智慧充電樁百花齊放 終端客制化驅(qū)動制造

回顧2021年全球電動車浪潮初起，曾訪問南部工具機大老對于此占終端消費市場比重達40%以上的汽車產(chǎn)業(yè)看法，只換來冷冷的一句：「連充電樁都還沒著落，談何電動車發(fā)展！」但電動車產(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(qū)動制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級。

如今隨著全球凈零碳排及運具電動化政策驅(qū)動市場需求快速成長，各國陸續(xù)宣告禁售燃油車時程，引發(fā)電動車產(chǎn)業(yè)供應鏈成型，依《經(jīng)濟學人智庫》報告預估，2024年全球電動車銷量年比可望成長21%，將連帶提升充電站與充電樁設備等基礎設施配套成長。
為了支持電動車普及，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現(xiàn)2025年100萬槍、2030年300萬槍目標，其中每60km須設置一座充電站，并陸續(xù)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(nèi)部組件須在美制造，促成許多充電樁制造廠商開始實行并購策略。
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)整并風潮持續(xù)進行，包含充電樁業(yè)者必須配合充電營運商（CPO）需求客制化、模塊化產(chǎn)品，至今市場上已少見充電樁標準品，甚至可望推動上游充電樁模塊及電動車制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

歐美充電樁規(guī)格一統(tǒng)　激增產(chǎn)業(yè)鏈整合商機

 
圖一 : 為了讓更多駕駛?cè)宿D(zhuǎn)開電動車，勢必要有便利的充電基礎設施，加速充電規(guī)格統(tǒng)一（攝影：陳念舜）.

其中為了讓更多駕駛?cè)宿D(zhuǎn)開電動車，勢必要有便利的充電基礎設施，雖然尚未等到美國汽車工程師學會（SAE）審核通過特斯拉的「北美充電標準」（NACS）成為北美電動車產(chǎn)業(yè)的公眾標準，但是特斯拉（Tesla）超充大聯(lián)盟仍持續(xù)擴大規(guī)模，繼通用、福特和Rivian等美系車廠之后，瑞典車廠Volvo也成為率先導入NACS的歐系車廠，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電動車，將配備NACS的充電接口，避開了拜登政府所主導的「組合充電系統(tǒng)」（CCS）標準；其他實行CCS的車主，也能從今年上半年開始采用變壓/轉(zhuǎn)接器，就能同樣使用NACS/CCS的網(wǎng)絡充電。
由美國政府資助「國家再生能源實驗室」（NREL）研究指出，全美在2030年前將設置由120萬個公共充電站組成的電動車充電網(wǎng)絡，其中包括100萬個Level 2充電站，并將所有NACS和其他類型充電站都包含在內(nèi)。消息一出，不單臺達電、光寶科等大廠，貿(mào)聯(lián)-KY等特斯拉受惠族群摩拳擦掌，就連非特斯拉陣營也蓄勢待發(fā)。

臺達電永續(xù)長暨發(fā)言人周志宏認為，「這絕對是長多」，因為餅會愈做愈大，盡管短期會帶來什么沖擊，目前仍需要再觀察，但周志宏強調(diào)，中間的過渡期「絕對不會是很久的事」。貿(mào)聯(lián)-KY董事長梁華哲雖看好市場把餅做大效益，但他也強調(diào)，充電樁是個充滿競爭的市場，要求量大，勢必得在價格上做退讓，「未來充電樁毛利要有大幅成長，會是一個挑戰(zhàn)」。

充電模式影響充電樁及電動車制造
此外，基于現(xiàn)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，還須考慮不同車種、電池可否接受，例如高價車快充上達250kW、平價車落在50~100kW之間。
且因為鋰電池的化學特性在低于冰點時充電，恐容易會造成電池損壞，所以電動車在氣溫寒冷時的充電過程，會先耗費大量時間將電池加熱至適當溫度，導致充電時間延長；在極端低溫下甚至無法充電，曾造成大批車輛堵在充電站動彈不得，宛如電動車墳場。
為了在溫度過低時保護電池，電動車制造廠商還會限制可使用的電池電量，須待電池升溫才會恢復正常，造成低溫時的電動車續(xù)航力大減。根據(jù)挪威汽車聯(lián)合會（Norwegian Automobile Federation）發(fā)現(xiàn)，電動車在寒冷環(huán)境下的行駛里程將減少約20%，若汽車加熱系統(tǒng)全力運作，則數(shù)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(tǒng)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，兩者分別在低開關(guān)耗損、傳導耗損上具備優(yōu)勢，能幫助新能源車提升效率、縮小體積，實現(xiàn)高頻快充、長續(xù)航與輕量化的好處，因而成為市場新寵。
除了吸引歐美日主流科技大廠爭相投資SiC產(chǎn)業(yè)，以卡位汽車動力系統(tǒng)的主導權(quán)；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(diào)搭載新一代SiC芯片與專利拓樸設計，由于輕巧緊湊的電源模塊功率密度有效提升，而實行十分緊湊的一體機設計；同時具備高達96%的電力轉(zhuǎn)換效率，單槍輸出功率最高可達460kW，雙槍同時輸出最高達250kW，十分有利于場站空間運用。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，降低充電營運商土地取得門坎，簡化營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車或需要快速充電的場合，能同時提升充電效率并減少過載機會。
設計上則瞄準歐美更高的客制化需求，如可自由選擇有無槍線，三方進線的方式也能增加施工彈性，提供消費者及營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(xù)壯大旗下電動車產(chǎn)品陣容。
微星同時宣布，旗下「EV系列」功能最齊全、規(guī)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(nèi)建AI車牌辨識，并搭載QR Code掃碼支付、RFID卡片感應功能，優(yōu)化停車管理與支付體驗；搭配微星自行開發(fā)的EMS云端管理系統(tǒng)與客制化API整合服務，將成為商業(yè)場域如公共停車場、充電站、建案、飯店、商辦大樓等最佳電動車充電解決方案。

 
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車或需要快速充電的場合，能同時提升充電效率并減少過載機會。

V2X充電智慧化　ISO標準問世　朝商業(yè)化更邁進一步
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(zhí)行包含智能充電V1G、雙向充放電V2X等多樣模式，讓充電業(yè)者有機會跨入能源服務業(yè)，惟仍有市場機制/法規(guī)、標準、技術(shù)與產(chǎn)品、消費者等諸多挑戰(zhàn)。
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-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(xiàn)今只有少數(shù)電動車款及充放電樁可支持V2X應用，僅以在家充放電或斷電時備援為主，尚未能真正回充電網(wǎng)使用。所幸在近年來ISO 15118-20功能就緒后，讓V2X往商業(yè)化更邁進一步。

研華攜手充電營運商　發(fā)表應用解決方案

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

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大廠研華公司近日也在林口共創(chuàng)園區(qū)舉行「嵌入式設計論壇」，并邀請電動車載控制器（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(tǒng)與營運的技服務，串聯(lián)充電系統(tǒng)所有軟硬件價值資源與整合效益。
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4~14萬元；營運端還有50%成本來自電費，其他50%為后臺營運、配電線路、土地、稅務、保險等，估計一座配備4~6具充電樁的場域設置和營運成本約須投資新臺幣1200~2000萬元。
充電樁廠商為了獲利，必須仰賴政府補助、連手車廠策略，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(gòu)協(xié)助實現(xiàn)。
包含提高利用率（Higher Utilization），從現(xiàn)行10%~15%增至20%，才有可能盈利；為了吸引人流、車流和更多充電營運商加入，還必須借重架構(gòu)在硬件、OS、應用層之上的服務器技術(shù)，可自遠程維護軟硬件，雙網(wǎng)口可用于能耗計算及管理。
且若要實現(xiàn)降低能源成本（Lower Energy Cost）基于能源占總體營運成本約50%，只能仰賴電力公司，并配合時間電價削峰填谷。也就是在用電尖峰時間放電、離峰時間充電以降低電費，經(jīng)由整合BESS/ESS加以平衡；或是透過光充儲，將多余的再生能源儲存起來，實現(xiàn)零碳排。
其他營收來源（Other Source of income），則可與商場異業(yè)合作、賣碳權(quán)，或加入V2G、V2X服務。為了因應競爭激烈又利潤微薄，滿足客戶要求功能多寡務必要彈性。研華在設計充電樁的控制板時，需要針對不同等級效能加值應用，具備多個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變頻線網(wǎng)絡設計，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(shù)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(xù)日照和極端溫度等環(huán)境和天氣條件，還能夠穩(wěn)定、可靠地傳輸數(shù)據(jù)。充電量、計費明細等信息，還必須整合后端系統(tǒng)管理、站點遠程實時監(jiān)控、能源管理系統(tǒng)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(xiàn)也協(xié)助充壩透過開放的充電站協(xié)議（OCPP）傳輸，推出雙端＋雙模＋雙電力的EMS架構(gòu)。

友通「未來無人充電站」　打造電動車充電新體驗


 
圖四 : 友通信息在今年發(fā)表未來無人充電站的概念應用，期待持續(xù)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)表未來無人充電站的概念應用，提前因應電動車（EV）使用量的增加，以及隨之而來的相關(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(zhí)行大語言模型（LLM），期待在電動車市場中持續(xù)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）即可同時執(zhí)行多個操作系統(tǒng)，用于電動車充電等應用。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(xiàn)與能源效率，順應AIoT與節(jié)能發(fā)展趨勢。
因此促使Mistral 7B LLM可內(nèi)建在友通的充電樁上執(zhí)行任務，并運用Intel Arc GPU的XMX AI引擎進行快速AI推論，提供邊緣運算效能、獲得實時洞察信息；以及第13代Intel Core處理器上的虛擬機，整合諸如數(shù)字廣告牌、支付交易和交互式信息站等多種工作負載，達到簡化操作、降低成本目的；同時利用友通M.2 A Key接口的OOB遠程網(wǎng)絡管理模塊，可通過無線軟件更新，以提供穩(wěn)定的遠程維運。
Intel智慧城市部門副總裁暨總經(jīng)理Renu N. Navale表示：「Intel的技術(shù)正為電動車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(xù)、移動和智能充電系統(tǒng)方面迎來新時代?！?br/>在Intel的初步效能測試中，發(fā)現(xiàn)在3次大規(guī)模多任務語言理解（MMLU）方面，英語的準確率為80%，反應時間不到2秒。而OpenVINO專為互操作性和兼容性而設計，可輕松將OpenVINO與Intel CPU和GPU結(jié)合使用，在不到2個月的時間內(nèi)完成系統(tǒng)開發(fā)。期待藉此貼近客戶的需求，并提供更創(chuàng)新的服務、強化使用體驗，提前布局充電站市場。
如今智能充電樁透過工作負載整合平臺，有望帶動相關(guān)商機，例如無人販賣服務可搭載拍擋科技的Kiosk解決方案等。