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打造快速又靈活的電動車充電網路
[作者 德州儀器提供]   2022年03月28日 星期一 瀏覽人次: [2786]

在全球政府致力於追求永續目標的當前,汽車產業計劃到2025年前將投資超過3300億美元推動汽車電氣化,電動車(EV)轉型已是勢在必行。然而未來當社區中有數千台電動車同時插上插頭充電時,將會使得電網面臨前所未有的大量需求。


在邁向電氣化的旅程中,提供可產生、儲存、傳輸與分配額外電力的靈活基礎架構至關重要,如此才能使電動車充電更加快速、實惠、安全且穩健。而半導體技術是讓充電更加安全、實惠且永續的關鍵所在。


加快充電速度,讓更多電動車上路

變化常會讓消費者面臨不確定性,直到大家信任產品之後才不會如此。電動車的潛在買家也不例外,他們必須對行駛距離、充電站的可及性,以及充好電並重新上路的所需時間,抱有充分的信心。


便利性與可購性都十分重要,因為家用車必須能夠因應開往超市的短距離路程,或是最後一刻才決定的一日遊,為了實現此目標,尖端技術扮演了重要角色。嵌入式處理技術,例如TI的 C2000即時微控制器等,能搭配絕緣式閘極驅動器和完整整合的氮化鎵(GaN)電源產品流暢運作,進而提升充電效率。


提升效率時,尺寸至關重要,因此縮小如DC wallbox等可攜式DC充電器的尺寸,可望帶來龐大效益與更佳的成本效益。相較於傳統的矽基材料,GaN 技術能以更高的切換頻率在多階電源拓撲下運作,讓充電作業更加快速、更有效率。這代表工程師可為電源系統設計更小型的磁性元件,減少以銅與其他原物料製作之元件的相關成本。此外,多階拓撲的效率也更高,因此可減少散熱或冷卻所需的電力。以上所有特點相輔相成,可降低電動車車主的整體擁有成本。


同時,DC 快速充電站的容量則已大幅改善。過去的標準曾是150千瓦,但現在的容量則已超過350千瓦,而且還在持續提升。因此,電動車的充電速度將會更快,有助於確保充電裝置不會成為妨礙更多電動車上路的瓶頸。



圖一 : 電動車加快充電速度,有助於確保充電裝置不會成為妨礙更多電動車上路的瓶頸。
圖一 : 電動車加快充電速度,有助於確保充電裝置不會成為妨礙更多電動車上路的瓶頸。

免除充電麻煩的技術

從宏觀層面來看,最佳的配電與負載分配,是確保基礎設施能在尖峰使用期間保有靈活性的關鍵。智慧型技術與雙向充電功能可透過量測消費者的習慣並即時調整,協助因應相關挑戰。


由於大多人下班後都會待在家中,因此需要管理大家同時產生的充電需求。半導體技術可透過智慧型能源計量功能,免除充電的麻煩,進而提升配電管理的靈活性。


隨著電流感測和電壓感測技術的穩健性提升,即可協助連結至電網,以將耗電量最佳化。與對天氣型態敏感的智慧型調溫器類似,採用Wi-Fi和Sub-1 GHz 標準(如 Wi-SUN)的智慧型能源計量功能,可追蹤電價的即時調整情況,並做出更佳的電源管理決策。在美國和歐洲,預期使用太陽能供電的住家會是儲存能源和電動汽車充電的重要環節。


雙向充電讓消費者可將多餘的電力輸送回電網。TI 的能源計量技術可量測電動車、消費者的電池和電網之間的配電流動情況。對現代工作場所來說,搭載智慧型能源計量功能的雙向充電站可望帶來變革,因為當電動車的車主工作時,其電動車即處於閒置狀態,如此一來,電網業者就能根據需求來搭配太陽能發電與風力發電。



圖二 : 縮短充電程序所需時間非常重要,這意味著需要減少在外的充電時間,並大幅提升便利性。
圖二 : 縮短充電程序所需時間非常重要,這意味著需要減少在外的充電時間,並大幅提升便利性。

熟悉的交易轉為電氣化

時間就是金錢,因此縮短充電程序所需時間非常重要。這意味著需要減少在外的充電時間,並大幅提升便利性。長久以來,駕駛人都已習慣了加油站;在此他們可以加油,並以迅速簡單的交易方式完成付款。電動車駕駛人則可透過技術享有類似的付款與連線便利性。搭載Linux軟體的TI Sitara處理器支援開放充電協議(Open Charge Point Protocol;OCPP)與ISO 15118標準車輛到電網通訊介面,可在電動車、充電站和公用事業之間順暢進行交易與資訊交換作業。


消費者終究會開始重視充電站的便利性與可及性,這有助於減少行駛距離焦慮,並進一步提升大眾對電動車的需求。就推動轉型至電氣化的充電基礎設施而言,半導體技術在改善可及性、便利性或可購性上,都是關鍵所在。


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