近年來世界各國政府無不為了節能減碳的需求，努力推動禁售燃油車的計畫，造就了電動車的崛起。再加上傳統車廠開始重視ESG「Environment環境保護、Social社會責任與Governance公司治理」永續經營的理念，致力於2040~2050年達到碳中和的目標，因此電動車成為主流趨勢，藉由電力推動馬達，以達到減少燃油廢氣排放的目標。

而站在消費者的角度思考，社會大眾在選購電動車時分別有哪些誘因以及考量點呢?簡述分析下列幾個原因來探討:
  1. 環保、節能、減碳：對於地球的環境，用赤子之心來盡一份努力。
  2. 省油錢：油價不斷飆漲，一場能源危機隨時可能爆發，用電力取代燃油或許是可行的方案。
  3. 降低里程焦慮：目前市場上的電動車款，續航里程都可上看400~500km，里程限制的焦慮感已逐漸下降。
  4. 充電樁的數量：對於以通勤為考量的消費者，短程的移動需求僅需要家中能安裝充電樁，就符合日常充電使用需求。但對於長程或是長途旅行的家庭需求，就需考量移動過程中何處可以充電?充電時間需要等待多久?是否有人在排隊?充電設備是否故障?...等。
其中「充電樁的數量」或充電站設施建置的完善程度，將直接或間接影響到消費者對電動車的購置意願。根據Global Market Insights，電動車充電站的市場規模預計將從 2021 年的 175.9 億美元增長到 2028 年的 1119 億美元(複合年增長率為 30.26%)。
因此，要讓消費者放下疑慮並選擇購買電動車，廣設充電樁是必要的條件之一。然而，充電樁的品質與可靠度，則是影響消費體驗的關鍵點，若消費者到達現場後發現充電設備故障或在使用期間發生品質不良問題甚至安全問題，很可能造成消費者對於電動車產品的不信賴感。

 認識充電樁：充電規格共有四種等級 
充電樁就是電動車的電源設備EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)，做為提供電動車電池電力的充電工具，如同汽油車的加油設備。針對不同款式電動車，需搭配不同充電樁規格，根據美國汽車工程師協會SAE J1772法規上定義，以輸入電動車的電壓/電流區分為四種Level，如圖1所示。
圖 1: 充電規格的四種等級
註記：100kwh以現今電動車發展技術，續航里程約可達400km以上

上述AC Level 1因充電速度過慢，市場上較為少見，而台灣家用與公共區域市場主流產品為AC Level 2：220Vac與40A，功率約8.8kw，充滿100kwh電池所需時間約為11.3小時，每小時約可增加35km的續航里程。另外，市面上也有快充充電站如特斯拉的超級充電站，其充電樁規格達250kw為上述的DC Level 2等級，充滿100kwh電池所需時間約為24分鐘，充電15分鐘約可增加250km的續航里程，這也是消費者在台灣經常接觸到的充電裝規格之一。

 充電樁可靠度需求，除了充電性能要求外，還有重要的安全保護機制 
充電樁主要的功能是替電動車電池充電，產品的充電性能是首要重點，除此之外，充電樁還有一個非常重要的關鍵，就是如何確保使用者的人身安全，因此安全保護機制的重要性不容忽視。常見測試需求如下：
  • 絕緣測試(Insulation resistance)：根據IEC 61851-22法規，對於樣品施加500Vdc電壓持續60秒，量測到的絕緣電阻值需大於7MΩ；代表產品內導體與非導體之間具有一定的絕緣性，避免人員觸電的風險。
  • 耐壓測試(Dielectric withstand voltage)：根據IEC 61851-22法規，對於樣品施加2000~4000Vac電壓持續60秒，樣品不可有電路擊穿與短路現象；代表產品具有一定的抗高壓能力，不會因電壓突波導致產品損壞，間接造成人員使用的風險。
  • 防塵防水測試：根據IEC 61851-22法規要求，產品需滿足IEC 60529法規中IP44等級以上的要求；IP4X防塵要求為，直徑1mm的金屬線，不得伸入到產品外殼內，以避免接觸到電路產生風險；IPX4防水要求為，產品外殼需可抵抗，360度四面八方水噴射而來，且不得讓水滲入產品外殼內，以避免水導致短路/故障/觸電…等潛在性風險。
  • 樣品表面溫度限制：為了避免人員因高溫受傷，IEC 61851-22要求，對於人員手持的部分，溫度不可超過50度(金屬材質)與60度(非金屬材質)；另外，非人員手持但可能碰觸到的部位，溫度不可超過60度(金屬材質)與85度(非金屬材質)。
  • 溫升測試(Temperature rise)：根據IEC 62196-1要求，對於不同線徑連接線，施加對等的電流，待測試溫度穩定後，溫升不可超過50度的要求。
除上述常見的安規測試要求外，在德凱宜特豐富的驗證經驗中，對於產品品質要求相對高的客戶，會於各項可靠度測試前後要求增加安全性的功能確認，如過電壓保護、過電流保護、過溫保護、漏電保護、接地故障保護…等。
甚至某些對於產品品質要求極高的客戶群(如品牌車廠)，不僅要求測試前後進行檢測，測試過程中還要求對於控制導向(Control pilot，簡稱CP)訊號進行監控(註：CP訊號是代表充電槍與電動車之間溝通的語言，讓充電樁可以知道何時要開始進行充電的動作)，且需時時紀錄樣品的輸出電壓、電流、CP訊號(電壓、頻率、佔空比)..等資訊；部分測試項目有充電開關循環 (On/Off Cycle)測試條件，客戶往往會要求充電樁CP訊號的狀態要達到可自動化切換(狀態A->狀態B->狀態C->負載啟動加載->持續拉載->負載卸載->狀態C->狀態B->狀態A)的需求，於測試過程中模擬產品實際運轉的狀態，這測試需求實驗室必須具有高度自動化控制的能力來搭配，才有辦法滿足客戶。

 充電樁可靠度測試依循的規範：商規？工規？還是車規？ 
在德凱宜特實驗室經驗中經常面對各種客戶需求，包括採用商規、工規或車規標準來進行測試。使用商規測試的廠商將充電樁歸類為電子產品，認為即使故障導致無法充電，進行售後維修即可，並不會對人身安全有所危害；而重視品牌價值的客戶，則會考慮採用工規，甚至車規的等級來進行驗證。市場上大部分掛上車廠標誌的充電樁，會採用車規等級的驗證。三種測試規格的差異性如圖2所示：
圖2: 商規、工規、車規測試規格的差異性
Reference: DEKRA iST

商規設定的產品工作環境等級與產品預期的壽命皆符合消費者對產品的基本要求，但車規等級相對嚴格許多，對於產品的壽命驗證都以超過10年為預設目標，透過加速模型來計算測試時數或循環數，確保產品品質合乎壽命設計要求。除此之外，車規的產品測試樣本數量至少需要3或6台，透過多台產品來提高測試結果的信心水準。車規驗證最大的差異在於接續性的多項測試驗證(sequence plan)，如圖3所示(參閱ISO 16750)：
圖3: ISO 16750 example for reliability testing sequence plan
Reference: DEKRA iST

相同的樣品必須連續經過多個測試項目，如圖3中所示(Leg 1:Low Temp.->High Temp. ->…)，考量產品在實際生命週期內會不斷的遭遇到各式各樣的環境，累積不同的環境應力是否會對產品產生失效現象，是車規獨具的性質。

小結車規驗證的關注點：
  • 10年以上的壽命設計
  • 多個樣品驗證需求，以獲得較高的測試信心水準
  • 接續性的多項測試驗證，累積多種環境應力
 全台最大的充電樁可靠度測試量能在德凱宜特 
目前充電樁主流產品功率為8.8kw起跳，代表實驗室至少需要具備有10kw以上的交流電源供應器與交流電子負載，並搭配可以在大功率樣品運作環境下，妥善控制測試規格的高性能溫溼度設備。當採用車規等級來進行測試驗證時，眾多的樣品數量與多種的可靠度測試需求，對於實驗室量能皆是重大考驗；在硬體設備方面，實驗室需具備多數量與大空間的溫溼度櫃，搭配足夠的電源供應器與電子負載，以及充足功率的實驗室供電配置，才得以順利進行測試。不僅硬體設備的高規格需求，工程人員對充電樁的專業知識與經驗更是備受考驗，包括測試交期的掌握與自動化控制軟體的協助，在軟硬體相輔相成下才有能力滿足客戶所需。德凱宜特提供完整測試量能，為充電樁產品品質做好嚴格把關，協助客戶提升品牌價值，共同在電動車市場打天下。
 
Reference: https://www.gminsights.com/industry-analysis/electric-vehicle-charging-station-market

 

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