以無線通訊管理電動車充電樁　提升用戶體驗、安全性及營業效益

隨著電動車產業的興起，電動汽車服務設備（EVSE, Electric Vehicle Supply Equipment）市場也開始蓬勃發展，並帶動了電動車充電樁需求的興起，而利用無線通訊也可望帶動一系列針對電動車充電樁使用者的新服務。
 
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，電動車持續快速成長。儘管就整體汽車市場來看，電動車的比例仍低，但由於共享計畫、計程車和租賃汽車等採用電動車的比例較高，累積的里程也比傳統燃料車輛成長得更快。
 
無線通訊將帶動充電樁使用新服務

隨著電動車產業的興起，EVSE（Electric Vehicle Supply Equipment，電動汽車服務設備）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、商業、公共場所以及路邊充電樁的供應擴大，EVSE市場預計在 2021～2030年將有36%的複合年成長率。
 
除了充電服務，無線通訊也可望帶動一系列針對電動車充電樁使用者的新服務，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。
 
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樁連結至雲端之外，也有可能採用多座充電樁以網格網路方式來建置。而在住宅中，則可把充電樁連結至家庭閘道器。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。
 
無線通訊技術選用關鍵：頻寬、位置

由於充電樁的使用情境各異，因此在設計時需考量不同的連網頻寬需求。雖然大部分的使用案例都僅需較低的數據傳輸量，但是有些充電樁會提供額外的加值服務，因此必需考慮其多媒體效能的需求。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，整個電動車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。
 
電動車充電整體功能架構如圖1所示，前端通訊包括無線充電樁和車輛之間的有線和無線通訊，主要是監控電動車充電的過程和交換訊息;而後端通訊則包括無線充電樁和家戶／建築能源管理系統之間的數據傳輸。


 
無線通訊技術所具備的易用性，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樁。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。
 
充電樁設計，數據傳輸安全是要點

由於無線通訊系統架構複雜程度高，用戶成分也是錯綜複雜，網路安全管理包含設備與資料保護是刻不容緩的要點。充電樁的設計必須考慮到：

• 初始充電樁配置
• 裝設配置管理
• 基礎設施監控
• 數據隱私管理
• 預測性維護

在後端通訊部分，確保數據傳輸的安全性是很重要的考量。以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，其安全設計架構如圖2所示。
 

 
SARA-R5是使用額外的組件來進行安全存儲和做為安全處理環境，該晶片是一種所謂的安全元件（SE, Security Element），它源自智慧卡技術，並通過CC EAL5+認證。SE以軟體堆疊方式做為SARA-R5 MCU的安全夥伴，用於透過Internet進行安全的端到端通信。
 

 
安全元件的工作原理是使用SARA-R5模組作為物聯網設備的信任根（RoT, Root-of-Trust），其信任根包含一個不可變的設備身分，包括相關的密鑰，允許在物聯網通信網路中對設備進行強力的身分驗證。也可用作安全啟動和安全設備管理的信任錨，例如安全韌體更新或通過基於雲端的IoT-Security-as-a-Service重新配置。儘管設備身分僅分配一次並且在其生命週期內保持不變，但需要由可信機構（CA, Trusted Authority）頒發的公鑰證書，並在專用公鑰基礎設施（PKI, Public Key Infrastructure）內管理，以確保物聯網中的設備能夠識別網路;並在設備生命週期（添加、撤銷、更新、更改）期間持續管理這些證書，包括在設備自動更新（配置）時，這些證書都是必要的。另外，在準備將設備加入Amazon AWS或Microsoft Azure等通用的物聯網雲端時，相同的證書生命週期控制服務也可繼續使用。
 
結語

EVSE充電樁應用必須高度滿足使用者，才能提高業者的營業獲利。選擇解決方案時，首先務必優先考慮通訊的穩定性，尤其是射頻接收的抗干擾性以及嚴苛環境下的操作性。此外，防止駭客入侵以避免無法確定的風險更是必要之務。最後，由於架構於無線通訊網路上的高度物聯網複雜性，也可考慮使用業界既有的通訊即服務（CaaS, Communication as a Service）或是安全即服務（SaaS, Security as a Service），例如u-blox的Thingstream IoT雲端平台服務，來解決開發時效、及時可用性與維護成本等問題。