回顾2021年全球电动车浪潮初起,曾访问南部工具机大老对于此占终端消费市场比重达40%以上的汽车产业看法,只换来冷冷的一句:「连充电桩都还没着落,谈何电动车发展!」但电动车产业在经历疫情与全球竞逐净零碳排目标下已逐渐成熟,包含充电桩等客制化、模块化终端产品甚至由下而上,驱动制造业加速转型升级。如今随着全球净零碳排及运具电动化政策驱动市场需求快速成长,各国陆续宣告禁售燃油车时程,引发电动车产业供应链成型,依《经济学人智库》报告预估,2024年全球电动车销量年比可望成长21%,将连带提升充电站与充电桩设备等基础设施配套成长。为了支持电动车普及,纷纷设定不同充电桩设定目标。包括欧盟要求公共充电站须实现2025年100万枪、2030年300万枪目标,其中每60km须设置一座充电站,并陆续达到2025年≧400kW,150kW充电枪≧1支;2030年≧600kW,150kW充电枪≧2支目标。美国也为此补助各州共设立2030年50万具公共充电站,至少每50英哩设置1座要求至少4支≧150kW的CCS充电枪。但要求外壳制造和组装在地化、2024年55%内部组件须在美制造,促成许多充电桩制造厂商开始实行并购策略。工研院产科国际所研究经理黄雅琪指出,因此竞争将加剧产业整并风潮持续进行,包含充电桩业者必须配合充电营运商(CPO)需求客制化、模块化产品,至今市场上已少见充电桩标准品,甚至可望推动上游充电桩模块及电动车制造业转型升级。图一 : 为了让更多驾驶人转开电动车,势必要有便利的充电基础设施,加速充电规格统一(摄影:陈念舜).其中为了让更多驾驶人转开电动车,势必要有便利的充电基础设施,虽然尚未等到美国汽车工程师学会(SAE)审核通过特斯拉的「北美充电标准」(NACS)成为北美电动车产业的公众标准,但是特斯拉(Tesla)超充大联盟仍持续扩大规模,继通用、福特和Rivian等美系车厂之后,瑞典车厂Volvo也成为率先导入NACS的欧系车厂,为充电桩商机再添柴火。后者决议自2025年起在美国、加拿大和墨西哥三国的Volvo电动车,将配备NACS的充电接口,避开了拜登政府所主导的「组合充电系统」(CCS)标准;其他实行CCS的车主,也能从今年上半年开始采用变压/转接器,就能同样使用NACS/CCS的网络充电。由美国政府资助「国家再生能源实验室」(NREL)研究指出,全美在2030年前将设置由120万个公共充电站组成的电动车充电网络,其中包括100万个Level 2充电站,并将所有NACS和其他类型充电站都包含在内。消息一出,不单台达电、光宝科等大厂,贸联-KY等特斯拉受惠族群摩拳擦掌,就连非特斯拉阵营也蓄势待发。台达电永续长暨发言人周志宏认为,「这绝对是长多」,因为饼会愈做愈大,尽管短期会带来什么冲击,目前仍需要再观察,但周志宏强调,中间的过渡期「绝对不会是很久的事」。贸联-KY董事长梁华哲虽看好市场把饼做大效益,但他也强调,充电桩是个充满竞争的市场,要求量大,势必得在价格上做退让,「未来充电桩毛利要有大幅成长,会是一个挑战」。此外,基于现今「充电快速化」趋势,快充桩朝高功率发展,估计CCS充电桩最大功率设计可达480V,还须考虑不同车种、电池可否接受,例如高价车快充上达250kW、平价车落在50~100kW之间。且因为锂电池的化学特性在低于冰点时充电,恐容易会造成电池损坏,所以电动车在气温寒冷时的充电过程,会先耗费大量时间将电池加热至适当温度,导致充电时间延长;在极端低温下甚至无法充电,曾造成大批车辆堵在充电站动弹不得,宛如电动车坟场。为了在温度过低时保护电池,电动车制造厂商还会限制可使用的电池电量,须待电池升温才会恢复正常,造成低温时的电动车续航力大减。根据挪威汽车联合会(Norwegian Automobile Federation)发现,电动车在寒冷环境下的行驶里程将减少约20%,若汽车加热系统全力运作,则数字可能增加至40%以上。包括SiC与GaN等宽能隙材料,则具备比起传统硅材料更能耐高温、高压及高频的特性,GaN组件常用于900V以下领域、SiC则适用于1200V以上电压,两者分别在低开关耗损、传导耗损上具备优势,能帮助新能源车提升效率、缩小体积,实现高频快充、长续航与轻量化的好处,因而成为市场新宠。除了吸引欧美日主流科技大厂争相投资SiC产业,以卡位汽车动力系统的主导权;也因为具备完整半导体产业链优势,被视为重要的委外制造伙伴,包括环球晶、汉民及广运等集团,可望从欧美日主导的供应链中突围。台达最新推出的一体式超快直流充电桩UFC 500,也强调搭载新一代SiC芯片与专利拓朴设计,由于轻巧紧凑的电源模块功率密度有效提升,而实行十分紧凑的一体机设计;同时具备高达96%的电力转换效率,单枪输出功率最高可达460kW,双枪同时输出最高达250kW,十分有利于场站空间运用。不需另外配置电源柜,更易于维护和有效缩减充电设备的的占地面积,降低充电营运商土地取得门坎,简化营运商安装与维护成本.微星科技(MSI)则在近期推出甫于今年初美国CES大展上发表的第二代旗舰充电桩「Eco Premium」首度在台亮相,具有支持高达22 kW的三相电力输出,比起单相充电有更快的充电速度,更适合电池容量较大的电动车或需要快速充电的场合,能同时提升充电效率并减少过载机会。设计上则瞄准欧美更高的客制化需求,如可自由选择有无枪线,三方进线的方式也能增加施工弹性,提供消费者及营运商在充电设备挑选上更多元化的选择。另免除一般AC安装、外出即插即用、一机可换8国插头、方便外出携带使用的旅行充电桩「Portable EV Charger」,持续壮大旗下电动车产品阵容。微星同时宣布,旗下「EV系列」功能最齐全、规格最强大的商业应用充电桩「EV AI」,即日起在正式上市。具有内建AI车牌辨识,并搭载QR Code扫码支付、RFID卡片感应功能,优化停车管理与支付体验;搭配微星自行开发的EMS云端管理系统与客制化API整合服务,将成为商业场域如公共停车场、充电站、建案、饭店、商办大楼等最佳电动车充电解决方案。图二 : 微星科技则在近期推出第二代旗舰充电桩「Eco Premium」首度在台亮相,更适合电池容量较大的电动车或需要快速充电的场合,能同时提升充电效率并减少过载机会。值得一提的是,因应目前「充电智慧化」趋势,可降低充电桩设置及营运成本,加速回收投资报酬,促使连网可控成为充电桩基本功能要求,执行包含智能充电V1G、双向充放电V2X等多样模式,让充电业者有机会跨入能源服务业,惟仍有市场机制/法规、标准、技术与产品、消费者等诸多挑战。黄雅琪指出,由于充放电桩高出4~6倍,加上电池有衰退疑虑又乏保固机制等因素;仍待制订完善车-桩-管理平台-电力公司互操作性的通讯标准、双相充放电桩的安全与功能标章,导致现今只有少数电动车款及充放电桩可支持V2X应用,仅以在家充放电或断电时备援为主,尚未能真正回充电网使用。所幸在近年来ISO 15118-20功能就绪后,让V2X往商业化更迈进一步。图三 : 研华携手充电营运商,发表EVSE专用控制板解决方案,加速回收投资报酬。(摄影:陈念舜)工业物联网大厂研华公司近日也在林口共创园区举行「嵌入式设计论坛」,并邀请电动车载(EVCC)模块设计公司起而行绿能公司(eTreego),在2023年成立的充坝(gochabar)子公司,提供充电系统与营运的技服务,串联充电系统所有软硬件价值资源与整合效益。研华嵌入式物联网平台事业群产品研发经理王圣文引述PwC报告指出,目前一具L3~L4等期的DC超快充电桩的建置成本美金约4~14万元;营运端还有50%成本来自电费,其他50%为后台营运、配电线路、土地、税务、保险等,估计一座配备4~6具充电桩的场域设置和营运成本约须投资新台币1200~2000万元。充电桩厂商为了获利,必须仰赖政府补助、连手车厂策略,否则须等到10~15年届龄淘汰后才能回本。研华虽然并不制造整具充电桩,以供应所需HMI与主板为主,分别从底层软硬件架构协助实现。包含提高利用率(Higher Utilization),从现行10%~15%增至20%,才有可能盈利;为了吸引人流、车流和更多充电营运商加入,还必须借重架构在硬件、OS、应用层之上的服务器技术,可自远程维护软硬件,双网口可用于能耗计算及管理。且若要实现降低能源成本(Lower Energy Cost)基于能源占总体营运成本约50%,只能仰赖电力公司,并配合时间电价削峰填谷。也就是在用电尖峰时间放电、离峰时间充电以降低电费,经由整合BESS/ESS加以平衡;或是透过光充储,将多余的再生能源储存起来,实现零碳排。其他营收来源(Other Source of income),则可与商场异业合作、卖碳权,或加入V2G、V2X服务。为了因应竞争激烈又利润微薄,满足客户要求功能多寡务必要弹性。研华在设计充电桩的控制板时,需要针对不同等级效能加值应用,具备多个RS-232/422 485和CANBus 可用于充电控制板和支付外围。研华为此提供EVSE专用控制板,包含AFE-E420(NXP i.MX93)、AFE-E350(Intel Atom x6000E),整合EVSE与SECC变频线网络设计,支持 Windows和Ubuntu OS并具备OOB频外管理、AI运算能力的可扩充性,提供预先配置资安防护解决方案。由于大多数大型商业按次付费直流充电站都位于室外,因此充电站这次必须能够承受灰尘、下雨、持续日照和极端温度等环境和天气条件,还能够稳定、可靠地传输数据。充电量、计费明细等信息,还必须整合后端系统管理、站点远程实时监控、能源管理系统等功能。在远程管理与资安防护方面,研华也有与BV(Bureau Veritas)公司合作符合IEC-62443解决方案,包含Embedded OS、防护与备份、装置生命周期。现也协助充坝透过开放的充电站协议(OCPP)传输,推出双端+双模+双电力的EMS架构。图四 : 友通信息在今年发表未来无人充电站的概念应用,期待持续扩大并强化人工智能边缘运算的能力。(source:DFI)友通信息也在今年嵌入式电子与工业计算机应用展(Embedded World)上,发表未来无人充电站的概念应用,提前因应电动车(EV)使用量的增加,以及随之而来的相关充电桩设备布建需求。其中嵌入式解决方案系采用第13代Intel Core i9-13900TE处理器和Intel Arc GPU执行大语言模型(LLM),期待在电动车市场中持续扩大并强化人工智能边缘运算(Edge AI)的能力。友通总经理苏家弘表示,友通运用虚拟机(VM)虚拟化技术,推出强大的工作负载整合平台(Ubuntu/Windows/Android),只要单一Intel 中央处理器(CPU)即可同时执行多个操作系统,用于电动车充电等应用。期待藉由智能充电桩解决方案,强化使用体验、提升平台菜单现与能源效率,顺应AIoT与节能发展趋势。因此促使Mistral 7B LLM可内建在友通的充电桩上执行任务,并运用Intel Arc GPU的XMX AI引擎进行快速AI推论,提供边缘运算效能、获得实时洞察信息;以及第13代Intel Core处理器上的虚拟机,整合诸如数字广告牌、支付交易和交互式信息站等多种工作负载,达到简化操作、降低成本目的;同时利用友通M.2 A Key接口的OOB远程网络管理模块,可通过无线软件更新,以提供稳定的远程维运。Intel智慧城市部门副总裁暨总经理Renu N. Navale表示:「Intel的技术正为电动车充电及交通基础设施的创新发展铺设道路,期待藉由这样的创新技术在永续、移动和智能充电系统方面迎来新时代。」在Intel的初步效能测试中,发现在3次大规模多任务语言理解(MMLU)方面,英语的准确率为80%,反应时间不到2秒。而OpenVINO专为互操作性和兼容性而设计,可轻松将OpenVINO与Intel CPU和GPU结合使用,在不到2个月的时间内完成系统开发。期待藉此贴近客户的需求,并提供更创新的服务、强化使用体验,提前布局充电站市场。如今智能充电桩透过工作负载整合平台,有望带动相关商机,例如无人贩卖服务可搭载拍挡科技的Kiosk解决方案等。