Tesla 最愛的直流快速充電(DCFC)

BASM
12 min readApr 25, 2021

--

充電速度對使用體驗的重要性,而直流快充 ( DCFC )理論上會給予消費者最佳的使用者體驗。

根據 Alternative Fuels Data Center 的資料,截至 2021年 3 月 4 日,美國只有 44,312 座的充電站 (包含所有充電規格、公共與私人),只有 112,784 個充電樁。

(數據或隨充電站的建置與淘汰而變動,但趨勢基本上是維持的)

若僅是公共充電站,共有 40,840 座充電站,有 99,221 個充電樁,各 『充電等級』的占比如下。

資料來源:AFDC (2021年 3 月 4 日)

數量最多的是充電樁等級為 Level 2 (即第 2 型充電樁), 數量為 81,166 個 (2021年 3 月 4 日)。

而直流快充站 (DC Fast) 約有 4,901 座,直流快充充電樁約有 17,126 個。

資料來源:AFDC (2021年 3 月 4 日)

在直流快充 (DCFC) 充電樁市占率方面,TESLA 市占率為 57%,排名第一遠遠超過其他業者。(2021年 3 月 4 日)

資料來源:AFDC (2021年 3 月 4 日)

截至 2021 年 4 月 24 日時, 超級充電站(Tesla Supercharger) 的數量依舊持續增加。

資料來源:AFDC (2021/04/24)

DC Fast,即直流電快充,其功率為 50kW — 350kW,將一台電動車充飽電需要 15–30 分鐘; Level 2 ,第 2 型充電樁,以 7.2kW 的功率來充電,需要花 5–6 個小時來完成充電工作;Level 1 ,第 1 型充電樁,其功率僅 1.4kW, 20 個小時才能夠把電充飽;

資料來源: EVGO

以另一個角度來看,以 Level 2 充電 30 分鐘,電動車可跑 10 mile;以 DC Fast 充電 20–30 分鐘,電動車可跑 90–120 miles。

資料來源: EVGO

直流快充(DC Fast)的充電速度遠高於 Level 2 與 Level 1,將帶給消費者最好的使用體驗,因此市場普遍認為直流快充(DC Fast)將是未來的充電主流。

既然如此,為甚麼 Level 2 的充電樁數目還是遠高於 DCFC 的數目?

第一個答案是電池壽命,第二個答案是開發成本。

答案一:電池壽命
對電池壽命的影響,一直是車主要不要使用直流快充的主要疑慮之一。直流快充的龍頭 — Tesla 回答的還滿含蓄的:

Does Supercharging affect my battery?
The peak-charging rate of the battery may decrease slightly after a large number of high-rate charging sessions, such as those at Superchargers. To ensure maximum driving range and battery safety, the battery charge rate is decreased when the battery is too cold, when it is nearly full or when its condition changes with usage and age. These changes in the condition of the battery may increase total Supercharger time by a few minutes over time.

首先有幾個重點需要了解:

1. 一般而言,充電速度較慢的慢充都是用交流電,而快充都是用直流電,(直流電與交流電的故事可以參考:百年前特斯拉與愛迪生直交流電之戰,現今看來則是各有所長)。

2. 城市用電 (家裡)主要都是交流電(AC),家電也都是使用交流電;但電動車卻是使用直流電 (DC)。因此,家用充電樁通常都是將直流電直接送到電動車內部的車載充電機 (請比較兩張圖中的 on board charger,下圖綠色地方),車載充電機將會負責把交流電轉換為直流電。(車載充電機的介紹請見 Wiki)

資料來源:Tesla 官網

3. 直流快充充電樁,則具備負責將交流電轉換為直流電的工作 (請比較兩張圖中的 on board charger,下圖灰色地方),然後把直流電送到電動車內,因此可以節省時間。

資料來源:Tesla 官網

4. 因電池物理性質的關係,以直流電為電動車充電,儘管大家都沒有明說,但多多少少都會影響到電池的壽命。(直流快充,电池到底要承受多大电流?電動車一直用快充到底有多傷車,原比車主想的要嚴重連TESLA都說”母湯”?頻繁使用”超級充電”可能影響電池壽命!;)

直流快充對電池將會成一定的損耗,但使用那種充電方式還是要考量一下使用場景;若是在家充電,可能 Level 2 與 Level 1 就已足夠,但如果是在公共充電站,在時間就是金錢的前提下, DCFC 還是最好的選擇

直流快充不僅會影響到電池的壽命,其他如溫度等物理性質,加上要具備將交流電轉換為直流電的功能,皆會影響到直流充電充電樁的設計、體積與製造,其成本也就會相對較高,因此在技術與成本的考量下,目前市場上普遍還是以 Level 2 慢速交流充電樁為主。

答案二:開發成本
EVgo 在 2020 年曾發表的 DCFC 白皮書,對開發成本有詳盡的討論

(1) Level 1 和 Level 2 充電樁
此等級的充電站,通常設在可長時間停車的地方,如機場、飯店、公家機關與企業。Level 1 等級將電動車充飽電所需要的時間最長,不須特別的充電設備,電動車只要像檯燈一樣被插入標準的電源插座(交流電),就可被充電。Level 2 等級充飽電需 4–8 個小時,利用家用充電器和連接 240V 電源插座的電源(與家用洗衣機相同)即可,通常都被安裝至車庫。

Level 1 和 Level 2 等級的充電設備,充電站業者要回收成本的難度不高,安裝與使用對消費者也是相對簡單。

(2) 直流快速充電 (DCFC) 充電樁的成本
跟 Level 1 與 Level 2 相比,DCFC 的優點當然就是充電速度快,但成本就相對高很多,將近 10 倍的差異。

直流快速充電需要專用的大功率設備,須具備提供高達 1,000 伏特的電壓和500 安培以上的電流,如果是中型和重型電動車,還需要更高的功率

AC-DC 轉換器(AC-to-DC converter)先將城市電網的交流電(AC)轉換為直流電(DC),然後再透過 DC-DC 轉換器 (DC-to-DC converter) 將該直流電透過升壓或降壓等步驟轉換為『充電電池所能夠負擔的電壓與電流』,因此電池容量也是很重要,而每台電動車的功率設計都不同,加上當下的充電狀態與充電器本身可提供的功率差異,確切的充電時間將會因車輛而異。(未來的電動車的功率會越來越高嗎?)

資料來源:EVgo

除了需要額外的 AC-DC 和 DC-DC 轉換器之外,DCFC 充電樁對安全系統的標準更高,需符合更多的安全規範、產業標準與電動車協定,以確保消費者的安全,需要更多的零組件達到目標;一個 50kW 的 DCFC 充電器包含 2,000–2,500 個的零組件,而 Level 2 充電器則少於 200 個。

另一方面,一個快速充電器的原型 (prototype) 的開發時間需要 2–3 年,還要 1 年的時間來獲得所有標準的認證。最後,快速充電器的選址,建造和操作也需要多個政府單位的批准,因此時間和成本都會增加。

專注於建置直流快充站的充電樁業者 — EVgo 提供的 DCFC 快充站建置流程圖 (參考 直流快速充電佔號稱 NO1 — EVgo

資料來源:EVgo

綜合以上的考量,跟 Level 2 相比,兩者間的成本就會有很大的差距。拿最便宜的 50KW 的 DCFC 與最貴的 Level 2 商用充電樁相比,就會有 2 萬美元與 2500 美元的差別。

在建置 DCFC 充電站時,整體成本只會更高;在電動車普及率還不如汽車的現在,設立 DCFC 充電站的財務壓力就會更大。

資料來源:RMI

DCFC 充電站的成本結構
一座配置 2 個 150kW 的快速充電充電樁的充電站,主要成本項目為設備(Equipment)、開發 (Development)與營運 (Operations),占比依序為 35%、35% 與 30%。

資料來源:EVgo

設備(Equipment): 84% 的成本將來自於充電硬體

開發 (Development): 80%以上的成本都用於建築本身。

營運 (Operations)電力成本的比重約為 50%;其他成本包含維護、保固,網路信和客戶服務。

因建置成本高,回收又不易,令 DCFC 充電站數目遠低於 Level 2 充電站。

消費者對 DCFC 充電站的需求暴增,如電動車的可行駛里程數隨著電池容量的放大而增加,令 Level 1 與 Level 2 不能滿足新型電動車的充電需求,另一個解決方法,如何降低 DCFC 充電站的建置成本,如政府的補貼。

2021 年 03 月 31 日,拜登推出的 2.29 兆美元的《美國就業計畫》(The American Jobs Plan),其中有 6210 億美元要花在交通基礎建設,與電動車相關的預算高達 1740 億美元,並預計在 2030 年要在美國建立全國性的充電網絡,將包含 50 萬個充電樁。

資料來源:The Washington Post

白宮於 2021 年 04 月 22 日發布最新規劃 — FACT SHEET: Biden Administration Advances Electric Vehicle Charging Infrastructure,內容提到 50 萬個充電樁的預算金額為 150 億美元。

President Biden’s American Jobs Plan includes a transformational $15 billion investment to fund this vision and build a national network of 500,000 charging stations.

另外,DOT 表示,有機會提供額外的 419 億美元的預算;前三項約為 357 億美元(NHPP、STBG 與 CMAQ),皆與充電基礎設施的建設和安裝有關。

The DOT also issued a new report clarifying how its programs can be used for EV charging infrastructure. Many existing programs have this as an eligible use and this guidance can expand how many funded entities take advantage of that.

This could increase the use for EV charging infrastructure of $41.9 billion in federal grant funding in 15 specific programs.

DOT 發布的報告 — Federal Funding is Available For Electric Vehicle Charging Infrastructure On the National Highway System 可以看到,直流快速充電應該是政府補助的主要項目

(參考:直流快速充電佔號稱 NO1 — EVgo)

Because many such longer trips use Interstates and the National Highway System, DOT and its State partners have a unique opportunity to address this key challenge by using existing Federal funding streams to help build out a network of EV charging stations– and particularly DC (direct current) fast chargers — along our Interstates and other roads on the National Highway System.

資料來源: Federal Funding is Available For Electric Vehicle Charging Infrastructure On the National Highway System

畢竟說到底,直流快充還是長期的趨勢,與其慢慢將舊充電站更新,是不是直接新建最好最快的直流快充比較好,主要受益公司會是 Tesla 還是 EVgo呢?還是大家雨露均霑?

  1. Tesla,電動車龍頭在充電市場的布局
  2. 率先上市成功的充電樁企業 — Blink (BLNK)
  3. 直流快速充電佔號稱 NO1 — EVgo
  4. 美國 Level 2 充電樁市佔率 NO1 — ChargePoint
  5. 歐洲 Level 2 充電樁市佔率 NO1 ,可能也是全球 NO1 — EVBox。

--

--

BASM
BASM

Written by BASM

上市公司的選股 BASM 法則:「經營模式(Business Model)、假設 (Assumptions)、策略 (Strategy) 和管理(Management),簡稱 BASM」。 BASM法則可以預測哪家公司將會成長茁壯,創造傲人的股票報酬率。

Responses (1)