五月_充電樁專題｜高功率直流充電樁趨勢與成本取捨

發佈於: 2023/05/12|分類: 綠能(Sustainable Energy)|

隨著電動車基礎建設在這兩三年來不斷被提起，各政府紛紛提出政策來鼓勵建設，如全球電動車第一大市場中國於2022年提出《關於進一步提升電動汽車充電基礎設施服務保障能力的實施意見》其中針對快充網路要求至2025年國家生態文明試驗區、大氣污染防治重點區域的高速公路服務區快充站覆蓋率不低於80%，；歐盟於2021年提出250億歐元的基礎建設補助，用來加強公共直流充電樁的建設，力求在2025年前完成100萬隻150KW以上的直流充電樁，截止至2023年四月已有2.5億歐元確定執行；而在美國，除了特斯拉已經在超過3000個站點建設1萬7千隻以上的快速充電樁外，美國政府於2022年也撥出75億美金規劃在2025年前建設50萬隻150KW以上的快速充電樁。不難看出面對充電站與充電速度太慢這兩項推廣電動車的重大阻礙，各區域政府正在用快速佈建跟大功率直流充電樁來解決。

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