）則在近期推出甫于今年初美國CES大展上發(fā)表的第二代旗艦充電樁「Eco Premium」首度在臺亮相，具有支持高達22 kW的三相電力輸出，比起單相充電有更快的充電速度，更適合電池容量較大的電動(dòng)車(chē)或需要快速充電的場(chǎng)合，能同時(shí)提升充電效率并減少過(guò)載機會(huì )。
設計上則瞄準歐美更高的客制化需求，如可自由選擇有無(wú)槍線(xiàn)，三方進(jìn)線(xiàn)的方式也能增加施工彈性，提供消費者及營(yíng)運商在充電設備挑選上更多元化的選擇。另免除一般AC安裝、外出即插即用、一機可換8國插頭、方便外出攜帶使用的旅行充電樁「Portable EV Charger」，持續壯大旗下電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品陣容。
微星同時(shí)宣布，旗下「EV系列」功能最齊全、規格最強大的商業(yè)應用充電樁「EV AI」，即日起在臺灣正式上市。具有內建AI車(chē)牌辨識，并搭載QR Code掃碼支付、RFID卡片感應功能，優(yōu)化停車(chē)管理與支付體驗；搭配微星自行開(kāi)發(fā)的EMS云端管理系統與客制化API整合服務(wù)，將成為商業(yè)場(chǎng)域如公共停車(chē)場(chǎng)、充電站、建案、飯店、商辦大樓等最佳電動(dòng)車(chē)充電解決方案。

 
圖二 : 微星科技則在近期推出第二代旗艦充電樁「Eco Premium」首度在臺亮相，更適合電池容量較大的電動(dòng)車(chē)或需要快速充電的場(chǎng)合，能同時(shí)提升充電效率并減少過(guò)載機會(huì )。

V2X充電智慧化　ISO標準問(wèn)世　朝商業(yè)化更邁進(jìn)一步
值得一提的是，因應目前「充電智慧化」趨勢，可降低充電樁設置及營(yíng)運成本，加速回收投資報酬，促使連網(wǎng)可控成為充電樁基本功能要求，執行包含智能充電V1G、雙向充放電V2X等多樣模式，讓充電業(yè)者有機會(huì )跨入能源服務(wù)業(yè)，惟仍有市場(chǎng)機制/法規、標準、技術(shù)與產(chǎn)品、消費者等諸多挑戰。
黃雅琪指出，由于充放電樁高出4~6倍，加上電池有衰退疑慮又乏保固機制等因素；仍待制訂完善車(chē)-樁-管理平臺-電力公司互操作性的通訊標準、雙相充放電樁的安全與功能標章，導致現今只有少數電動(dòng)車(chē)款及充放電樁可支持V2X應用，僅以在家充放電或斷電時(shí)備援為主，尚未能真正回充電網(wǎng)使用。所幸在近年來(lái)ISO 15118-20功能就緒后，讓V2X往商業(yè)化更邁進(jìn)一步。

研華攜手充電營(yíng)運商　發(fā)表應用解決方案

 
圖三 : 研華攜手充電營(yíng)運商，發(fā)表EVSE專(zhuān)用控制板解決方案，加速回收投資報酬。（攝影：陳念舜）

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大廠(chǎng)研華公司近日也在林口共創(chuàng )園區舉行「嵌入式設計論壇」，并邀請電動(dòng)車(chē)載控制器（EVCC）模塊設計公司起而行綠能公司（eTreego），在2023年成立的充壩（gochabar）子公司，提供充電系統與營(yíng)運的技服務(wù)，串聯(lián)充電系統所有軟硬件價(jià)值資源與整合效益。
研華嵌入式物聯(lián)網(wǎng)平臺事業(yè)群產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)理王圣文引述PwC報告指出，目前一具L3~L4等期的DC超快充電樁的建置成本美金約4~14萬(wàn)元；營(yíng)運端還有50%成本來(lái)自電費，其他50%為后臺營(yíng)運、配電線(xiàn)路、土地、稅務(wù)、保險等，估計一座配備4~6具充電樁的場(chǎng)域設置和營(yíng)運成本約須投資新臺幣1200~2000萬(wàn)元。
充電樁廠(chǎng)商為了獲利，必須仰賴(lài)政府補助、連手車(chē)廠(chǎng)策略，否則須等到10~15年屆齡淘汰后才能回本。研華雖然并不制造整具充電樁，以供應所需HMI與控制器主板為主，分別從底層軟硬件架構協(xié)助實(shí)現。
包含提高利用率（Higher Utilization），從現行10%~15%增至20%，才有可能盈利；為了吸引人流、車(chē)流和更多充電營(yíng)運商加入，還必須借重架構在硬件、OS、應用層之上的服務(wù)器技術(shù)，可自遠程維護軟硬件，雙網(wǎng)口可用于能耗計算及管理。
且若要實(shí)現降低能源成本（Lower Energy Cost）基于能源占總體營(yíng)運成本約50%，只能仰賴(lài)電力公司，并配合時(shí)間電價(jià)削峰填谷。也就是在用電尖峰時(shí)間放電、離峰時(shí)間充電以降低電費，經(jīng)由整合BESS/ESS加以平衡；或是透過(guò)光充儲，將多余的再生能源儲存起來(lái)，實(shí)現零碳排。
其他營(yíng)收來(lái)源（Other Source of income），則可與商場(chǎng)異業(yè)合作、賣(mài)碳權，或加入V2G、V2X服務(wù)。為了因應競爭激烈又利潤微薄，滿(mǎn)足客戶(hù)要求功能多寡務(wù)必要彈性。研華在設計充電樁的控制板時(shí)，需要針對不同等級效能加值應用，具備多個(gè)RS-232/422 485和CANBus 可用于充電控制板和支付外圍。
研華為此提供EVSE專(zhuān)用控制板，包含AFE-E420（NXP i.MX93）、AFE-E350（Intel Atom x6000E），整合EVSE控制器與SECC變頻線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計，支持 Windows和Ubuntu OS并具備OOB頻外管理、AI運算能力的可擴充性，提供預先配置資安防護解決方案。
由于大多數大型商業(yè)按次付費直流充電站都位于室外，因此充電站這次必須能夠承受灰塵、下雨、持續日照和極端溫度等環(huán)境和天氣條件，還能夠穩定、可靠地傳輸數據。充電量、計費明細等信息，還必須整合后端系統管理、站點(diǎn)遠程實(shí)時(shí)監控、能源管理系統等功能。
在遠程管理與資安防護方面，研華也有與BV（Bureau Veritas）公司合作符合IEC-62443解決方案，包含Embedded OS、防護與備份、裝置生命周期?，F也協(xié)助充壩透過(guò)開(kāi)放的充電站協(xié)議（OCPP）傳輸，推出雙端＋雙模＋雙電力的EMS架構。

友通「未來(lái)無(wú)人充電站」　打造電動(dòng)車(chē)充電新體驗


 
圖四 : 友通信息在今年發(fā)表未來(lái)無(wú)人充電站的概念應用，期待持續擴大并強化人工智能邊緣運算的能力。（source：DFI）

友通信息也在今年嵌入式電子與工業(yè)計算機應用展（Embedded World）上，發(fā)表未來(lái)無(wú)人充電站的概念應用，提前因應電動(dòng)車(chē)（EV）使用量的增加，以及隨之而來(lái)的相關(guān)充電樁設備布建需求。其中嵌入式解決方案系采用第13代Intel Core i9-13900TE處理器和Intel Arc GPU執行大語(yǔ)言模型（LLM），期待在電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)中持續擴大并強化人工智能邊緣運算（Edge AI）的能力。
友通總經(jīng)理蘇家弘表示，友通運用虛擬機（VM）虛擬化技術(shù)，推出強大的工作負載整合平臺（Ubuntu/Windows/Android），只要單一Intel 中央處理器（CPU）即可同時(shí)執行多個(gè)操作系統，用于電動(dòng)車(chē)充電等應用。期待藉由智能充電樁解決方案，強化使用體驗、提升平臺菜單現與能源效率，順應AIoT與節能發(fā)展趨勢。
因此促使Mistral 7B LLM可內建在友通的充電樁上執行任務(wù)，并運用Intel Arc GPU的XMX AI引擎進(jìn)行快速AI推論，提供邊緣運算效能、獲得實(shí)時(shí)洞察信息；以及第13代Intel Core處理器上的虛擬機，整合諸如數字廣告牌、支付交易和交互式信息站等多種工作負載，達到簡(jiǎn)化操作、降低成本目的；同時(shí)利用友通M.2 A Key接口的OOB遠程網(wǎng)絡(luò )管理模塊，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)軟件更新，以提供穩定的遠程維運。
Intel智慧城市部門(mén)副總裁暨總經(jīng)理Renu N. Navale表示：「Intel的技術(shù)正為電動(dòng)車(chē)充電及交通基礎設施的創(chuàng )新發(fā)展鋪設道路，期待藉由這樣的創(chuàng )新技術(shù)在永續、移動(dòng)和智能充電系統方面迎來(lái)新時(shí)代?！?br/>在Intel的初步效能測試中，發(fā)現在3次大規模多任務(wù)語(yǔ)言理解（MMLU）方面，英語(yǔ)的準確率為80%，反應時(shí)間不到2秒。而OpenVINO專(zhuān)為互操作性和兼容性而設計，可輕松將OpenVINO與Intel CPU和GPU結合使用，在不到2個(gè)月的時(shí)間內完成系統開(kāi)發(fā)。期待藉此貼近客戶(hù)的需求，并提供更創(chuàng )新的服務(wù)、強化使用體驗，提前布局充電站市場(chǎng)。
如今智能充電樁透過(guò)工作負載整合平臺，有望帶動(dòng)相關(guān)商機，例如無(wú)人販賣(mài)服務(wù)可搭載拍擋科技的Kiosk解決方案等。