May_Charging Pile｜High Power DC Charging Pile Trends and Cost Choices

Published On: 2023/05/12|Categories: 綠能(Sustainable Energy)|

With the EV infrastructure being constantly mentioned in the past two to three years, various governments have put forward policies to encourage construction, such as China, the world's largest EV market, put forward the "Implementation Opinions on Further Enhancing the Service Guarantee Capability of Electric Vehicle Charging Infrastructure" in 2022, which focuses on fast-charging network and requires that the coverage rate of fast-charging stations in the National Ecological Civilization Pilot Area and the highway service area of the key area for the prevention and control of air pollution should not be less than 80% by 2025. The European Union proposed a 25 billion euro infrastructure grant in 2021 to strengthen the construction of public DC charging piles, aiming to complete one million DC charging piles of 150KW or more by 2025, and 250 million euro has been confirmed for implementation by April 2023; in the U.S., in addition to the 10,000 DC charging piles built by Tesla at more than 3,000 stations, Tesla is also building a new charging system for electric vehicles. In the U.S., besides Tesla, which has already built more than 17,000 fast charging piles in over 3,000 stations, the U.S. government has also allocated 7.5 billion U.S. dollars in 2022 to plan for the construction of 500,000 fast charging piles with 150KW or more before 2025. It is not difficult to see that in the face of two major obstacles to the promotion of EVs, namely charging stations and slow charging speeds, regional governments are using rapid deployment and high-power DC charging piles to solve the problem.

充電樁功率隨著電動車普及朝向大功率發展

回頭看充電樁發展歷史，會發現從家庭交流充電樁，到戶外直流快衝樁的演變主要能分三個階段：

第一階段，初期發展（1990s-2000s）：在這個階段，由於電動車剛剛開始起步，基礎設施的發展相對緩慢，因市場跟消費者對於電動車接受度不高，且相關的充電技術和標準尚未成熟，大多數的充電站都是基於Level 1或Level 2的規格(如表一)。Level 1充電功率較低且輸入電流為交流電，因此適合一般沒有大功率供電的家庭使用，單次充飽電的時間大多在八小時以上，充電速度相對較慢。Level 2充電功率有所提升，在19.2KW以下，用在能支援1.9KW以上的部分家庭跟公共場域如商場、停車場等。

第二階段，快速充電興起（2010s）：隨著電動車技術的進步和消費者需求的提高，各區域政府開始針對充電介面進行統一，以應對市場上開始出現的充電樁設備跟不同的營運商。日本的充電技術CHAdeMO（來自日本）和Combined Charging System (CCS，結合AC和DC的充電系統，主要在歐洲和美國使用）規格被提出，自此市場上出現區域性統一的充電介面，不同廠牌間的電動車可相容於同一介面下的充電樁，這讓充電樁共用性得以提升，舒緩了駕駛在長途旅行中找不到電動車可用充電樁的困境；在中國，由於自身電動車市場發展較早，且比歐洲跟美國更快起飛，整體市場規模大，中國政府對於充電設備的標準制定有著極大的影響力，其中中國國家標準GB/T統一了國內的充電介面；而特斯拉身為電動車龍頭企業，不論是電動車或是充電樁都是最早布局的領導廠商之一，自家的TPC充電介面憑藉的在全世界市場的佔有率以及基礎建設的完善，在此時幾乎壟斷了所有快速充電樁市場。雖然已在快速充電領域佔據優勢地位，特斯拉仍向自家顧客提供了轉接器，使其能夠使用CHAdeMO或CCS的充電站，更顯示出實現充電標準兼容性的重要性。

第三階段，高功率充電樁快速發展（2020s）：隨著電動車相關技術進入成熟，加上各國家對於淨零碳排的目標趨於明朗化，電動車銷售在2020年開始以近似飛奔的速度成長，2022年更是首次突破千萬輛銷售。與此同時，因為電動車保有率提高，電動車充電站密度不足跟充電時間太長等問題開始浮上新聞版面。為了解決這問題，不論是充電站建設或是充電樁充電的速度都快速提升，自此高功率充電樁進入快速成長期，Level 3充電樁興起。在過去三年來各家廠商持續進步，從120KW快速充電樁不斷演進，到2023年時已經有廠商推出480KW的快速充電樁。

表一充電樁規格比較

資料來源：智璞產業趨勢研究所整理 2023/05

充電效率跟成本取得須取得平衡，350KW充電樁將是未來兩年主流

隨著充電功率持續提升，其成本也被放大檢視，以成本結構來看，充電模組在充電樁中的比例超過50%(如圖一)，足以證明其為充電樁組成的核心，尤其在高功率充電樁的應用上，通常會採用多個充電模組並聯組成單體，以滿足快速充電的需求。目前，主流的充電模組功率介於30至40KW之間，但中國廠商持續保持著在電動車領域的領先優勢，在2022年底上海車展上推出50KW以上的充電模組，且大多數已導入SiC耐高壓功率元件。未來隨著高功率充電樁的趨勢推動下，充電模組在充電樁的成本占比將持續提升。

圖一直流充電樁成本佔比

資料來源：智璞產業趨勢研究所整理 2023/06

回頭看充電樁整機，目前市場上各種不同功率的直流充電樁，最終都是以縮短充電時間為最終目的。考慮到電動車充電機制，當低電量時電動車會要求充電樁輸出最大的功率給電池，而當電池電量達到80%時充電速度便往下調整以保護電池的健康。因此，以0~80%的充電週期作為充電樁能力的比較依據，為目前市場上的主流。以此為比較基準，目前市面上輸出120KW的充電樁到達80%需要約25分鐘；隨著充電樁規格升級到480KW時，8分鐘內便可完成80%充電(如圖二)，十分接近燃油車加油體驗。理想上若營運商能大量導入480KW高功率直流充電樁，應該能迅速解決駕駛對於電動車充電的憂慮。但現實是營運商在建設時，不得不考慮充電樁成本問題，若將市場上充電樁價格依照不同功率重新整理劃分，會發現隨著充電樁功率由120KW往480KW提升，價格將從美金一千塊到接近美金三萬元(如圖三)，對應的充電樁價格差距極大。因此期望營運商直接導入功率最高的充電樁，顯然不符合現實情況。由於已經有充電時間與充電樁價格區間對應各功率充電樁的資訊，進一步將不同功率的充電樁對電動車的充電時間與價格整理後(如圖四)可發現，在充電效率與充電樁價格曲線在350KW時達到交會，此時充電樁的充電效率落在10分鐘，而價格則落在一萬美金區間。若往上提升至480KW雖然充電時間可以縮短到8分鐘，但價格會飛奔至接近三萬美金，已經不符合經濟效益；而若往下調降至240KW，雖然價格落至六千美金區間，但充電效率也跟著下降導致充電時間延長至15分鐘，考慮到對比燃油車加油的時間約落在5~10分鐘，推斷350KW充電樁其價格與充電效率為當前最佳的解決方案，往上提升到480KW以上，充電樁的單位成本太高，往下則會影響駕駛充電體驗。因此未來兩年，350KW充電樁將成為主流。整體上來說，隨著全球電動車保有率快速提升，各家廠商在充電模組研發將持續進步，推動充電樁內單位模組的功率提升、並聯數量下降，最終帶來成本優化，目前預估2025年後功率在480KW以上的充電樁有機會普及。

圖二充電樁功率與充電時間