在節能減碳概念的推波助瀾下，電動車技術的發展突飛猛進，成為汽車業者兵家必爭之地。目前馬達技術已屆成熟階段，高功率電池技術亦逐漸可因應市場化的需求，而隨著電池的大電流高功率的充放電性能提升，充電技術成為電動車系統設計的瓶頸。油料可以快速添加，充電技術卻難以擺脫歐姆定律與能量守恆的限制。當快速充電系統要負荷巨大的電壓與電流時，衍生的問題包括：充電介面是否過熱、電池能否接受快速充電而不會產生過熱或爆炸的危險等。快速充電的安全與成本儼然成為目前這一波電動車浪潮的成敗關鍵；掌握快速充電的技術，將成為電動車系統業者開疆拓土的利器。

電動車技術的進展

電動車的發展可以追溯到1828年，匈牙利人Ányos Jedlik將一個小型馬達裝在模型車上開始；1835年，荷蘭人Sibrandus Stratingh教授採用了一次性電池（不可充電）做為電動車的動力來源；而法國人Gaston Plante於1865年利用二次性電池（可充電），至此奠定電動車的主要動力技術架構，沿用至今。

電動車動力架構雖推出已久，但受限於充電速度緩慢，即便是使用電池交換更替的模式亦有其相當的困難度，因此至今尚未能廣泛應用。一般而言，加滿20公升的油箱也只要一兩分鐘，充電速度要改善到什麼程度才能提高使用者的意願？

對此，日本的ChaDeMo聯盟即號稱要在一杯熱茶冷卻之前（15分鐘）達到充電80%以上的目標，企圖以快速充電以減少電池容量（75KWH）與充電時間，降低社會大眾的距離焦慮感（Range Anxiety）。

快速充電系統面臨的安全挑戰

為了簡化充電時間的估算，先假設電池充電曲線為線性（然而大多數電池均非如此，如下圖一，充電時間僅跟充電的電壓與電流有關。在此假設下，可從現有的電力來源進行不同配電系統的充電時間估算：

《圖一 典型的電池充放電曲線實例》

採用最簡化的計算模式，如果想要在15分鐘內完成75KWH的充電，平均充電功率通常要提升到300KW以上；若採用600V做為充電電壓，則通過電流就要達到500A以上（W=VA）。如果採用2公尺長，直徑一公分的銅導線做為傳導線（重量約為1200g，電阻約為0.004275Ω，比熱約為3.845 kJ / kg *K），15分鐘內因銅導體電阻而產生的熱，就足夠使銅線溫度上升超過1000度。

以大型百貨公司的配電契約容量來看，最多也不過4500KW，在沒有擴增契約容量的情況下，若要讓十台的電動車進行15分鐘的快充，意謂著約三分之二的設備要停止運轉15分鐘。為了避免電池受到大電流與高溫的破壞，目前高功率型電池的安全充電速度大約是放電速度的3-5倍，以一般的中型房車動力約為100匹馬力，搭載75KWH電池，在放電速度設定為10小時的情況下，充電時間仍需2-3小時。因此，若要加速到15分鐘，勢必面臨著電池散熱、降低內電阻或更換電極材料的難題。

換言之，要提高充電系統的充電速率，就必須先解決充電系統與電池的安全問題：

充電系統

電池

快速充電系統的安全性評估

更進一步來看，影響快速充電系統安全的關鍵即在於操作溫度與人員觸電。車輛系統的操作溫度、馬達運轉的電磁波、高揮發性有機物的環境、車輛震動、戶外的水氣等皆會引發導電的危險；而紫外線照射與泡水、對塑膠絕緣材料的破壞等，又將深化溫度與觸電問題。

目前電動車用電池安全標準草案UL Subject 2580、車載/車外充電器標準UL 2202、充電設施安全草案UL Subject 2594與UL 2251 充電系統用連接器標準等，皆是考量上述幾項因素，對快速充電系統進行安全性的評估。舉例來說，電池與充電系統的搭配測試、絕緣電壓測試與連接器絕緣材料的選用等，都是典型的測試與安規重點：

UL Subject 2580電池與充電系統的搭配測試

將完全放電的電池組放在溫度設為電池組上限充電溫度的箱體中。當電池組的溫度穩定之後，對模組以額定的極限充電條件進行充電。充電時要監測每串的電流與電壓。對於溫度敏感的元件如電池芯等都要進行溫度的監控。在箱體中的溫度達到穩定，電池組完全充飽電後，還要依據額定的放電條件進行放電，放電過程中，也必須監控模組與電池串的電壓與電流，同時對溫度敏感的元件如電池芯等進行溫度監控。至於充放電過程中所測量到的溫度，則不可高於電池或是零組件的額定操作溫度。

UL Subject 2580電池的絕緣電壓測試

額定電壓高於60伏特直流電的電池，應該要用1000V加上兩倍額定電壓的交流絕緣電壓，對電池的所有絕緣材料進行測試；電壓則可透過電池本身的不帶電導體，或利用金屬箔做為電極。測試過程中，要跳過半導體控制元件，各個電池芯也不可以彼此連接。測試電壓必須持續1分鐘，絕緣材料在測試過程中或測試完成後，不得產生介質崩潰的狀況。

UL 2251對於連接器絕緣材料的防火等級要求

在適用於800安培與600伏特交流電以下的線路時，絕緣材料的防火等級必須同時符合下表一的要求；如果充電條件超過800A或600VDC時，耐火等級就要向上修正。

除了UL Subject 2594與UL Subject 2580以外，其他必須特別注意的相關零組件標準尚有：

新技術的發展與挑戰

原本做為快速放電驅動馬達的超級電容（Ultra-capacitor），因為高速充電與高能量密度，一度被視為是電動車儲能系統的最佳獨立方案。然而獨立的超級電容儲存電能時間不到一天，實用性仍有待加強。

但若能參考CPU與DRAM利用CPU內的L1/L2快取進行資料存取速率調節的觀念，可將超級電容與電池串並聯，利用超級電容快速取電後離去；在行進間或停止後，超級電容利用低速度對電池進行二階充電。如果要持續行駛，電力可直接由超級電容供應，透過先進的電源管理系統配置，將有機會突破電池受制於充電速度的瓶頸。由於降低對充電時間的依賴，也降低了對電池的續航力要求，電池體積可以下降以容納超級電容，達到動力系統容積不變的目的，讓電池設計不需因應高功率要求而犧牲容量。

更快速的充電代表必須提高充電時的電流與電壓，卻也存在更多的安全疑慮。UL標準提供了設計上的安全準則，透過標準要求，讓新技術不斷推陳出新的同時，亦能考慮到基本的安全問題。