Tendència d'oportunitats de desenvolupament de la indústria de mòduls de càrrega de vehicles energètics nous

1. Visió general del desenvolupament de la indústria dels mòduls de càrrega

Els mòduls de càrrega són el nucli de les piles de càrrega de CC per a vehicles de nova energia. A mesura que la taxa de penetració i la propietat de vehicles de nova energia a la Xina continuen augmentant, la demanda de piles de càrrega està augmentant. La càrrega de vehicles de nova energia es divideix en càrrega lenta de CA i càrrega ràpida de CC. La càrrega ràpida de CC té les característiques d'alt voltatge, alta potència i càrrega ràpida. A mesura que el mercat busca l'eficiència de càrrega, l'escala de mercat de les piles de càrrega ràpida de CC i els mòduls de càrrega continua expandint-se.

2. Nivell tècnic i característiques de la indústria dels mòduls de càrrega de vehicles elèctrics

La nova indústria de mòduls de carregador de vehicles energètics (EV) actualment té característiques tècniques com ara alta potència d'un sol mòdul, alta freqüència, miniaturització, alta eficiència de conversió i ampli rang de voltatge.

Pel que fa a la potència d'un sol mòdul, la nova indústria de mòduls de càrrega de pila d'energia ha experimentat el desenvolupament de productes principals de 7,5 kW el 2014, corrent constant de 20 A i 15 kW el 2015, i potència constant de 25 A i 15 kW el 2016. Els mòduls de càrrega d'aplicació principal actuals són de 20 kW i 30 kW. Solucions d'un sol mòdul i conversió a solucions de mòdul únic de font d'alimentació de pila de càrrega d'energia de 40 kW. Els mòduls de càrrega d'alta potència s'han convertit en una tendència de desenvolupament del mercat en el futur.

Pel que fa a la tensió de sortida, State Grid va publicar la versió 2017 dels "Estàndards de verificació de qualificació i capacitat per a proveïdors d'equips de càrrega de vehicles elèctrics", que estableixen que el rang de tensió de sortida dels carregadors de CC és de 200-750 V, i la tensió de potència constant cobreix almenys els rangs de 400-500 V i 600-750 V. Per tant, tots els fabricants de mòduls generalment dissenyen mòduls per a 200-750 V i compleixen els requisits de potència constant. Amb l'augment de l'autonomia de creuer dels vehicles elèctrics i la demanda dels usuaris de vehicles de nova energia per reduir el temps de càrrega, la indústria ha proposat una arquitectura de càrrega súper ràpida de 800 V, i algunes empreses han realitzat el subministrament de mòduls de càrrega de pila de càrrega de CC amb un ampli rang de tensió de sortida de 200-1000 V.

Pel que fa a l'alta freqüència i la miniaturització dels mòduls de càrrega, la potència dels mòduls de màquina única de les noves fonts d'alimentació de pila de càrrega d'energia ha augmentat, però el seu volum no es pot ampliar proporcionalment. Per tant, augmentar la freqüència de commutació i integrar components magnètics s'han convertit en mitjans importants per augmentar la densitat de potència.

Pel que fa a l'eficiència dels mòduls de càrrega, les principals empreses de la nova indústria de mòduls de càrrega de piles d'energia generalment tenen una eficiència màxima màxima del 95%-96%. En el futur, amb el desenvolupament de components electrònics com ara dispositius d'alimentació de tercera generació i la popularització de vehicles elèctrics amb 800V o fins i tot superiors amb una plataforma d'alt voltatge, s'espera que la indústria doni pas a productes amb una eficiència màxima de més del 98%.

A mesura que augmenta la densitat de potència dels mòduls de càrrega, també comporta majors problemes de dissipació de calor. Pel que fa a la dissipació de calor dels mòduls de càrrega, el mètode de dissipació de calor actual a la indústria és la refrigeració per aire forçat, i també hi ha mètodes com els conductes d'aire fred tancats i la refrigeració per aigua. La refrigeració per aire té els avantatges d'un baix cost i una estructura senzilla. Tanmateix, a mesura que augmenta encara més la pressió de dissipació de calor, els desavantatges de la limitada capacitat de dissipació de calor i l'alt soroll de la refrigeració per aire es faran encara més evidents. Equipar el mòdul de càrrega i la línia de pistoles amb refrigeració líquida s'ha convertit en una solució important en la direcció tècnica.

3. El progrés tecnològic accelera les oportunitats de desenvolupament de la nova penetració de la indústria energètica

En els darrers anys, la nova tecnologia de la indústria energètica ha continuat fent progressos i avenços, i l'augment de la taxa de penetració ha promogut el desenvolupament continu de la indústria dels mòduls de càrrega aigües amunt. L'augment significatiu de la densitat d'energia de la bateria ha resolt el problema de l'autonomia de creuer insuficient dels vehicles de nova energia, i l'aplicació de mòduls de càrrega d'alta potència ha escurçat considerablement el temps de càrrega, accelerant així la penetració dels vehicles de nova energia i la construcció de piles de càrrega de suport. En el futur, s'espera que la integració i l'aprofundiment de l'aplicació de tecnologies com l'emmagatzematge òptic i la integració de la càrrega i la integració de la xarxa de vehicles V2G accelerin encara més la penetració de les noves indústries energètiques i la popularització del consum.

4. Panorama de la competència en la indústria: la indústria dels mòduls de càrrega és totalment competitiva i l'espai de mercat del producte és ampli.

El mòdul de càrrega és el component principal de les piles de càrrega de CC. Amb l'augment de la taxa de penetració dels vehicles de nova energia a tot el món, els consumidors estan cada cop més preocupats per l'abast de càrrega i la comoditat de càrrega. La demanda del mercat de piles de càrrega ràpida de CC s'ha disparat, i el mercat domèstic d'operacions de piles de càrrega ha crescut des de... En els primers dies, State Grid era la principal força en el desenvolupament diversificat. Van sorgir ràpidament diversos operadors de capital social amb capacitats de fabricació i operació d'equips de piles de càrrega. Els fabricants nacionals de mòduls de càrrega van continuar ampliant la seva producció i escala de vendes per a la construcció de piles de càrrega de suport, i la seva competitivitat global va continuar enfortint-se.

Actualment, després d'anys d'iteració de productes i desenvolupament de mòduls de càrrega, la competència a la indústria és suficient. Els productes convencionals s'estan desenvolupant en la direcció de l'alta tensió i l'alta densitat de potència, i l'espai de mercat del producte és ampli. Les empreses de la indústria obtenen principalment una quota de mercat i uns nivells de benefici més elevats millorant contínuament la topologia del producte, els algoritmes de control, l'optimització del maquinari i els sistemes de producció, etc.

5. Tendències de desenvolupament dels mòduls de càrrega de vehicles elèctrics

A mesura que els mòduls de càrrega generen una enorme demanda al mercat, la tecnologia continua desenvolupant-se cap a una alta densitat de potència, un ampli rang de voltatge i una alta eficiència de conversió.

1) Canvi impulsat per les polítiques cap a impulsat per la demanda

Per tal de donar suport i promoure el desenvolupament de vehicles de nova energia, la construcció de piles de càrrega va ser liderada principalment pel govern en la fase inicial, i gradualment va guiar el desenvolupament de la indústria cap a un model de conducció endogen mitjançant el suport polític. Des del 2021, el ràpid desenvolupament de vehicles de nova energia ha imposat una gran demanda a la construcció d'instal·lacions de suport i piles de càrrega. La indústria de les piles de càrrega està completant la transformació d'impulsada per polítiques a impulsada per la demanda.

Davant del nombre creixent de vehicles de nova energia, a més d'augmentar la densitat de la disposició de les piles de càrrega, cal escurçar encara més el temps de càrrega. Les piles de càrrega de CC tenen velocitats de càrrega més ràpides i temps de càrrega més curts, cosa que és més adequada per a les necessitats de càrrega temporals i d'emergència dels usuaris de vehicles elèctrics, i pot resoldre eficaçment els problemes d'ansietat per l'autonomia dels vehicles elèctrics i l'ansietat per la càrrega. Per tant, en els darrers anys, l'escala de mercat de la càrrega ràpida de CC en piles de càrrega de nova construcció, especialment piles de càrrega públiques, ha crescut ràpidament i s'ha convertit en una tendència generalitzada en moltes ciutats importants de la Xina.

En resum, d'una banda, a mesura que el nombre de vehicles de nova energia continua creixent, cal millorar contínuament la construcció de suport de les piles de càrrega. D'altra banda, els usuaris de vehicles elèctrics generalment busquen la càrrega ràpida de corrent continu. Les piles de càrrega de corrent continu s'han convertit en la tendència principal i els mòduls de càrrega també han entrat en la demanda. Una etapa de desenvolupament en què la tracció és la principal força motriu.

(2) Alta densitat de potència, ampli rang de voltatge, alta eficiència de conversió

L'anomenada càrrega ràpida significa una alta potència de càrrega. Per tant, sota la creixent demanda de càrrega ràpida, els mòduls de càrrega continuen desenvolupant-se en la direcció de l'alta potència. L'alta potència de la pila de càrrega s'aconsegueix de dues maneres. Una és connectar diversos mòduls de càrrega en paral·lel per aconseguir la superposició de potència; l'altra és augmentar la potència individual del mòdul de càrrega. Basant-se en les necessitats tècniques d'augmentar la densitat de potència, reduir l'espai i reduir la complexitat de l'arquitectura elèctrica, augmentar la potència d'un sol mòdul de càrrega és una tendència de desenvolupament a llarg termini. Els mòduls de càrrega del meu país han passat per tres generacions de desenvolupament, des de la primera generació de 7,5 kW fins a la segona generació de 15/20 kW, i ara es troben en el període de conversió de la segona generació a la tercera generació de 30/40 kW. Els mòduls de càrrega d'alta potència s'han convertit en el corrent principal del mercat. Al mateix temps, basant-se en el principi de disseny de miniaturització, la densitat de potència dels mòduls de càrrega també ha augmentat simultàniament amb l'augment del nivell de potència.

Hi ha dos camins per aconseguir una càrrega ràpida de CC de nivell de potència més alt: augmentar el voltatge i augmentar el corrent. La solució de càrrega d'alt corrent va ser adoptada per primera vegada per Tesla. L'avantatge és que el cost de l'optimització dels components és menor, però un corrent alt comportarà una major pèrdua de calor i uns requisits elevats per a la dissipació de calor, i els cables més gruixuts redueixen la comoditat i la promouen en menor mesura. La solució d'alt voltatge és augmentar el voltatge màxim de funcionament del mòdul de càrrega. Actualment és un model utilitzat habitualment pels fabricants d'automòbils. Pot tenir en compte els avantatges de reduir el consum d'energia, millorar la durada de la bateria, reduir el pes i estalviar espai. La solució d'alt voltatge requereix que els vehicles elèctrics estiguin equipats amb una plataforma d'alt voltatge per admetre aplicacions de càrrega ràpida. Actualment, la solució de càrrega ràpida utilitzada habitualment per les empreses automobilístiques és la plataforma d'alt voltatge de 400 V. Amb la investigació i l'aplicació de la plataforma de voltatge de 800 V, es millorarà encara més el nivell de voltatge del mòdul de càrrega.

La millora de l'eficiència de conversió és un indicador tècnic que els mòduls de càrrega sempre persegueixen. La millora de l'eficiència de conversió significa una major eficiència de càrrega i pèrdues més baixes. Actualment, l'eficiència màxima dels mòduls de càrrega és generalment del 95% al ​​96%. En el futur, amb el desenvolupament de components electrònics com ara dispositius d'alimentació de tercera generació i la tensió de sortida dels mòduls de càrrega que s'acostarà als 800V o fins i tot als 1000V, l'eficiència de conversió millorarà encara més.

(3) El valor dels mòduls de càrrega de vehicles elèctrics augmenta

El mòdul de càrrega és el component central de la pila de càrrega de CC, representant aproximadament el 50% del cost del maquinari de la pila de càrrega. La millora de l'eficiència de la càrrega en el futur depèn principalment de la millora del rendiment dels mòduls de càrrega. D'una banda, més mòduls de càrrega connectats en paral·lel augmentaran directament el valor del mòdul de càrrega; d'altra banda, la millora del nivell de potència i la densitat de potència d'un sol mòdul de càrrega depèn del disseny optimitzat dels circuits de maquinari i el programari de control, així com de la tecnologia dels components clau. Aquests avenços són tecnologies clau per millorar la potència de tota la pila de càrrega, cosa que augmentarà encara més el valor del mòdul de càrrega.

6. Barreres tècniques en la indústria dels mòduls de càrrega de vehicles elèctrics

La tecnologia de fonts d'alimentació és una matèria interdisciplinària que integra la tecnologia de topologia de circuits, la tecnologia digital, la tecnologia magnètica, la tecnologia de components, la tecnologia de semiconductors i la tecnologia de disseny tèrmic. És una indústria intensiva en tecnologia. Com a cor de la pila de càrrega de CC, el mòdul de càrrega determina directament l'eficiència de càrrega, l'estabilitat operativa, la seguretat i la fiabilitat de la pila de càrrega, i la seva importància i valor són excepcionals. Un producte requereix una gran inversió de recursos i professionals, des de la investigació i el desenvolupament tecnològic fins a l'aplicació de terminals. La selecció de components electrònics i el disseny, l'actualització i la iteració de l'algoritme de programari, la comprensió precisa dels escenaris d'aplicació i les capacitats madures de la plataforma de control de qualitat i proves afectaran la qualitat i l'estabilitat del producte i tenen un impacte directe. És difícil per als nous participants a la indústria acumular diverses tecnologies, personal i dades d'escenaris d'aplicació en un curt període de temps, i tenen barreres tècniques elevades.