主動因應雙向充電的策略

作者：UL Solutions 能源暨工業自動化事業部首席工程部經理 Joe Bablo

電動車 (EV) 正全面加速全球邁向更潔淨行動方式的轉型。隨著 EV 銷量屢創新高 ── 僅在 2024 年即成長了 25%¹，所帶來的道路上持續加大之部署，正開啟了單純交通運輸用途以外的全新可能。諸如雙向充電 (bidirectional charging) 這類的新興技術，使 EV 電池變身為具彈性的能源資產 ── 如這些系統不僅可支援電網穩定、在停電時提供備援電力，並能為 EV 車主與車隊營運商創造新的收入來源。事實上，目前道路上所有 EV 的電池總容量，已超過部署於電網或建築中的所有固定式電池儲能系統 (BESS)。倘若能安全且可靠地將這些「行動式儲能」電力回饋至電網或其他系統中，將有助於降低溫室氣體排放、強化電網韌性，並為整個能源生態系創造價值 ── 從駕駛者、汽車製造者到公用事業與電網營運商。

雙向充電並非是一個全新概念。從電動車向外輸出電力的構想，即 EV 電力輸出 (EV power export, EVPE)，至少自 2005 年開始即已展開研究。² 這個較為廣泛之術語涵蓋了 EV 的各種能量放電模式，無論是車對電網 (V2G)、車對建築(V2B)，或是車對負載 (V2L)。2013 年，日產聆風 (Nissan Leaf) 成為美國市場中首款具備雙向充電能力的電動車。然而，十多年過去，EVPE 在實務上的應用仍十分受限。既然有如此之大的潛力，為何至今尚無法擴大規模呢？

什麼原因阻礙了雙向充電的普及化？

儘管整體的採用速度緩慢，EVPE 的應用 ── 尤其是車對電網 (V2G)，仍可見發展的曙光，特別是在車隊營運商之間。這些組織正可透過集中式車輛管理、潛在的成本節省，在某些情況下獲政府支持而受益。在美國，加州與紐約等州正積極推動整合 V2G 應用的校車電動化。例如，加州 Cajon Valley (卡洪谷) 聯合學區即計畫於 2027 年前，轉型為純電動、具備 V2G 功能的校車車隊，³以配合《加州議會法案 579》(Assembly Bill 579) 所規定的至 2035 年，所有新購入校車皆須為零排放車輛要求。⁴

在紐約州，2022 年通過的州預算案亦明文規定，自 2027 年起所有新購校車須實現全面零排放，並於 2035 年前完成全學區車隊的轉型。為支持長遠目標，紐約市在公用事業 900 萬美元的投資支援下，率先啟動 4 輛結合太陽能輔助且支援 V2G 的電動巴士試營運計畫。^5,6

對製造商而言，EV 代表著朝向「軟體定義車輛 (software‑defined vehicle)」的重大轉變，這與傳統內燃機 (internal combustion engine, ICE) 車型截然不同。因此必須從設計初期就得考量系統互操作性、網路安全與電池健康管理等關鍵議題，接著再有雙向充電的導入，更使系統來得更加錯綜複雜。要實現 EVPE，必須讓車輛、充電設備與整體電力基礎設施之間進行無縫協作，只是多數既有基礎設施在一開始的設計與額定能力上，並未將雙向電力流動納入考量。

若干目前限制 EVPE 大規模採用的關鍵挑戰：

1. 互操作性 (Interoperability) － EVPE 需要車輛、裝置、充電器與基礎設施之間的高度協作，不過由於這些設備往往是由不同製造商打造與運作，抑或受到不同地區的法規管轄，因此進而衍生出相容性問題。缺乏標準化通訊協定不僅使整合過程步履維艱，也使開發與營運成本大幅提升。
2. 連網資安 (Cybersecurity) － 隨著 EV、充電站與電網之間的連線日益緊密，潛在的資安漏洞也隨之增加。一次成功的網路攻擊，便可能危及單一車輛、癱瘓充電網路，甚至導致局部地區的電網停擺。因此，建立強健且具前瞻性的安全防禦機制，是保護實體系統與維護大眾信任的絕對關鍵。
3. 電池性能 － 雙向充電帶來了更頻繁的充放電循環，遂引發對電池劣化、續航衰退與壽命縮短的疑慮。此於是衍生出責任歸屬問題：若電網營運商或公用事業因控制能量流動時造成電池的損壞，修復或更換責任應由誰承擔？在缺乏明確的配套政策下，車主 ── 尤其是車隊管理者，參與的意願恐將大打折扣。
4. 補償機制 － 現行的能源市場多半採取向用電的消費者收費，卻缺乏公平補償用戶「供電」的機制。要讓 EVPE 得以擴大規模，車主需要的是對所輸出的電力獲透明且標準化的補償制度，尤其是在電力被用於穩定電網或削峰填谷時。

主動克服屏障的致勝策略

即便對大型跨國企業來說，要完善管理上述挑戰也並非易事。要解決資安威脅、互操作性缺口與性能疑慮，需要依據與技術創新及法規變遷同步調的標準，執行嚴謹的測試、評估、檢驗與認證。同樣關鍵的是跨產業合作。汽車製造商、公用事業、監管機構與技術供應商必須攜手對齊需求並加速創新。除此之外，有助簡化 EV 充電與能源管理系統的軟體開發，也將是可靠且安全擴展 EV 電力輸出的核心要素。

透過測試、檢驗與認證建立信任

安全，沒有妥協空間。測試、檢驗與認證可協助製造商、車廠 (OEM) 與充電營運商，證明其符合持續演進的標準與法規要求，同時，這類的遵循流程也能強化市場信任，並為產品開發計畫提供指引。

與雙向充電及 EVPE 相關的關鍵標準包含：

• IEEE 1547 (2018) 和 IEEE 1547.1 (2020) － 規範分散式能源資源與電網的併網要求
• UL 1741 － 分散式能源使用的逆變器、轉換器、控制器與併網系統設備專用標準，為認證逆變器、轉換器與併網設備的主要安全標準。也透過參用 IEEE 1547／1547.1 作為電網併網與電網支援性能的認證標準。
• UL 9741／CSA 348 － EV 電力輸出設備 (EVPE)標準，為車外 (offboard) V2X／EVPE 的主要安全標準。針對具電網輸出能力的 EVPE，亦要求必須依據 UL 1741 的電網併網／支援規範進行評估。
• SAE J3072 － 車載 (onboard)、可與公用電網互動之逆變器系統的併網要求，通常搭配通過 UL 1741 補充條款 C (SC) 的適用於 V2G‑AC 系統之併網系統設備 (ISE)，以自我認證方式實施。
• ISO／IEC 15118－規範 V2G 通訊介面，支援雙向能源傳輸。
• ISO／SAE 21434 － 汽車產品暨相關組織的資安指南，隨著 V2G 功能擴展而日益重要。

儘管汽車製造業仍普遍採用自我認證 (self‑certification)，但交由具公信力的第三方服務機構執行安全評估，絕對有助於提升產品的品質、加強消費者與監管機構的信心，並最終加速 V2G 的全面普及。

推動泛產業協作，實現優化的互操作性與標準化

EV 與 EV 充電設備代工廠、公用事業、電網營運商、監管機構、標準制定組織及終端使用者，皆在提升 EVPE 的發展之途有著舉足輕重的角色。採用如開放充電點協定 (Open Charge Point Protocol, OCPP) 等開放標準，將可望更有效促進多樣化系統間的互操作性。⁷

• ISO 15118／IEC 15118 － 這本共同制定的 V2G 通訊標準，要求智慧充電、身分驗證與雙向電力流動等核心功能。
• GreenPHY (HomePlug) － 用於國際常見的組合充電系統 (Combined Charging System, CCS) 充電接口的通訊協定，支援 EV 與充電站之間的智慧資料交換；許多車廠亦採用 NACS (北美充電標準) 實現類似功能。

一致且經過調和，並獲全球認可的標準，能有助於降低開發與認證成本，加速市場進入並推動技術部署。同時，類似校車車隊試辦這樣的協作示範專案，也能為新技術提供了最佳的實證場域，幫助及早揭露技術障礙、法規缺口與實務整合挑戰，為更高效、更廣泛採用 EV 電力輸出鋪路。

以安全為核心的服務與軟體

雖然許多 EV 製造商會在內部進行安全檢驗，但第三方測試與評估能仍有助於進一步簡化法規遵循流程，並提升產品完整性。對於 V2G 這類的新興技術而言，獨立驗證不僅是滿足監管要求的手段；更是建立消費者對安全與資安信任的最大關鍵。駕駛者亦需獲得保證，以確信這些互動不會影響車輛性能或使用壽命。

UL Solutions 的安全測試、評估與驗證服務，結合了專為支援產品全生命週期而設計的軟體 ── 能從早期設計開發到部署及後續階段予以全方位支援。

由於 EV 高度依賴先進軟體，在開發初期即導入完善的軟體策略，能協助製造商與 OEM 自動化文件作業、對應關鍵流程，並簡化稽核或檢驗作業，以有助於避免日後發生所費不貲的重新設計或延長測試週期。

為轉型中的產業提供變革性服務

能源轉型並非僅靠創新驅動，其更建立在信任之上。由於雙向充電技術仍有極大的未開發潛力，若要擴大採用規模，勢必需要整個生態系齊心協力。製造商、OEM、監管機構與終端使用者必須共同建立並維持大眾對 EVPE 安全性、可靠度與長期價值的信心。

隨著 V2G 的採用日漸普及，新的挑戰與商機勢必會跟著浮現。惟透過主動解決互操作性、資安、電池性能與消費者保護等核心議題，並善用持續演進的測試與認證框架，利害關係人才能得以加速進程。如此不僅能支援電網韌性與去碳化目標，更有助於在潔淨能源經濟中創造新的商業模式與收入契機。