智慧充電樁百花齊放 終端客制化驅(qū)動(dòng)制造

回顧2021年全球電動(dòng)車?yán)顺背跗?，曾訪問南部工具機(jī)大老對(duì)于此占終端消費(fèi)市場(chǎng)比重達(dá)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(dòng)車發(fā)展！」但電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷疫情與全球競(jìng)逐凈零碳排目標(biāo)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(dòng)制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)。

如今隨著全球凈零碳排及運(yùn)具電動(dòng)化政策驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)需求快速成長，各國陸續(xù)宣告禁售燃油車時(shí)程，引發(fā)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈成型，依《經(jīng)濟(jì)學(xué)人智庫》報(bào)告預(yù)估，2024年全球電動(dòng)車銷量年比可望成長21%，將連帶提升充電站與充電樁設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施配套成長。
為了支持電動(dòng)車普及，紛紛設(shè)定不同充電樁設(shè)定目標(biāo)。包括歐盟要求公共充電站須實(shí)現(xiàn)2025年100萬槍、2030年300萬槍目標(biāo)，其中每60km須設(shè)置一座充電站，并陸續(xù)達(dá)到2025年≧400kW，150kW充電槍≧1支；2030年≧600kW，150kW充電槍≧2支目標(biāo)。
美國也為此補(bǔ)助各州共設(shè)立2030年50萬具公共充電站，至少每50英哩設(shè)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(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(jìng)爭(zhēng)將加劇產(chǎn)業(yè)整并風(fēng)潮持續(xù)進(jìn)行，包含充電樁業(yè)者必須配合充電營運(yùn)商（CPO）需求客制化、模塊化產(chǎn)品，至今市場(chǎng)上已少見充電樁標(biāo)準(zhǔn)品，甚至可望推動(dòng)上游充電樁模塊及電動(dòng)車制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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

 
圖一 : 為了讓更多駕駛?cè)宿D(zhuǎn)開電動(dòng)車，勢(shì)必要有便利的充電基礎(chǔ)設(shè)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(dòng)車，勢(shì)必要有便利的充電基礎(chǔ)設(shè)施，雖然尚未等到美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）審核通過特斯拉的「北美充電標(biāo)準(zhǔn)」（NACS）成為北美電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的公眾標(biāo)準(zhǔn)，但是特斯拉（Tesla）超充大聯(lián)盟仍持續(xù)擴(kuò)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(dǎo)入NACS的歐系車廠，為充電樁商機(jī)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，將配備NACS的充電接口，避開了拜登政府所主導(dǎo)的「組合充電系統(tǒng)」（CCS）標(biāo)準(zhǔn)；其他實(shí)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(luò)充電。
由美國政府資助「國家再生能源實(shí)驗(yàn)室」（NREL）研究指出，全美在2030年前將設(shè)置由120萬個(gè)公共充電站組成的電動(dòng)車充電網(wǎng)絡(luò)，其中包括100萬個(gè)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(tái)達(dá)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(shì)待發(fā)。

臺(tái)達(dá)電永續(xù)長暨發(fā)言人周志宏認(rèn)為，「這絕對(duì)是長多」，因?yàn)轱灂?huì)愈做愈大，盡管短期會(huì)帶來什么沖擊，目前仍需要再觀察，但周志宏強(qiáng)調(diào)，中間的過渡期「絕對(duì)不會(huì)是很久的事」。貿(mào)聯(lián)-KY董事長梁華哲雖看好市場(chǎng)把餅做大效益，但他也強(qiáng)調(diào)，充電樁是個(gè)充滿競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，要求量大，勢(shì)必得在價(jià)格上做退讓，「未來充電樁毛利要有大幅成長，會(huì)是一個(gè)挑戰(zhàn)」。

充電模式影響充電樁及電動(dòng)車制造
此外，基于現(xiàn)今「充電快速化」趨勢(shì)，快充樁朝高功率發(fā)展，估計(jì)CCS充電樁最大功率設(shè)計(jì)可達(dá)480V，還須考慮不同車種、電池可否接受，例如高價(jià)車快充上達(dá)250kW、平價(jià)車落在50~100kW之間。
且因?yàn)殇囯姵氐幕瘜W(xué)特性在低于冰點(diǎn)時(shí)充電，恐容易會(huì)造成電池?fù)p壞，所以電動(dòng)車在氣溫寒冷時(shí)的充電過程，會(huì)先耗費(fèi)大量時(shí)間將電池加熱至適當(dāng)溫度，導(dǎo)致充電時(shí)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(dòng)彈不得，宛如電動(dòng)車墳場(chǎng)。
為了在溫度過低時(shí)保護(hù)電池，電動(dòng)車制造廠商還會(huì)限制可使用的電池電量，須待電池升溫才會(huì)恢復(fù)正常，造成低溫時(shí)的電動(dòng)車?yán)m(xù)航力大減。根據(jù)挪威汽車聯(lián)合會(huì)（Norwegian Automobile Federation）發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)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(yùn)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(dǎo)耗損上具備優(yōu)勢(shì)，能幫助新能源車提升效率、縮小體積，實(shí)現(xiàn)高頻快充、長續(xù)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爭(zhēng)相投資SiC產(chǎn)業(yè)，以卡位汽車動(dòng)力系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)；臺(tái)灣也因?yàn)榫邆渫暾雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，被視為重要的委外制造伙伴，包括環(huán)球晶、漢民及廣運(yùn)等集團(tuán)，可望從歐美日主導(dǎo)的供應(yīng)鏈中突圍。
臺(tái)達(dá)最新推出的一體式超快直流充電樁UFC 500，也強(qiáng)調(diào)搭載新一代SiC芯片與專利拓樸設(shè)計(jì)，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(jī)設(shè)計(jì)；同時(shí)具備高達(dá)96%的電力轉(zhuǎn)換效率，單槍輸出功率最高可達(dá)460kW，雙槍同時(shí)輸出最高達(dá)250kW，十分有利于場(chǎng)站空間運(yùn)用。不需另外配置電源柜，更易于維護(hù)和有效縮減充電設(shè)備的的占地面積，降低充電營運(yùn)商土地取得門坎，簡(jiǎn)化營運(yùn)商安裝與維護(hù)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(tái)亮相，具有支持高達(dá)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載機(jī)會(huì)。
設(shè)計(jì)上則瞄準(zhǔn)歐美更高的客制化需求，如可自由選擇有無槍線，三方進(jìn)線的方式也能增加施工彈性，提供消費(fèi)者及營運(yùn)商在充電設(shè)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(jī)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(dòng)車產(chǎn)品陣容。
微星同時(shí)宣布，旗下「EV系列」功能最齊全、規(guī)格最強(qiáng)大的商業(yè)應(yīng)用充電樁「EV AI」，即日起在臺(tái)灣正式上市。具有內(nèi)建AI車牌辨識(shí)，并搭載QR Code掃碼支付、RFID卡片感應(yīng)功能，優(yōu)化停車管理與支付體驗(yàn)；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(wù)，將成為商業(yè)場(chǎng)域如公共停車場(chǎng)、充電站、建案、飯店、商辦大樓等最佳電動(dòng)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(tái)亮相，更適合電池容量較大的電動(dòng)車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載機(jī)會(huì)。

V2X充電智慧化　ISO標(biāo)準(zhǔn)問世　朝商業(yè)化更邁進(jìn)一步
值得一提的是，因應(yīng)目前「充電智慧化」趨勢(shì)，可降低充電樁設(shè)置及營運(yùn)成本，加速回收投資報(bào)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(jī)會(huì)跨入能源服務(wù)業(yè)，惟仍有市場(chǎng)機(jī)制/法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)與產(chǎn)品、消費(fèi)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(jī)制等因素；仍待制訂完善車-樁-管理平臺(tái)-電力公司互操作性的通訊標(biāo)準(zhǔn)、雙相充放電樁的安全與功能標(biāo)章，導(dǎo)致現(xiàn)今只有少數(shù)電動(dòng)車款及充放電樁可支持V2X應(yīng)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。

研華攜手充電營運(yùn)商　發(fā)表應(yīng)用解決方案

 
圖三 : 研華攜手充電營運(yùn)商，發(fā)表EVSE專用控制板解決方案，加速回收投資報(bào)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(shè)計(jì)論壇」，并邀請(qǐng)電動(dòng)車載控制器（EVCC）模塊設(shè)計(jì)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(yùn)的技服務(wù)，串聯(lián)充電系統(tǒng)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(tái)事業(yè)群產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)理王圣文引述PwC報(bào)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(yùn)端還有50%成本來自電費(fèi)，其他50%為后臺(tái)營運(yùn)、配電線路、土地、稅務(wù)、保險(xiǎn)等，估計(jì)一座配備4~6具充電樁的場(chǎng)域設(shè)置和營運(yùn)成本約須投資新臺(tái)幣1200~2000萬元。
充電樁廠商為了獲利，必須仰賴政府補(bǔ)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(yīng)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(shí)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(yùn)商加入，還必須借重架構(gòu)在硬件、OS、應(yīng)用層之上的服務(wù)器技術(shù)，可自遠(yuǎn)程維護(hù)軟硬件，雙網(wǎng)口可用于能耗計(jì)算及管理。
且若要實(shí)現(xiàn)降低能源成本（Lower Energy Cost）基于能源占總體營運(yùn)成本約50%，只能仰賴電力公司，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(fèi)，經(jīng)由整合BESS/ESS加以平衡；或是透過光充儲(chǔ)，將多余的再生能源儲(chǔ)存起來，實(shí)現(xiàn)零碳排。
其他營收來源（Other Source of income），則可與商場(chǎng)異業(yè)合作、賣碳權(quán)，或加入V2G、V2X服務(wù)。為了因應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)激烈又利潤微薄，滿足客戶要求功能多寡務(wù)必要彈性。研華在設(shè)計(jì)充電樁的控制板時(shí)，需要針對(duì)不同等級(jí)效能加值應(yīng)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(luò)設(shè)計(jì)，支持 Windows和Ubuntu OS并具備OOB頻外管理、AI運(yùn)算能力的可擴(kuò)充性，提供預(yù)先配置資安防護(hù)解決方案。
由于大多數(shù)大型商業(yè)按次付費(fèi)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(jì)費(fèi)明細(xì)等信息，還必須整合后端系統(tǒng)管理、站點(diǎn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、能源管理系統(tǒng)等功能。
在遠(yuǎn)程管理與資安防護(hù)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(hù)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(dòng)車充電新體驗(yàn)


 
圖四 : 友通信息在今年發(fā)表未來無人充電站的概念應(yīng)用，期待持續(xù)擴(kuò)大并強(qiáng)化人工智能邊緣運(yùn)算的能力。（source：DFI）

友通信息也在今年嵌入式電子與工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用展（Embedded World）上，發(fā)表未來無人充電站的概念應(yīng)用，提前因應(yīng)電動(dòng)車（EV）使用量的增加，以及隨之而來的相關(guān)充電樁設(shè)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(dòng)車市場(chǎng)中持續(xù)擴(kuò)大并強(qiáng)化人工智能邊緣運(yùn)算（Edge AI）的能力。
友通總經(jīng)理蘇家弘表示，友通運(yùn)用虛擬機(jī)（VM）虛擬化技術(shù)，推出強(qiáng)大的工作負(fù)載整合平臺(tái)（Ubuntu/Windows/Android），只要單一Intel 中央處理器（CPU）即可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作系統(tǒng)，用于電動(dòng)車充電等應(yīng)用。期待藉由智能充電樁解決方案，強(qiáng)化使用體驗(yàn)、提升平臺(tái)菜單現(xiàn)與能源效率，順應(yīng)AIoT與節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)。
因此促使Mistral 7B LLM可內(nèi)建在友通的充電樁上執(zhí)行任務(wù)，并運(yùn)用Intel Arc GPU的XMX AI引擎進(jìn)行快速AI推論，提供邊緣運(yùn)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(jī)，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(fù)載，達(dá)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理模塊，可通過無線軟件更新，以提供穩(wěn)定的遠(yuǎn)程維運(yùn)。
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(dòng)車充電及交通基礎(chǔ)設(shè)施的創(chuàng)新發(fā)展鋪設(shè)道路，期待藉由這樣的創(chuàng)新技術(shù)在永續(xù)、移動(dòng)和智能充電系統(tǒng)方面迎來新時(shí)代。」
在Intel的初步效能測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)在3次大規(guī)模多任務(wù)語言理解（MMLU）方面，英語的準(zhǔn)確率為80%，反應(yīng)時(shí)間不到2秒。而OpenVINO專為互操作性和兼容性而設(shè)計(jì)，可輕松將OpenVINO與Intel CPU和GPU結(jié)合使用，在不到2個(gè)月的時(shí)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(wù)、強(qiáng)化使用體驗(yàn)，提前布局充電站市場(chǎng)。
如今智能充電樁透過工作負(fù)載整合平臺(tái)，有望帶動(dòng)相關(guān)商機(jī)，例如無人販賣服務(wù)可搭載拍擋科技的Kiosk解決方案等。