隨著電動車市場的興起，也帶動了電動車供應設備(EVSE)需求的快速成長。無論是為駕駛提供更便利、安全的充電體驗，或是為營運商及電力公司提升充電站的管理效率，甚至是提供加值服務，無線通訊技術都將扮演重要角色，以實現汽車與充電站之間的前端通訊， 以及充電站與雲端之間的後端通訊。
圖1 EV充電站系統解決方案
成長中的電動車充電設備市場
在全球各地，電動車正如火如荼地發展。由於電動車能減少對環境的衝擊、並具備較低的營運和維護成本，同時，在政府補貼政策的推動下，越來越多的個人和企業開始選擇電動車(EV)，而不是傳統的燃料汽車。
據估計，到2030年，全球大概會有1.36億輛電動車。儘管就整體汽車市場來看，電動車的比例仍低，但由於汽車共享計劃、計程車車隊和租賃汽車等採用電動車的比例較高，它們所累積的里程也會比傳統燃料車輛成長得更快。
但是，要在成本、舒適性和便利性方面與燃料汽車競爭，電動車產業還有許多挑戰尚待克服。其中，充電站的廣泛部署便是一個重要環節。隨著電動車產業的興起，電動車服務設備EVSE市場也開始蓬勃發展，並帶動了電動車充電樁需求的興起。根據ABI Research的預測，隨著家庭、工作場所、商業和公共場所以及路邊加油站的供應擴大，EVSE市場預計將在2021~2030年享有36%的年複合成長率。
圖2 基礎到中階平台的EVSE解決方案
無線連接成充電樁便利/效率關鍵
預計到2024年，會有58%的充電樁將透過採用蜂巢式或Wi-Fi技術，來實現無線連網功能。於此同時，藍牙也將在電動車充電解決方案中占有一席之地，使它們更具便利性及互動性。
透過使用Wi-Fi、藍牙和蜂巢式技術在電動車、用戶和充電基礎設施之間進行無線通訊， 可使充電站具備更豐富的功能性。對EVSE供應商來說，好處可能更大，他們能深入了解其基礎設施的狀態和性能，以最佳化充電時間、功耗和成本，並在設備出現故障之前，識別和修復故障設備。
此外，若是在商業或住宅大樓，有許多充電樁同時部署的情況下，還能利用無線通訊進行尖峰負載與動態負載管理，以提升其安全性。與此同時，無線通訊也可望帶動一系列針對使用者的新服務，例如連接使用者的資訊娛樂系統、提供有關充電基礎設施的資訊、簡化和保護計費等。因此，藉由無線通訊技術的導入，Wi-Fi和蜂巢式技術正在成為連接到雲端，以實現智慧控制充電過程的最有效解決方案。
隨著電動車數量的增加，其功能也將不僅僅是做為運輸工具而已。試想一下，城市中眾多電動車的高容量電池將可以構成一個龐大且分散的電力儲備網。最終，電動車將成為本地能源管理系統中的重要一環，在能源生產過剩的時候儲存能源，並在用電尖峰時為大樓建物和住宅供電。因此，可靠和安全的無線通訊連接，包括從車輛到電力公司的雲端能源管理系統，對於充分發揮現今和未來的EV潛力至關重要。
EV充電基礎設施日益多樣化
由於充電樁將在住宅及公共場所廣泛部署，在不同的應用與服務需求推動下，將使充電樁朝多樣性發展。隨著安裝型態與商業模式的不同，將需要採用不同的網路拓撲與聯網技術。
以旅館、賣場或辦公大樓設置的商用充電站來說，除了需要點對點通訊把充電站連結至雲端之外，也有可能採用多座充電站以網格網路方式來建置。而在住宅中，則可把充電站連結至家庭閘道器。另一種新興的可攜式充電裝置，除了連結至雲端，還能導入定位技術，以支援裝置追蹤與防盜等功能。
由於充電樁的使用情境各異，因此在設計時需考慮不同的聯網頻寬需求，雖然大部分的使用案例都僅需要小於100KB的低數據傳輸量，但是有些充電樁會依提供的加值服務，配置不同解析度的螢幕，因此也必需考慮其多媒體效能的需求。此外，安裝的位置也會影響無線通訊技術的選用，例如放置在地下室的充電樁，會影響蜂巢式訊號的傳輸。這些因素都是在為充電樁導入無線通訊技術時，須完整考量的。因此，整個EV充電生態系統將越來越依賴無線通訊技術，除了簡單地為車輛充電之外，還能帶來新的使用案例並實現新的商業模式。
圖3 中階到高階平台的EVSE解決方案
EV充電站系統解決方案
如前所述，在實現智慧控制充電的過程，需要建置充電站和EV之間的前端通訊以及充電站到第三方雲端服務的後端通訊。其中，前端通訊包括無線充電站和車輛之間的所有有線和無線通訊，主要是監測和控制EV充電的過程和交換訊息；而後端通訊則包括無線充電站和家戶/建築能源管理系統之間的數據傳輸。整體功能架構如圖1所述。
Wi-Fi、藍牙和蜂巢式這三種無線通訊技術，都將在EV充電過程發揮一定的作用。由於無線通訊技術的易用性，因此對於打造更方便好用的使用者體驗至關重要。其中Wi-Fi是最常用的無線通訊技術。與第三方雲端服務的後端通訊可以使用Wi-Fi或蜂巢式通訊。例如，蜂巢式技術常用於汽車和共享電動腳踏車、電動滑板車的公共充電站。至於藍牙，由於它在行動裝置上的普及，因此非常適合供技術人員進行初始配置和日後維護之用。
以下為兩種EVSE解決方案之範例：圖2是適合基礎到中階平台的EVSE解決方案，使用u-blox SARA-R5 LTE-M模組透過蜂巢式網路與雲端平台連結，並用ANNA-B4藍牙低功耗模組與本地網路設施連結。
若要傳輸較大量資料時，則可用圖3的中階到高階平台架構，使用LENA-R8 LTE Cat.1模組與雲端平台連結，MAYA-W160 Wi F i/藍牙低功耗模組與本地網路設施連結。
針對蜂巢式技術的選擇，因其可提供簡化的身份驗證，是無線通訊連接的最佳形式，可為Wi-Fi與本地閘道器之間缺乏連續連接的公共和私人充電站建立彈性的端到端連接。至於蜂巢式技術的選擇需取決於使用案例對頻寬和覆蓋率的要求。雖然目前2G和3G普遍獲得採用，但LTE-M和LTE Cat.1可望成為未來的主導技術。
而且，如何確保數據傳輸的安全性，也是一個重要考量。以具備IoT SaaS功能的u-blox SARA-R5 LTE-M模組為例，由於建置了真正的端到端安全性，使數據傳輸從裝置到終端使用者都受到保護，不論是中間節點/平台或服務供應商都無法接觸到傳輸數據，並可連接到u-blox Thingstream IoT 雲端平台，以加速產品開發，並縮短上市時程。
此外，LENA-R8則是LTE Cat.1模組平台，也同樣可以透過Thingstream平台，提供開箱即用的MQTT Anywhere和MQTT Flex服務，以低功耗、低成本的連接實現全球隨時隨地的無縫漫遊。
特別要補充說明的是，建置後端通訊時，EV充電站需要可靠且安全的通訊骨幹網路與雲端平台連接。MQTT是訊息佇列遙測傳輸(Message Queuing Telemetry Transport)的縮寫，已與專為滿足感測器網路需求所打造的MQTT-SN一起成為廣泛運用於IoT應用的數據傳輸協定。
MQTT是針對功率和頻寬要求較低的受限環境設計的，利用代理伺服器(Broker)把訊息從一台裝置傳送到一個或多個其他裝置。為了實現可靠的機器對機器通訊，使用者可以根據其應用程式的特定需求來設定服務品質(QoS)。Thingstream的MQTT Anywhere服務便是透過在2G、3G、LTE 和LTE-M網路上傳送MQTT-SN訊息，是一種安全、且低成本的數據傳輸方式。
另一方面，在前端通訊方面，Wi-Fi則是比較適用的選擇，對於現今頻寬要求不高的應用，Wi-Fi 4可提供足夠的效能並能降低成本。未來，當有大量車輛爭取有限頻寬頻時，可移轉至可靠性較高的Wi-Fi 6。
發展商業模式助充電服務落地
隨著電動車市場的蓬勃發展，勢必將帶動EVSE的廣泛部署。為了更優化用戶的充電體驗，無線通訊技術將在連接充電站和電動車以及控制充電過程方面發揮重要作用，並可望實現輕鬆找到免費充電站、簡化計費以及提供各種其他加值服務的新商業模式。面對此新的市場需求與動能，開發人員應針對充電站的使用情境與應用需求，謹慎選擇適切的無線通訊解決方案，才能加速產品開發，掌握商機。
(本文作者為u-blox短距離無線電產品戰略部門資深產品行銷經理)