Тенденция за развитие на новата индустрия за модули за зареждане на енергийни превозни средства

1. Преглед на развитието на индустрията за зарядни модули

Зарядните модули са ядрото на DC зарядните стълбове за превозни средства с нова енергия. С нарастването на проникването и броя на превозните средства с нова енергия в Китай, търсенето на зарядни стълбове се увеличава. Зареждането на превозни средства с нова енергия се разделя на бавно зареждане с променлив ток и бързо зареждане с постоянен ток. Бързото зареждане с постоянен ток има характеристиките на високо напрежение, висока мощност и бързо зареждане. Тъй като пазарът се стреми към ефективност на зареждане, пазарният мащаб на DC бързите зарядни стълбове и зарядните модули продължава да се разширява.

2. Техническо ниво и характеристики на индустрията за модули за зареждане на електрически превозни средства

Новите модули за зареждане на електрически превозни средства в момента имат технически характеристики като висока мощност на един модул, висока честота, миниатюризация, висока ефективност на преобразуване и широк диапазон на напрежението.

По отношение на мощността на единични модули, индустрията за нови зарядни модули с енергия е преживяла разработването на основни продукти от 7,5 kW през 2014 г., постоянен ток 20A и 15 kW през 2015 г. и постоянна мощност 25A и 15 kW през 2016 г. Настоящите основни приложения на зарядни модули са 20 kW и 30 kW. Едномодулни решения и преобразуване в нови едномодулни решения за захранване с енергия от 40 kW. Високомощните зарядни модули са се превърнали в тенденция за развитие на пазара в бъдеще.

По отношение на изходното напрежение, Държавната електропреносна мрежа (State Grid) издаде версия от 2017 г. на „Стандарти за проверка на квалификацията и способностите на доставчиците на зарядно оборудване за електрически превозни средства“, в които се посочва, че диапазонът на изходното напрежение на DC зарядните устройства е 200-750 V, а постоянното захранващо напрежение покрива поне диапазоните 400-500 V и 600-750 V. Следователно, всички производители на модули обикновено проектират модули за 200-750 V и отговарят на изискванията за постоянна мощност. С увеличаването на пробега на електрическите превозни средства и търсенето на нови енергийни потребители на превозни средства за намаляване на времето за зареждане, индустрията предложи архитектура за свръхбързо зареждане от 800 V, а някои компании реализираха доставката на DC зарядни модули с широк диапазон на изходното напрежение от 200-1000 V.

По отношение на високочестотните и миниатюризиращи зарядни модули, мощността на едномашинните модули на новите захранващи блокове за зарядни станции се е увеличила, но обемът им не може да се увеличи пропорционално. Следователно, увеличаването на честотата на превключване и интегрирането на магнитни компоненти се превърнаха във важни средства за увеличаване на плътността на мощността.

По отношение на ефективността на зарядните модули, големите компании в индустрията за нови зарядни модули за енергия обикновено имат максимална пикова ефективност от 95%-96%. В бъдеще, с развитието на електронни компоненти, като например устройства от трето поколение, и популяризирането на електрически превозни средства с 800V или дори по-високо напрежение, с платформа за високо напрежение, се очаква индустрията да въведе продукти с пикова ефективност над 98%.

С увеличаването на плътността на мощността на зарядните модули, това води и до по-големи проблеми с разсейването на топлината. По отношение на разсейването на топлината на зарядните модули, настоящият основен метод за разсейване на топлината в индустрията е принудителното въздушно охлаждане, но съществуват и методи като затворени канали за студен въздух и водно охлаждане. Въздушното охлаждане има предимствата на ниската цена и опростената структура. С по-нататъшното увеличаване на налягането на разсейване на топлината обаче, недостатъците на въздушното охлаждане, ограниченият капацитет за разсейване на топлината и високият шум, ще станат още по-очевидни. Оборудването на зарядния модул и линията на пистолета с течно охлаждане се превърна в основно техническо решение.

3. Технологичният прогрес ускорява възможностите за развитие на проникването на нови енергийни индустрии

През последните години новите технологии в енергийната индустрия продължават да напредват и да постигат пробиви, а увеличаването на степента на проникване насърчава непрекъснатото развитие на индустрията за зарядни модули. Значителното увеличение на енергийната плътност на батериите решава проблема с недостатъчния пробег на превозните средства с нова енергия, а прилагането на високомощни зарядни модули значително съкращава времето за зареждане, като по този начин ускорява проникването на превозните средства с нова енергия и изграждането на поддържащи зарядни колони. В бъдеще се очаква интеграцията и задълбочаването на приложението на технологии като оптично съхранение и интеграция на зареждане и интеграция на V2G мрежи за превозни средства допълнително да ускорят проникването на новите енергийни индустрии и популяризирането на потреблението.

4. Конкурентен пейзаж в индустрията: Индустрията за зарядни модули е напълно конкурентна и пазарното пространство на продуктите е голямо.

Зарядният модул е ​​основният компонент на DC зарядните пилоти. С увеличаването на степента на проникване на превозни средства с нова енергия по света, потребителите са все по-загрижени за пробега на зареждане и удобството при зареждане. Пазарното търсене на DC бързозарядни зарядни пилоти се увеличи драстично, а вътрешният пазар за експлоатация на зарядни пилоти нарасна от . В ранните дни Държавната мрежа беше основната сила в диверсифицираното развитие. Бързо се появиха редица оператори на социален капитал с производствени и оперативни възможности за оборудване за зарядни пилоти. Местните производители на зарядни модули продължиха да разширяват мащаба си на производство и продажби за изграждане на поддържащи зарядни пилоти и тяхната цялостна конкурентоспособност продължи да се засилва.

В момента, след години на продуктова итерация и разработване на зарядни модули, конкуренцията в индустрията е достатъчна. Основните продукти се развиват в посока на високо напрежение и висока плътност на мощността, а пазарното пространство на продуктите е голямо. Предприятията в индустрията постигат по-висок пазарен дял и нива на печалба главно чрез непрекъснато подобряване на продуктовата топология, алгоритмите за управление, оптимизиране на хардуера и производствените системи и др.

5. Тенденции в развитието на модулите за зареждане на електрически превозни средства

Тъй като зарядните модули се радват на огромно пазарно търсене, технологиите продължават да се развиват към висока плътност на мощността, широк диапазон на напрежението и висока ефективност на преобразуване.

1) Преход, обусловен от политиките, към такъв, обусловен от търсенето

За да се подкрепи и насърчи развитието на превозни средства с нови енергийни източници, изграждането на зарядни стълбове в ранния етап се ръководеше главно от правителството и постепенно насочваше развитието на индустрията към ендогенен модел на шофиране чрез политическа подкрепа. От 2021 г. насам бързото развитие на превозните средства с нови енергийни източници постави огромни изисквания към изграждането на поддържащи съоръжения и зарядни стълбове. Индустрията за зарядни стълбове завършва трансформацията си от политически ориентирана към ориентирана към търсенето.

Изправени пред нарастващия брой превозни средства с нови енергийни източници, освен увеличаването на гъстотата на разположението на зарядните станции, времето за зареждане трябва да бъде допълнително съкратено. Зарядните станции с постоянен ток имат по-бързи скорости на зареждане и по-кратко време за зареждане, което е по-подходящо за временните и аварийни нужди на потребителите на електрически превозни средства и може ефективно да реши проблемите с пробега на електрическите превозни средства и тревожността при зареждане. Поради това, през последните години пазарният мащаб на бързото зареждане с постоянен ток в новопостроените зарядни станции, особено в обществените зарядни станции, нарасна бързо и се превърна в основна тенденция в много централни градове в Китай.

В обобщение, от една страна, тъй като броят на превозните средства с нова енергия продължава да расте, носещата конструкция на зарядните стълбове трябва непрекъснато да се подобрява. От друга страна, потребителите на електрически превозни средства обикновено се стремят към бързо зареждане с постоянен ток. Зарядните стълбове с постоянен ток са се превърнали в основна тенденция, а зарядните модули също са навлезли в търсенето. Етап на развитие, в който дърпането е основната движеща сила.

(2) Висока плътност на мощността, широк диапазон на напрежението, висока ефективност на преобразуване

Така нареченото бързо зареждане означава висока мощност на зареждане. Следователно, при нарастващото търсене на бързо зареждане, зарядните модули продължават да се развиват в посока на висока мощност. Високата мощност на зарядния модул се постига по два начина. Единият е чрез паралелно свързване на множество зарядни модули, за да се постигне суперпозиция на мощността; другият е чрез увеличаване на единичната мощност на зарядния модул. Въз основа на техническите нужди за увеличаване на плътността на мощността, намаляване на пространството и намаляване на сложността на електрическата архитектура, увеличаването на мощността на един заряден модул е ​​дългосрочна тенденция за развитие. Зарядните модули в моята страна са преминали през три поколения развитие, от първо поколение 7,5 kW до второ поколение 15/20 kW, и сега са в периода на преход от второ поколение към трето поколение 30/40 kW. Високомощните зарядни модули са се превърнали в основен пазар. В същото време, въз основа на принципа на миниатюризация на дизайна, плътността на мощността на зарядните модули също се е увеличила едновременно с увеличаването на нивото на мощност.

Има два пътя за постигане на бързо зареждане с постоянен ток с по-високо ниво на мощност: увеличаване на напрежението и увеличаване на тока. Решението за зареждане с висок ток е възприето за първи път от Tesla. Предимството е, че разходите за оптимизация на компонентите са по-ниски, но високият ток ще доведе до по-големи топлинни загуби и високи изисквания за разсейване на топлината, а по-дебелите проводници намаляват удобството и в по-малка степен насърчават затоплянето. Решението с високо напрежение е да се увеличи максималното работно напрежение на зарядния модул. В момента това е често използван модел от производителите на автомобили. То може да вземе предвид предимствата на намаляване на консумацията на енергия, подобряване на живота на батерията, намаляване на теглото и спестяване на място. Решението с високо напрежение изисква електрическите превозни средства да бъдат оборудвани с платформа за високо напрежение, за да поддържат приложения за бързо зареждане. В момента решението за бързо зареждане, често използвано от автомобилните компании, е платформата за високо напрежение 400V. С проучването и прилагането на платформата за напрежение 800V, нивото на напрежение на зарядния модул ще бъде допълнително подобрено.

Подобряването на ефективността на преобразуване е технически индикатор, който зарядните модули винаги преследват. Подобряването на ефективността на преобразуване означава по-висока ефективност на зареждане и по-ниски загуби. В момента максималната пикова ефективност на зарядните модули обикновено е 95%~96%. В бъдеще, с развитието на електронни компоненти, като например захранващи устройства от трето поколение, и насочването на изходното напрежение на зарядните модули към 800V или дори 1000V, ефективността на преобразуване ще се подобри допълнително.

(3) Стойността на модулите за зареждане на електрически превозни средства се увеличава

Зарядният модул е ​​основният компонент на DC зарядния стълб, представляващ около 50% от хардуерните разходи за зарядния стълб. Подобряването на ефективността на зареждане в бъдеще зависи главно от подобряването на производителността на зарядните модули. От една страна, повече паралелно свързани зарядни модули директно ще увеличат стойността на зарядния модул; от друга страна, подобряването на нивото на мощност и плътността на мощност на единичния заряден модул зависи от оптимизирания дизайн на хардуерните схеми и софтуера за управление, както и от технологията на ключовите компоненти. Пробивите са ключови технологии за подобряване на мощността на целия заряден стълб, което допълнително ще увеличи стойността на зарядния модул.

6. Технически бариери в индустрията за модули за зареждане на електрически превозни средства

Технологията на захранването е интердисциплинарна област, която интегрира технологията на топологията на веригите, цифровите технологии, магнитните технологии, компонентните технологии, полупроводниковите технологии и технологиите за термично проектиране. Това е технологично интензивна индустрия. Като сърцевина на DC зарядния стълб, зарядният модул директно определя ефективността на зареждане, оперативната стабилност, безопасността и надеждността на зарядния стълб, а неговата важност и стойност са изключителни. Един продукт изисква големи инвестиции в ресурси и професионалисти, от технологични изследвания и разработки до терминални приложения. Как да се изберат електронни компоненти и оформление, как да се надстроят и итерират софтуерните алгоритми, точното разбиране на сценариите на приложение, както и възможностите на платформата за зрял контрол на качеството и тестване ще повлияят пряко върху качеството и стабилността на продукта. За новите участници в индустрията е трудно да натрупат различни технологии, персонал и данни за сценарии на приложение за кратък период от време и те са изправени пред високи технически бариери.