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全球充电站发展 就差安全这一步
充电标准发展 各有考量

【作者: 姚嘉洋】2014年05月26日 星期一

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尽管电动车(EV)的讨论在台湾已有一段时间,不过产业界大多数的目光仍然还是停留在电动车本身的转换效率与电池材料等方面的进展,但在充电介面方面的讨论并不是相当的多,国内媒体针对此一议题也无太多深入的讨论。


不过,电动车发展至今,在充电介面大致上已有一个脉络可寻,源自于美国的SAE J1772大致上已经成为市场主流之一。我们都很清楚,供电形态大致可分为交流电(AC)与直流电(DC)两种类型,电动车的充电技术发展也不脱这两种类型的电力供应。


以交流电而言,在充电时间相对较慢,换言之所需要的功率也就较小;而直流电就恰巧与直流电完全相反,不仅充电时间快,所需的功率也来得大上许多。但不管是采用何种方式充电,还是必须充份考量车体本身是否具备逆变器,以让车体所搭载的电池能拥有最为足够的电力。


充电标准不是统一 而是相互流通

工研院机械所智慧车辆技术组经理简金品直接提出重点,如果充电站是输出交流电,电力在进入车体的电池之前,就必须透过逆变器的转换工作,以直流电的方式为电池进行充电,反之,一开始输出的电力就是直流电,车体就无需多搭载一个逆变器,车体系统的设计反倒会简单许多。


从全球各地的电动车市场来看,考量到驾驶习惯与市电供应的状况,再加上日本早期就已经投入规格制定与讨论,美国与日本在电动车的充电介面都是采用SAE J1772。相对的,欧洲与中国大陆所采用的介面就与SAE J1772有所不同,但这仅局限在交流电方面,在直流电就显得较为复杂(表1.)。



表一 : 国际规范电动车充电接口一览
表一 : 国际规范电动车充电接口一览

但是,考量全球市场的流通性,一向主导欧洲市场电气规格的国际电工委员会(IEC; International Electrotechnical Commission),也将SAE J1772纳入旗下的电动车充电介面规格之一,来加以因应市场的流通性问题。据了解,SAE J1772的发展可以追溯至西元2000年,便已有第一个版本问世,换言之该规格的发展至少已有13年以上的时间。日系车厂如丰田、Nissan(日产)、Tesla(特斯拉)与保时捷等,皆已采用SAE J1772,并投入市场。


UL业务发展经理陈立闵解释,分析全球各地市场的产业标准,SAE J1772由SAE(Society of Automotive Engineers)所制定,而这个单位又是位于美国,因此被认定为美国市场的标准是相当自然的事。至于IEC常会被大家认定为欧洲标准,理由在于欧洲市场的国家较多,相较美国市场仅有一个国家,发言力道自然就相对薄弱许多,这也就导致大家会对IEC有这样的错觉,但事实是,IEC并非属于任一区域或国家的阵营,它是属于全球的标准规范,同理,充电标准也是如此。


从全球市场流通性来看,欧洲车厂也会锁定美国市场,换言之,采用SAE J1772是理所当然的事,再加上美国在标准制定上的脚步本来就会略快于欧洲,从这几点来看,IEC采用SAE J1772以纳为旗下的规范之一,是可以预期的。此外,陈立闵也提供了一个大略的数字参考,就充电站与电动车的比例来看,美国约为1.5:1;而欧洲则是约为0.8至0.9:1,这数字一定程度上告诉我们,从市场规模来考量,美国充电站的市场应该是大于电动车,因此就发展策略上,先抢进美国市场是相对合理的策略。也就是说欧洲业者若要进军美国充电站市场,满足SAE J1772规格绝对是基本的门槛。


台湾攻下交流电充电站滩头堡

而在台湾,标准局对于电动车充电站也将SAE J1772纳入参考,因此在国内电动车市场的标准中,其实是可以看到SAE J1772的影子的。综观电动车的发展考量,不外乎电动车本身的造价、电池的续航力与密度大小与充电标准等,当然,各国政府的电网架构也是必须考量的因素。


ABB自动化与驱动控制事业部资深业务代表刘佳炘指出,以台湾本身来说,所面临的问题除了上述所谈到的因素,再加上标准方面不易统一的关系,所以在参考国外标准时,形成了几乎一把抓的局面,这对于民众来说不见得有相当高的便利性,反倒造成一定的困扰。但反观欧美国家,由于环保意识相对进步,所以在推广上相对较不会受到太多的因素阻碍。


不过,对很多人来说,可能会有:台湾对于电动车产业的投入相当有限的错觉,但事实上,就以国外而言,光以充电站的部份,国内业者已经在全球市场取得相当不错的战果。


陈立闵谈到,就他所接触的台湾业​​者中,像是台达电以及光宝,这两间公司就已经联手囊括了全球充电站70%的市场,这包括了自有品牌以及贴牌代工两种作法。尽管陈立闵认为,台湾在投入全球充电站市场的动作还是相对较慢,但台湾愿意以「跟随者」的心态,同时有将规格标准加以量化的能有,一路跟随全球大厂所制定的充电介面的规格发展,耗费了相当庞大的时间与心力,才有今天这样的成绩,这也是值得鼓励的地方。



图一: 台达电在全球交流电充电站市场拥有相当不错的成绩。 (Source:台达电)
图一: 台达电在全球交流电充电站市场拥有相当不错的成绩。 (Source:台达电)

交流或直流 各有发展空间

回到全球充电站市场的发展,刘佳炘表示,采用交流电充电的作法,由于功率较小,在安全性上的问题相对容易克服,再加上各国电网架构不同,让当地业者来协助进行充电站架设,是较为合理的作法。在直流电方面,虽然简金品表示对于车体系统设计相对较为容易,但由于直流电所需要的功率较高,安全性问题就不易解决,但对于ABB来说,针对大功率相关的应用本就有相当丰富的经验,因此提供直流电大功率的充电站方案并非问题。


刘佳炘分析,由于交流电的功率较小,所以充电时间较长,反之直流电功率较大,充电时间便能大幅减少,从这一点来看,不同的实际环境,交流电或是直流电都会有发挥空间。所以简金品也直言,所谓的HEV,换个说法其实就是更为省油的传统汽车,理由便在于它一定程度地减少了废气排放,但整体系统还是可以借电力来作为行进动力。


举例来说,像是便利商店或是休息站,采用直流电充电站就相对适合,因为停留时间较短。若是大卖场或是工作场合,交流电就会有发挥的空间,理由当然是停留时间高达一至两个小时以上,甚至更久。换言之,就目前来看,两种电力模式架构的充电站在全球市场是会同时并存的,这一点,陈立闵也是持相同看法。



表二 : 电动车与充电站发展状况一览
表二 : 电动车与充电站发展状况一览

不过,刘佳炘也坦言,目前全球交流电的充电站的普及度远高于直流电,尽管ABB在交流电领域没有太多的著墨,但他强调,由于ABB的解决方案相对全面,因此可以从输配电乃至充电站等都能提供完整的解决方案,甚至要提供混合式架构(直流电搭配交流电)的充电站,都会是ABB的作法。所以像是台湾几乎所有的国际规格都纳为国内标准后,这种混合式架构的充电站就十分适合台湾的需求。


除此之外,充电站必须要与营运商连线,以进一步了解消费者的使用行为并加以分析,简单来说就是巨量资料的概念展现。换言之,提供营运商后台所需要的分析软体或是相关的图资系统供消费者参考等,而这种软体不论是交流电或是DC充电站,都会用到,而ABB也是目前全球少数能提供软硬体完整方案的系统业者。


结论

然而,尽管SAE J1772已有不低的接受度,但不代表它就是唯一的充电规格,由于中国大陆本身拥有相当庞大的内需市场,因此对于各项产业标准都有极高的野心想要建立自有的产业标准。同样的,电动车的充电介面也是如此。当然,除了中国之外,欧、美、日各自在直流电充电都打算发展的充电规格,尤其是日本自行开发的Chademo,更是独树一格。再加上各国电网架构早己成形的情况下,所以要说上全球电动车的充电介面大一统,恐怕还是言之过早。


陈立闵谈到,大体上,全球电动车的充电规格大体上已经完成95%以上,就剩直流电部份还需要进行部份的规格的调整,预计2015年就能进入测试阶段,只要直流电相关的问题能够解决,那么接下来就看车商本身如何提供相关的车款让全球电动车市场进入高度成长的阶段,减碳环保的理想将不再只是口谈。



图二 : 从此图来看,各国电网架构与电动车的发展并非百分之百地兼容,但SAE J1772有其一定的能见度。(Source:工研院)
图二 : 从此图来看,各国电网架构与电动车的发展并非百分之百地兼容,但SAE J1772有其一定的能见度。(Source:工研院)
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