拜登總統提出在2030年美國出售新車中，有半數需為零碳排，並且要打造全國範圍的電動車（EV）充電網絡，使得電池技術與全國電動車充電網變成運輸界熱門話題。而根據調查，有購車需求的人在決定是否換購電動車的考量主要還是兩點：「充電不方便」和「里程焦慮」，因此雖然電動車商提出保養維修成本降低、燃油開銷減低等行銷口號，但「可不可以自宅充電」才是購車者真正關心的問題。
然而對許多住在大樓住戶而言，要在自有停車格裝設慢充，需先經過管委會評估同意，以確保用電安全與避免因跳電造成使用限制，甚至公共安全的危險。在這條件下，為降低民眾充電不方便，政府規劃並設置全國性或區域性的公共充電樁（electric vehicle supply equipment；EVSE），似為加速電動車普及的先決條件。
廣設公共充電樁成當紅國家政策
因此為兌現拜登開出的電動車支票，美國聯邦政府將投入80億美元在全美建立電動車充電網絡（chargers network），並在去年準第一批9億美元的資金，將用於35州設置公共充電樁。
至於臺灣，國內的電動車市場正逐年快速成長，為推動公共充電樁設置普及化，經濟部規劃「公共充電樁建置」計畫目標第一階段「示範推廣期」，將讓全臺公共充電樁數量於2025年時，可上看7,800個，設置地點主要為公有停車場與路邊停車格，以及經濟部國營事業如加油站等，由政府帶頭並協力地方政府在重要節點設置公共充電樁，並獎勵民間業者投入合作加速建造。
此外在2019年公告施行修正「建築技術規則建築設計施工編」，許多新建案已在地下室停車空間，預留供電動車充電的設備及空間，讓住戶可依需求申請裝設充電樁使用，以減緩「里程憂慮」之購買考量因素。
但整體而言，為滿足電動車的電力需求將日益增加，尤其快充樁有高電壓和高電能需求，若大量的車輛同時使用快充樁，對於電力配電網路將會造成高負荷，而瞬間電力可能不足負荷，導致跳電或其他事故。隨著全國充電樁網路之布設，除了公共充電樁外，未來還會有更多民營業者及私人設置的充電樁，在推動電動車市場普及的同時，應同時考量電網穩定性將面臨更大挑戰的問題。
| 圖一 : 經濟部規劃讓全臺公共充電樁數量於2025年達7,800個。圖為臺達戶外充電方案。 |
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甚麼是充電站？
純電車有兩種供電方式，一為電池交換系統，如普通電池般，可卸下充完電後再裝上，目前僅有中國的蔚?汽車NIO仍持續開發此種車款，建置換電站，提供客戶可在五分鐘內更換電池，估計在今年底在中國的換電站將高達2300座，在海外部分，除已在挪威設置兩座換電站外，並在2022年於德國建置首個換電站。
但除了蔚?汽車外，以固定式車載電池供電仍是純電車充電的主流，過去特斯拉也曾嘗試設計更換電池式的電動車，但最後選擇朝固定式發展。因此當前電動車仍以固定式電池式為主流，也就需要充電站來充電。
所謂充電站是指一個供電地點，該地點同時設置多個充電樁（EV supply equipment；EVSE），充電樁像是一個供電設施，充電樁上配置充電槍（connector），可以想像分別是加油站，以及加油站中供應不同燃料的加油機及加油槍。
快充或慢充
充電樁有兩種不同的電流形式-交流電（AC）及直流電（DC），俗稱慢充通常是指使用交流電，而使用直接電者稱為快充，但正確區分充電速度快或慢，應以電壓來作區隔，每小時可充電到都多少續航力（公里）為單位，因此快或慢充，應依據該電壓或功率所達到的充電速度來定義，AC或DC只是不同電流方式。
充電速度可劃分為3種等級（Level 1~Level 3），數字越小越慢，當電壓介於110-120V，此充電樁則歸類為Level 1，此類可直接使用充電線，直接在住家使用，不需要安裝充電樁。至於Level 2電壓介於208-240V的充電樁，充電速度是Level 1數倍以上，因為非家庭普通慣用電壓，需額外安裝設備，也是目前公共「慢充」樁，設置在車主通常需較長時間停留的位置，如公共停車場、工作場所或住宅大樓等。
| 圖二 : Level 3是指直流電超快速充電（DC Fast Charging），需使用480 V以上的DC電壓。圖為ZEROVA快速充電方案。 |
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Level 3是指直流電超快速充電（DC Fast Charging），需使用480 V以上的DC電壓，而此類快充電樁，如同當前的加油站，能提供許多車主輪流使用，在短時間內依需求充電，具相當高便利性，但此類充電樁供應特別高的電壓，只有車載充電器可負荷的前提下才適用，換句話說並非適用於所有電動車，且設置費用昂貴，其設置費用約為Level 2之10倍。
目前國內充電樁數量約達4300多座，其中快慢充電樁比例約為1：5，其中有超過半數以上快充電樁，是由電動車廠商、第三方充電樁業者自建，多設置在車商展示服務中心、高速公路服務區，另充電樁業者也開始與便利商店合作。
如何紓解充電導致電網脆弱問題－V2X概念
當前的氣候變化、自然災害和其他不利事件，都已提高國家電網的脆弱度，特別是臺灣身處地震帶及颱風帶，尤其近年接二連三的全國性大停電，已顯露臺電電網之脆弱及韌性不足問題，且由於用電及發電區域不均，長期早已存在南電北送現象，根據宅電統計，目前充電樁分布比例前三名為臺北市（19%）、臺中市（15%）、新北市（14%），要再增加EV充電需求，可能加重目前全臺用電及發電區域不均的挑戰。
針對未來因應電動車充電導致電網脆弱，從電網設計者角度認為，問題不在於電網的整體容量，挑戰在於電網的尖峰容量，因此解決方法在於如何舒緩尖峰。對此，臺電在去年5月推出「電動車專用時間電價」，希望透過電價優惠，提高車主在離峰時間充電之誘因，藉由改善車主充電習慣，減輕對電網在用電量尖峰時間的壓力。
而另一解方，則是利用電動車的雙向充電技術，反饋電網提供電力，作為舒緩用電尖峰的方法，也為當前臺電認為能成為在未來分散式電力系統中的儲能設備之一。雙向充電技術顧名思義就是讓電流可以雙向流動，由於電動車帶有電池，如同一個「移動式行動電源」，透過雙向充電技術，可把電動車的電池電力回送。
電動車作為「移動式行動電源」，即V2X應用概念，例如V2L（Vehicle-to-load）、V2H（Vehicle to Home） 、V2B（Vehicle-to-Building）、V2G（Vehicle-to-grid）等。其中V2L是最基礎應用，只需外接V2L轉接器，就可以輸出電力，應用如戶外露營，此類應用無須雙向充電器。而V2H及V2G則不然，透過雙向充電器的放電能力，利用智慧控制充放電，提供住家、建築物內部電網的緊急備用電力，甚至釋放回到國家電網，強化電網韌性，讓大家受益。
| 圖三 : 智慧控制雙向充電器能協調各設備間包括電動車、供電設備如充電樁、能源供應商如臺電等聯繫。圖為臺達電網方案。 |
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實際應用仍有許多挑戰需克服
在技術層面上，須達到穩定高效，如何提高充放電技術的成熟度，減少能量傳輸過程中的損耗，以及降低電池衰減問題，以及須有精密的感測能力，準確測量電動車與充電設施間的電流及電壓，才能有效提高充電效能，第3類寬能隙（Wide Band Gap）半導體市場，由於電動車市場蓬勃發展而受到矚目。
此外要智慧控制雙向充電器，各設備間包括電動車、供電設備如充電樁、能源供應商如臺電等之間須能聯網，將資料提交到智慧平臺，以智慧調度電動車的電力，但根據工研院進行731份有效問卷「臺灣電動車車主充電行為調查」，發現6成電動車車主僅接受自己控制充電時間，對於智慧充電（smart charging）仍有疑慮。
在商業模式部分，需先有V2G充放電交易市場，2021年臺電設置電動車智慧充放電示範場，具放電功能的電動車可將電回輸電網，並在2022年公布社區大樓電動車專用電價及EMS能源管理系統，透過專用電錶提供離峰階段充電優惠，EMS能源管理系統讓管理人員能調控社區內充電樁使用狀況，雖然目前臺電尚未將V2G納入電力交易平臺，但汽車製造商目前都有特定車款與V2G技術相容，也已有廠商佈局電動車充電解決方案。
要普及V2G應用仍有諸多挑戰待克服，除包括軟體系統介面整合、電網基礎設施之強度、制訂相關的交易規則與監管法規，還有如何提高電動車主參與V2G機制之意願等，隨著電動車市場成長速度加快，如何兼顧環保及民生用電，是在推廣電動車時需滿足之先決條件，實現雙贏。
**刊頭圖（source: pexels.com）
