在印度標準局(BIS)、印度汽車研究協會(ARAI)、能源效率服務有限公司(EESL)等組織的協助下；印度政府已公布充電站的技術規格，此外AC-001、DC-001等原始標準也已經完成開發，並在特定地點部署充電站；除了低功耗AC和DC-001之外，最新規範也要求充電站必須配備多種規格的充電器，也就是AC Type 2、CCS和CHADEMO。不過這些系統完全仰賴電網供電，會因主要都會和半都會地區建物的供給而受限，而且電網是否準備充分足以應付這些額外負擔，也都還是問題。
而這就是太陽能與儲存裝置可以切入的領域，不但可補足電網不足，還能在全國各處可行地點獨立作業。所幸印度已成功部署太陽能，且因地理條件，太陽能資源十分充足。一次性的安裝與資本支出可順利運轉至少20到25年，投入的資金只需短短幾年即可回收，之後的能源輸入便都形同免費。
接下來將介紹一套可行的實作方法，來運用、儲存太陽能並將其應用於電動車的充電；本文還會略為提到能源的運用和儲存方法、分散式電池管理、能源轉換與連結，都是模組化、可擴充之太陽能驅動電動車充電站的基本要素。
圖1為常見由太陽能驅動之電動車充電站實作的配置圖，主要元素均可一目了然。
至於使用者的部分，基本上為終端使用者會用到的功能。資訊的交換和使用者互動都是在這裡進行，通常包含一個具備觸控感測功能的TFT螢幕、供驗證或支付用的NFC讀卡機，有時或許還有藍牙介面以提供更先進的功能；車輛可實體連接任何一種輸出埠─供小型車和電動三輪車使用的AC慢充、特定等級車輛的AC快充，以及DC快充。使用者必須驗證自己的身分、設定偏好的充電方式，並且等到充電完畢。不過越深入其後的功能越複雜，因為都由中央控制器所控制和監控，所以會牽涉到許多不同的模組。
三供電來源共構能源管理系統
這套系統有三種供電來源。首先最重要的就是太陽能板，規模分析並不在本文討論範疇內，但一般來說每小時最少要有數千瓦(Kilowatt)。太陽能板的額定輻照度通常在每平方公尺150W。太陽能板饋給的對象為最大功率點追蹤(MPPT)模組，這是一種直流對直流(DC-DC)的功率轉換器，內部可執行最大功率點追蹤運算法。一般來說這些裝置效率都非常高，電效率超過98%，其通常是多相的交錯式降壓或降升壓轉換器，輸入和輸出端都只要幾百瓦就能運轉。裝置可以隔離也可以不要，但因為法規或安全因素，大部分系統都會進行電氣隔離。它的輸出對象則是一個通用的直流匯流排，可從這裡將下游能源提供給負載，而系統可採類比、完全數位化，或混合類比與數位控制。
第二種來源是電網，其並非必要供電來源，因為目的是使太陽能的利用最大化。不過在供電斷斷續續，或日照不足以提供全年或特定季節運轉的地區，電網就有助於滿足需求，因為系統基本上是一種太陽能儲存裝置，因此也可以利用系統本身在尖峰時刻補足電網之不足，或利用雙向的併網逆變器，擔任太陽能發電場的角色。若有適當政策將太陽能發電場或自用電廠所產生的電力輸出給電網，並採用淨計量電價的模式，就同時可以達到兩用效果。
第三種來源，同時也是接收/儲存點，則是電池。最近的趨勢是利用電池續航力高的鋰電池來快速充電，放電深度與容積效率都非常高，也可以將電池放在地底下以節省建物空間。這些鋰電池組件會以適當的串並聯組合放置，並分為好幾個組列。
電池的末端有一個接線盒，以及同時扮演監督者角色的終止裝置。每個電池都有一個資料埠，通常為CAN或RS485，都以菊環鏈模式輸出到終止裝置，終止裝置就能從最頂層了解每一個電池、組列或整個蓄電池組的健康狀態─這基本上是一種資料集中器和交換裝置，讓電池組件連接或中斷電路。此外，其還能和中央控制進行通訊，決定電池要充電還是放電。
圖2很清楚描繪出電源系統的架構，這是一種模組化的系統，可擴充到適當規模，模組通常都可擴充，每個3~5kW且搭配通訊匯排流，多半是CAN或MODBUS/RS485。中央控制器隨時都可以根據功能需求來配置模組—無論是充電管理、負載管理或診斷檢查。中央控制器內部經過布建可偵測能源使用狀況，基本上就是每小時消耗、儲存和產生/輸出多少kW的電力；同時還能與工業標準的電度表通訊，達到計費、費率設定等目的。
SiC提升電源轉換功率密度/效率
DC-DC轉換器模組接收DC匯流排的輸出。依照連結的車輛種類，還有與車輛電池管理系統規定電壓和電流相關需求，中央控制器會將DC-DC轉換器配置到通訊匯流排，這種選項通常用在DC快速充電，還可同時搭配多個DC-DC轉換器模組以達到負載。
DC-AC逆變器也是接收DC匯流排的輸出，但專門用於只能接受AC充電或一般慢充應用的車輛。這種雙向的逆變器可達到兩種功用：一是對DC匯流排輸出以滿足需求，二則是當充電站處於空轉狀態，抑或尖峰時段必須利用充電站來補強電網不足，便可反向對電網輸出電力。目前任何一種電源轉換模組的關鍵效率指數包括下列兩項指標：
．高效率
端對端>95%，為現今已經可以實現的數字。
．高功率密度
有助於縮小系統體積，因為建物空間是主要部署成本之一。
以上兩點都可以藉由先進的晶片技術達成。寬能隙(Wide Band Gap)半導體，尤其是碳化矽(SiC)元件，能在高切換頻率、更高的接面溫度下運作，而且效率更高。除此之外，還可自動縮小磁性元件和電容器等被動元件的尺寸。因為有更好的磁性元件材料，在設計上得以縮小體積並降低耗損，因此可以處理更高的功率。
中央控制器四功能確保穩定充電
中央控制器為充電站的大腦，功能包含最基本的使用者/訂戶的辨識及互動，甚至是確保車輛以最適方式充電，結合高效能運算、聯網與感測功能，功能強大。主要功能如下：
．使用者身份與支付
就使用者而言這是最常見的功能，透過智慧卡、一次性密碼(OTP)、支援NFC功能之手機，甚至藍牙執行。所有次要系統都由面板的微處理器/微控制器(MPU/MCU)控制。
．電源管理
這是充電站最重要但也最不顯眼的部分。系統控制器會持續監測電源情境：也就是供與需，接著決定如何從供應端滿足需求。無論光靠太陽能是否足以供應負載，或必須結合太陽能和儲存的電力，又或是同時需要從電網提供部分輸入。有些情境下可能會出現供給過剩或需求過高的狀況，其有足夠的智慧功能，可透過更改上述各種電源模組的設定，根據實際狀況傳送電力。
．聯網功能
最新的充電站和相關部署，都必須連上雲端以進行遠端監測及控制；且必須定期與中央管理系統(CMS)對話、回報轉移狀況、參數、診斷結果和運轉數據；同時需要接收來自中央管理系統的運轉指令及設定。因此目前已有多種聯網選項，包括有線及無線。3G/4G、Wi-Fi、乙太網路，甚至是LoRa，都已經用來進行遠端監測。
．保護、診斷和回報錯誤
為了防止故障，系統具有動作迅速的保護機制，會因為大浪或雷擊等外部事件、運轉方面的問題、意外或刻意的誤用/濫用，或者是短路、超溫或過電壓/過電流狀況而驅動。為持續降低運轉成本並將故障時間減至最低，系統會自動回報可能經常發生的問題。模組化的建構方式讓系統可以準確指出現場有哪個故障部分必須更換，這樣技術人員就能在抵達現場前做好準備。
以上簡單介紹太陽能電動車充電系統部署方式。讀者可以到位於印度諾伊達(Noida)的意法半導體印度開發中心，體驗可行的解決方案和各種子模組，也可以根據OEM代工業者的個別需求提供客製化的設計。電子行動和電動車的充電基礎架構是關鍵的焦點領域之一，相關研究也正如火如荼進行，希望解決上述所有功能模組的高效率問題。目前已有端對端晶片可讓電動車充電站得以成真，還有許多設計參考架構加速產品上市時間。
(本文作者任職於意法半導體)
