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全球充電站發展 就差安全這一步
充電標準發展 各有考量

【作者: 姚嘉洋】   2014年05月26日 星期一

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儘管電動車(EV)的討論在台灣已有一段時間,不過產業界大多數的目光仍然還是停留在電動車本身的轉換效率與電池材料等方面的進展,但在充電介面方面的討論並不是相當的多,國內媒體針對此一議題也無太多深入的討論。


不過,電動車發展至今,在充電介面大致上已有一個脈絡可尋,源自於美國的SAE J1772大致上已經成為市場主流之一。我們都很清楚,供電形態大致可分為交流電(AC)與直流電(DC)兩種類型,電動車的充電技術發展也不脫這兩種類型的電力供應。


以交流電而言,在充電時間相對較慢,換言之所需要的功率也就較小;而直流電就恰巧與直流電完全相反,不僅充電時間快,所需的功率也來得大上許多。但不管是採用何種方式充電,還是必須充份考量車體本身是否具備逆變器,以讓車體所搭載的電池能擁有最為足夠的電力。


充電標準不是統一 而是相互流通

工研院機械所智慧車輛技術組經理 簡金品直接提出重點,如果充電站是輸出交流電,電力在進入車體的電池之前,就必須透過逆變器的轉換工作,以直流電的方式為電池進行充電,反之,一開始輸出的電力就是直流電,車體就無需多搭載一個逆變器,車體系統的設計反倒會簡單許多。


從全球各地的電動車市場來看,考量到駕駛習慣與市電供應的狀況,再加上日本早期就已經投入規格制定與討論,美國與日本在電動車的充電介面都是採用SAE J1772。相對的,歐洲與中國大陸所採用的介面就與SAE J1772有所不同,但這僅侷限在交流電方面,在直流電就顯得較為複雜(表1.)。



表一 : 國際規範電動車充電介面一覽
表一 : 國際規範電動車充電介面一覽

但是,考量全球市場的流通性,一向主導歐洲市場電氣規格的國際電工委員會(IEC; International Electrotechnical Commission),也將SAE J1772納入旗下的電動車充電介面規格之一,來加以因應市場的流通性問題。據了解,SAE J1772的發展可以追溯至西元2000年,便已有第一個版本問世,換言之該規格的發展至少已有13年以上的時間。日系車廠如豐田、Nissan(日產)、Tesla(特斯拉)與保時捷等,皆已採用SAE J1772,並投入市場。


UL業務發展經理陳立閔解釋,分析全球各地市場的產業標準,SAE J1772由SAE(Society of Automotive Engineers)所制定,而這個單位又是位於美國,因此被認定為美國市場的標準是相當自然的事。至於IEC常會被大家認定為歐洲標準,理由在於歐洲市場的國家較多,相較美國市場僅有一個國家,發言力道自然就相對薄弱許多,這也就導致大家會對IEC有這樣的錯覺,但事實是,IEC並非屬於任一區域或國家的陣營,它是屬於全球的標準規範,同理,充電標準也是如此。


從全球市場流通性來看,歐洲車廠也會鎖定美國市場,換言之,採用SAE J1772是理所當然的事,再加上美國在標準制定上的腳步本來就會略快於歐洲,從這幾點來看,IEC採用SAE J1772以納為旗下的規範之一,是可以預期的。此外,陳立閔也提供了一個大略的數字參考,就充電站與電動車的比例來看,美國約為1.5:1;而歐洲則是約為0.8至0.9:1,這數字一定程度上告訴我們,從市場規模來考量,美國充電站的市場應該是大於電動車,因此就發展策略上,先搶進美國市場是相對合理的策略。也就是說歐洲業者若要進軍美國充電站市場,滿足SAE J1772規格絕對是基本的門檻。


台灣攻下交流電充電站灘頭堡

而在台灣,標準局對於電動車充電站也將SAE J1772納入參考,因此在國內電動車市場的標準中,其實是可以看到SAE J1772的影子的。綜觀電動車的發展考量,不外乎電動車本身的造價、電池的續航力與密度大小與充電標準等,當然,各國政府的電網架構也是必須考量的因素。


ABB自動化與驅動控制事業部資深業務代表劉佳炘指出,以台灣本身來說,所面臨的問題除了上述所談到的因素,再加上標準方面不易統一的關係,所以在參考國外標準時,形成了幾乎一把抓的局面,這對於民眾來說不見得有相當高的便利性,反倒造成一定的困擾。但反觀歐美國家,由於環保意識相對進步,所以在推廣上相對較不會受到太多的因素阻礙。


不過,對很多人來說,可能會有:台灣對於電動車產業的投入相當有限的錯覺,但事實上,就以國外而言,光以充電站的部份,國內業者已經在全球市場取得相當不錯的戰果。


陳立閔談到,就他所接觸的台灣業者中,像是台達電以及光寶,這兩間公司就已經聯手囊括了全球充電站70%的市場,這包括了自有品牌以及貼牌代工兩種作法。儘管陳立閔認為,台灣在投入全球充電站市場的動作還是相對較慢,但台灣願意以「跟隨者」的心態,同時有將規格標準加以量化的能有,一路跟隨全球大廠所制定的充電介面的規格發展,耗費了相當龐大的時間與心力,才有今天這樣的成績,這也是值得鼓勵的地方。



圖一 : 台達電在全球交流電充電站市場擁有相當不錯的成績。(Source:台達電)
圖一 : 台達電在全球交流電充電站市場擁有相當不錯的成績。(Source:台達電)

交流或直流 各有發展空間

回到全球充電站市場的發展,劉佳炘表示,採用交流電充電的作法,由於功率較小,在安全性上的問題相對容易克服,再加上各國電網架構不同,讓當地業者來協助進行充電站架設,是較為合理的作法。在直流電方面,雖然簡金品表示對於車體系統設計相對較為容易,但由於直流電所需要的功率較高,安全性問題就不易解決,但對於ABB來說,針對大功率相關的應用本就有相當豐富的經驗,因此提供直流電大功率的充電站方案並非問題。


劉佳炘分析,由於交流電的功率較小,所以充電時間較長,反之直流電功率較大,充電時間便能大幅減少,從這一點來看,不同的實際環境,交流電或是直流電都會有發揮空間。所以簡金品也直言,所謂的HEV,換個說法其實就是更為省油的傳統汽車,理由便在於它一定程度地減少了廢氣排放,但整體系統還是可以借電力來作為行進動力。


舉例來說,像是便利商店或是休息站,採用直流電充電站就相對適合,因為停留時間較短。若是大賣場或是工作場合,交流電就會有發揮的空間,理由當然是停留時間高達一至兩個小時以上,甚至更久。換言之,就目前來看,兩種電力模式架構的充電站在全球市場是會同時並存的,這一點,陳立閔也是持相同看法。



表二 : 電動車與充電站發展狀況一覽
表二 : 電動車與充電站發展狀況一覽

不過,劉佳炘也坦言,目前全球交流電的充電站的普及度遠高於直流電,儘管ABB在交流電領域沒有太多的著墨,但他強調,由於ABB的解決方案相對全面,因此可以從輸配電乃至充電站等都能提供完整的解決方案,甚至要提供混合式架構(直流電搭配交流電)的充電站,都會是ABB的作法。所以像是台灣幾乎所有的國際規格都納為國內標準後,這種混合式架構的充電站就十分適合台灣的需求。


除此之外,充電站必須要與營運商連線,以進一步了解消費者的使用行為並加以分析,簡單來說就是巨量資料的概念展現。換言之,提供營運商後台所需要的分析軟體或是相關的圖資系統供消費者參考等,而這種軟體不論是交流電或是DC充電站,都會用到,而ABB也是目前全球少數能提供軟硬體完整方案的系統業者。


結論

然而,儘管SAE J1772已有不低的接受度,但不代表它就是唯一的充電規格,由於中國大陸本身擁有相當龐大的內需市場,因此對於各項產業標準都有極高的野心想要建立自有的產業標準。同樣的,電動車的充電介面也是如此。當然,除了中國之外,歐、美、日各自在直流電充電都打算發展的充電規格,尤其是日本自行開發的Chademo,更是獨樹一格。再加上各國電網架構早己成形的情況下,所以要說上全球電動車的充電介面大一統,恐怕還是言之過早。


陳立閔談到,大體上,全球電動車的充電規格大體上已經完成95%以上,就剩直流電部份還需要進行部份的規格的調整,預計2015年就能進入測試階段,只要直流電相關的問題能夠解決,那麼接下來就看車商本身如何提供相關的車款讓全球電動車市場進入高度成長的階段,減碳環保的理想將不再只是口談。



圖二 : 從此圖來看,各國電網架構與電動車的發展並非百分之百地相容,但SAE J1772有其一定的能見度。(Source:工研院)
圖二 : 從此圖來看,各國電網架構與電動車的發展並非百分之百地相容,但SAE J1772有其一定的能見度。(Source:工研院)
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