近年来世界各国政府无不为了节能减碳的需求，努力推动禁售燃油车的计画，造就了电动车的崛起。再加上传统车厂开始重视ESG「Environment环境保护、Social社会责任与Governance公司治理」永续经营的理念，致力于2040~2050年达到碳中和的目标，因此电动车成为主流趋势，藉由电力推动马达，以达到减少燃油废气排放的目标。

而站在消费者的角度思考，社会大众在选购电动车时分别有哪些诱因以及考量点呢?简述分析下列几个原因来探讨:
  1. 环保、节能、减碳：对于地球的环境，用赤子之心来尽一份努力。
  2. 省油钱：油价不断飙涨，一场能源危机随时可能爆发，用电力取代燃油或许是可行的方案。
  3. 降低里程焦虑：目前市场上的电动车款，续航里程都可上看400~500km，里程限制的焦虑感已逐渐下降。
  4. 充电桩的数量：对于以通勤为考量的消费者，短程的移动需求仅需要家中能安装充电桩，就符合日常充电使用需求。但对于长程或是长途旅行的家庭需求，就需考量移动过程中何处可以充电?充电时间需要等待多久?是否有人在排队?充电设备是否故障?...等。
其中「充电桩的数量」或充电站设施建置的完善程度，将直接或间接影响到消费者对电动车的购置意愿。根据Global Market Insights，电动车充电站的市场规模预计将从 2021 年的 175.9 亿美元增长到 2028 年的 1119 亿美元(复合年增长率为 30.26%)。
因此，要让消费者放下疑虑并选择购买电动车，广设充电桩是必要的条件之一。然而，充电桩的品质与可靠度，则是影响消费体验的关键点，若消费者到达现场后发现充电设备故障或在使用期间发生品质不良问题甚至安全问题，很可能造成消费者对于电动车产品的不信赖感。

 认识充电桩：充电规格共有四种等级 
充电桩就是电动车的电源设备EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)，做为提供电动车电池电力的充电工具，如同汽油车的加油设备。针对不同款式电动车，需搭配不同充电桩规格，根据美国汽车工程师协会SAE J1772法规上定义，以输入电动车的电压/电流区分为四种Level，如图1所示。
图 1: 充电规格的四种等级
注记：100kwh以现今电动车发展技术，续航里程约可达400km以上

上述AC Level 1因充电速度过慢，市场上较为少见，而台湾家用与公共区域市场主流产品为AC Level 2：220Vac与40A，功率约8.8kw，充满100kwh电池所需时间约为11.3小时，每小时约可增加35km的续航里程。另外，市面上也有快充充电站如特斯拉的超级充电站，其充电桩规格达250kw为上述的DC Level 2等级，充满100kwh电池所需时间约为24分钟，充电15分钟约可增加250km的续航里程，这也是消费者在台湾经常接触到的充电装规格之一。

 充电桩可靠度需求，除了充电性能要求外，还有重要的安全保护机制 
充电桩主要的功能是替电动车电池充电，产品的充电性能是首要重点，除此之外，充电桩还有一个非常重要的关键，就是如何确保使用者的人身安全，因此安全保护机制的重要性不容忽视。常见测试需求如下：
  • 绝缘测试(Insulation resistance)：根据IEC 61851-22法规，对于样品施加500Vdc电压持续60秒，量测到的绝缘电阻值需大于7MΩ；代表产品内导体与非导体之间具有一定的绝缘性，避免人员触电的风险。
  • 耐压测试(Dielectric withstand voltage)：根据IEC 61851-22法规，对于样品施加2000~4000Vac电压持续60秒，样品不可有电路击穿与短路现象；代表产品具有一定的抗高压能力，不会因电压突波导致产品损坏，间接造成人员使用的风险。
  • 防尘防水测试：根据IEC 61851-22法规要求，产品需满足IEC 60529法规中IP44等级以上的要求；IP4X防尘要求为，直径1mm的金属线，不得伸入到产品外壳内，以避免接触到电路产生风险；IPX4防水要求为，产品外壳需可抵抗，360度四面八方水喷射而来，且不得让水渗入产品外壳内，以避免水导致短路/故障/触电…等潜在性风险。
  • 样品表面温度限制：为了避免人员因高温受伤，IEC 61851-22要求，对于人员手持的部分，温度不可超过50度(金属材质)与60度(非金属材质)；另外，非人员手持但可能碰触到的部位，温度不可超过60度(金属材质)与85度(非金属材质)。
  • 温升测试(Temperature rise)：根据IEC 62196-1要求，对于不同线径连接线，施加对等的电流，待测试温度稳定后，温升不可超过50度的要求。
除上述常见的安规测试要求外，在德凯宜特丰富的验证经验中，对于产品品质要求相对高的客户，会于各项可靠度测试前后要求增加安全性的功能确认，如过电压保护、过电流保护、过温保护、漏电保护、接地故障保护…等。
甚至某些对于产品品质要求极高的客户群(如品牌车厂)，不仅要求测试前后进行检测，测试过程中还要求对于控制导向(Control pilot，简称CP)讯号进行监控(注：CP讯号是代表充电枪与电动车之间沟通的语言，让充电桩可以知道何时要开始进行充电的动作)，且需时时纪录样品的输出电压、电流、CP讯号(电压、频率、占空比)..等资讯；部分测试项目有充电开关循环 (On/Off Cycle)测试条件，客户往往会要求充电桩CP讯号的状态要达到可自动化切换(状态A->状态B->状态C->负载启动加载->持续拉载->负载卸载->状态C->状态B->状态A)的需求，于测试过程中模拟产品实际运转的状态，这测试需求实验室必须具有高度自动化控制的能力来搭配，才有办法满足客户。

 充电桩可靠度测试依循的规范：商规？工规？还是车规？ 
在德凯宜特实验室经验中经常面对各种客户需求，包括采用商规、工规或车规标准来进行测试。使用商规测试的厂商将充电桩归类为电子产品，认为即使故障导致无法充电，进行售后维修即可，并不会对人身安全有所危害；而重视品牌价值的客户，则会考虑采用工规，甚至车规的等级来进行验证。市场上大部分挂上车厂标志的充电桩，会采用车规等级的验证。三种测试规格的差异性如图2所示：
图2: 商规、工规、车规测试规格的差异性
Reference: DEKRA iST

商规设定的产品工作环境等级与产品预期的寿命皆符合消费者对产品的基本要求，但车规等级相对严格许多，对于产品的寿命验证都以超过10年为预设目标，透过加速模型来计算测试时数或循环数，确保产品品质合乎寿命设计要求。除此之外，车规的产品测试样本数量至少需要3或6台，透过多台产品来提高测试结果的信心水准。车规验证最大的差异在于接续性的多项测试验证(sequence plan)，如图3所示(参阅ISO 16750)：
图3: ISO 16750 example for reliability testing sequence plan
Reference: DEKRA iST

相同的样品必须连续经过多个测试项目，如图3中所示(Leg 1:Low Temp.->High Temp. ->…)，考量产品在实际生命周期内会不断的遭遇到各式各样的环境，累积不同的环境应力是否会对产品产生失效现象，是车规独具的性质。

小结车规验证的关注点：
  • 10年以上的寿命设计
  • 多个样品验证需求，以获得较高的测试信心水准
  • 接续性的多项测试验证，累积多种环境应力
 全台最大的充电桩可靠度测试量能在德凯宜特 
目前充电桩主流产品功率为8.8kw起跳，代表实验室至少需要具备有10kw以上的交流电源供应器与交流电子负载，并搭配可以在大功率样品运作环境下，妥善控制测试规格的高性能温湿度设备。当采用车规等级来进行测试验证时，众多的样品数量与多种的可靠度测试需求，对于实验室量能皆是重大考验；在硬体设备方面，实验室需具备多数量与大空间的温湿度柜，搭配足够的电源供应器与电子负载，以及充足功率的实验室供电配置，才得以顺利进行测试。不仅硬体设备的高规格需求，工程人员对充电桩的专业知识与经验更是备受考验，包括测试交期的掌握与自动化控制软体的协助，在软硬体相辅相成下才有能力满足客户所需。德凯宜特提供完整测试量能，为充电桩产品品质做好严格把关，协助客户提升品牌价值，共同在电动车市场打天下。
 
Reference: https://www.gminsights.com/industry-analysis/electric-vehicle-charging-station-market

 

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