整合於先進讀表基礎建設之電動車輛充電監控策略之研究白富升黃冠傑國立臺南大學電機工程學系國立臺南大學綠色能源科技學系摘要本文旨在研究電動車之智慧型充電系統，本文以Zigbee無線網路為通訊媒介，並將電動車之充電能量建構在整合智慧型電表及電力通訊網路的需量反應控制上。本文同時在傳統電池之均充、浮充充電法中加入定功率控制機制，以利準確掌握家庭高用電器具之用電量。而為評估掌握本文所提方法的可行性，本文已於實驗室完成一雛形電路，經由實際電路測試證實，本文所提方法確實能於必要時，有效的控管電動車之充電功率，相關研究心得與經驗應可提供電力從業人員進行相關策略研究時之施行及參考。關鍵字：先進讀表基礎建設、ZigBee無線網路、充電器壹、前言在節能減碳、永續經營家園的社會氛圍下，對於大眾運輸工具上的發展，利用電動馬達取代傳統之燃油引擎及油氣壓驅動方式，實為一具體可行之國民節能減碳方案，此發展主要起因於傳統燃油車輛為達到高性能表現，引擎均以最大動力需求量設計，但這也使得引擎在怠速時效率表現不佳，然而一般都會行車常以低速前進，以致引擎長期運轉在效率較差的區域，其衍生的問題除能源浪費外，所排放的廢氣更會造成嚴重的空氣污染。因此許多歐美先進國家，其政府及汽車大廠先後投入大量的研發經費，期可在電動車輛上尋求技術的具體突破與發展，例如日本豐田公司目前主攻油電混和車與純電動車之發展，燃料電池車則受到賓士等歐洲主要車廠的普遍注意。今權衡國際電動車輛產業分工上的比較利益與現實狀況，台灣在電動車輛上之馬達、變頻驅動器與充電器等關鍵組件具完整的工業基礎及明確的國際定位，使得台灣發展電動車輛亦具有相當之優勢與潛力。基於上述社會經濟背景，如從技術層面予以分析，則目前電動車輛在設計上的主要瓶頸在於蓄電池之續航力較差及充電速度緩慢等問題，其中電動車在加強馬達驅動電路與儲能系統之電性匹配後，電池放電效率已可提高，同時再輔以適當回收減速動能之設計，未來其行車續航力問題可望獲得逐步的改善及解決。而面對此一工程技術上的發275展，未來電動車輛之市場銷售數字勢必具備可觀之爆發力，然而此一市場趨勢卻也招致包括美國在內之多個先進國家電力公司的憂慮，電力公司主要考量為如多數消費者下班回家，家用電器及空調電源多處開機狀態，此時如再加上其為電動車輛進行充電，則家庭電力需量便會急劇增加，除可能影響用電之安全外，並會同時增加輸電網路的電力負擔[1-6]。今如以目前市電可見之充電型電動車輛（plug-inhybridelectricvehicle）設計為例，其電池儲能能力約為1到30kWh之間，此時若以5小時電池充滿電為估計，每輛車之平均充電功率約在0.2-6kW，取平均功率3kW計算，則每十萬台電動車輛將增加300MW之用電量，其約佔一大型火力發電機機組一半以上之發電量[1,2]。茲如進一步以台灣電力系統約30GW之容量粗估，電動車輛之充電負載雖僅會增加整體電力負載之數個百分點，然而隨著鋰電池材料之改良，以增加電池內之集電材銲接點及降低內部極片厚度之新磷酸及氧化鋰鐵電池已成功引導鋰電池提高導電速率，並使鋰電池即便處於高速充、放電環境時，仍可維持低內阻電池特性，此亦代表著未來可承受數十安培高速充電之電動車輛將具市場具體施行的可行性，換言之未來標榜2小時以下可充滿電之電動車輛將因其便利性而大為風行，且成為電動車輛市場之主流。面對此一趨勢，如以用電環境評估，電動車輛之瞬間將以平均高達7.5kW之電力高速充電，此時位於人口密集之集合式住宅社區即可能由於太多車輛同時充電，使得區域配電系統瞬間大量加載，進而導致配電系統電力過載或發生頻率、電壓驟降等電力暫態現象。同時對於單一家庭而言，目前單一住宅可提供之用電餘裕是否足夠供應電動車輛快速充電所需的電流量，是否衍生家庭用電安全之問題，相關議題皆尚待電力相關從業人員予以審慎評估考慮。今拜電力通訊技術的逐漸成熟發展，智慧型電網已被視為未來供電業者與用戶電力設備間的電能與資訊雙向溝通的主要媒介，而形成智慧型電網的關鍵乃在於各系統間資料通訊鏈之確實整合，並藉由即時電力數據交換，使得整體電力系統的控制操作更具靈活與彈性，最後裨益於提升電力業者之運轉效率及經濟收益[7-9]。而先進讀表基礎建設於智慧型電網之施行中，更具有其高度重要性，如與自動讀表相較，則AMI可視為整合智慧型電表(SmartMetering)、通訊系統、電表資料管理系統及相關應用程式所組成的雙向通訊設備，亦即與每個智慧型電表均可作雙向溝通，並可記錄儲存用戶每小時或每日之用電資訊，同時亦可與家庭自動化需量反應與負載控制等新興資訊技術相結合，因此若能應用目前最新穎之自動電力讀表技術，