Nye muligheder for udvikling af lademoduler til energibiler

1. Oversigt over udviklingen af ​​lademodulindustrien

Lademoduler er kernen i DC-ladestabler til nye energikøretøjer. I takt med at udbredelsen og ejerskabet af nye energikøretøjer i Kina fortsætter med at stige, stiger efterspørgslen efter ladestabler. Opladning af nye energikøretøjer er opdelt i AC-langsom opladning og DC-hurtigopladning. DC-hurtigopladning har karakteristika som højspænding, høj effekt og hurtigopladning. Efterhånden som markedet stræber efter opladningseffektivitet, fortsætter markedsskalaen for DC-hurtigopladningsstabler og lademoduler med at udvide sig.

2. Teknisk niveau og karakteristika for elbilslademodulindustrien

Den nye industri for elbiloplademoduler har i øjeblikket tekniske funktioner som høj effekt, høj frekvens, miniaturisering, høj konverteringseffektivitet og bredt spændingsområde med ét modul.

Med hensyn til enkeltmodulseffekt har den nye industri for opladningsmoduler til energiopladning oplevet en mainstream-produktudvikling på 7,5 kW i 2014, konstant strøm 20 A og 15 kW i 2015 og konstant effekt 25 A og 15 kW i 2016. De nuværende mainstream-applikationsopladningsmoduler er 20 kW og 30 kW. Enkeltmodulløsninger og konvertering til 40 kW nye enkeltmodulløsninger til energiopladning. Højeffektopladningsmoduler er blevet en markedsudviklingstrend i fremtiden.

Med hensyn til udgangsspænding udstedte State Grid 2017-versionen af ​​"Kvalifikations- og evneverifikationsstandarder for leverandører af opladningsudstyr til elektriske køretøjer", der angiver, at udgangsspændingsområdet for DC-opladere er 200-750V, og at den konstante strømspænding dækker mindst områderne 400-500V og 600-750V. Derfor designer alle modulproducenter generelt moduler til 200-750V og opfylder kravene til konstant strøm. Med stigningen i rækkevidden for elbiler og efterspørgslen fra brugere af nye energikøretøjer om at reducere opladningstiden har industrien foreslået en 800V superhurtig opladningsarkitektur, og nogle virksomheder har realiseret levering af DC-opladningsmoduler med et bredt udgangsspændingsområde på 200-1000V.

Med hensyn til højfrekvente og miniaturisering af lademoduler er effekten af ​​enkeltmaskinemoduler i nye energiladesøjlestrømforsyninger steget, men dens volumen kan ikke udvides proportionalt. Derfor er det blevet vigtigt at øge switchfrekvensen og integrere magnetiske komponenter til at øge effekttætheden.

Med hensyn til effektiviteten af ​​opladningsmoduler har store virksomheder i den nye industri for energiopladningsmoduler generelt en maksimal peak-effektivitet på 95%-96%. I fremtiden, med udviklingen af ​​elektroniske komponenter såsom tredjegenerations strømforsyningsenheder og populariseringen af ​​elbiler med 800V eller højere med en højspændingsplatform, forventes industrien at indføre produkter med en peak-effektivitet på mere end 98%.

Efterhånden som effekttætheden af ​​lademoduler stiger, medfører det også større problemer med varmeafledning. Med hensyn til varmeafledning af lademoduler er den nuværende mainstream-varmeafledningsmetode i branchen tvungen luftkøling, og der findes også metoder som lukkede koldluftkanaler og vandkøling. Luftkøling har fordelene ved lave omkostninger og enkel struktur. Men efterhånden som varmeafledningstrykket stiger yderligere, vil ulemperne ved luftkølingens begrænsede varmeafledningskapacitet og høje støjniveauer blive yderligere tydelige. At udstyre lademodulet og pistolledningen med væskekøling er blevet en vigtig løsning i den tekniske retning.

3. Teknologiske fremskridt fremskynder udviklingsmulighederne for ny energiindustris indtrængen

I de senere år har ny energiteknologi fortsat gjort fremskridt og gennembrud, og den stigende penetrationsrate har fremmet den kontinuerlige udvikling af upstream-lademodulindustrien. Den betydelige stigning i batteriets energitæthed har løst problemet med utilstrækkelig rækkevidde for nye energikøretøjer, og anvendelsen af ​​højtydende lademoduler har i høj grad forkortet ladetiden, hvilket har accelereret penetrationen af ​​nye energikøretøjer og konstruktionen af ​​understøttende ladebunker. I fremtiden forventes integrationen og uddybningen af ​​teknologier som optisk lagring og opladningsintegration samt V2G-køretøjsnetværksintegration yderligere at accelerere penetrationen af ​​nye energiindustrier og populariseringen af ​​forbruget.

4. Konkurrencelandskabet i branchen: Lademodulindustrien er fuldt konkurrencepræget, og produktmarkedet er stort.

Lademodulet er kernekomponenten i DC-ladepæle. Med stigningen i penetrationsraten for nye energikøretøjer verden over er forbrugerne i stigende grad bekymrede over laderækkevidde og ladekomfort. Markedsefterspørgslen efter DC-hurtigopladningsladepæle er eksploderet, og markedet for drift af indenlandske ladepæle er vokset fra ... I de tidlige dage var statsnettet den vigtigste drivkraft i den diversificerede udvikling. En række sociale kapitalaktører med både fremstillings- og driftskapaciteter inden for ladepæleudstyr opstod hurtigt. Indenlandske producenter af lademoduler fortsatte med at udvide deres produktions- og salgsskala til konstruktion af understøttende ladepæle, og deres omfattende konkurrenceevne fortsatte med at styrkes.

Efter flere års produktudvikling og udvikling af lademoduler er der i øjeblikket tilstrækkelig konkurrence i branchen. Mainstream-produkter udvikler sig i retning af højspænding og høj effekttæthed, og produktmarkedet er stort. Virksomheder i branchen opnår primært højere markedsandele og profitniveauer ved løbende at forbedre produkttopologi, kontrolalgoritmer, optimere hardware og produktionssystemer osv.

5. Udviklingstendenser for lademoduler til elbiler

I takt med at opladningsmoduler skaber en enorm markedsefterspørgsel, fortsætter teknologien med at udvikle sig mod høj effekttæthed, bredt spændingsområde og høj konverteringseffektivitet.

1) Politikdrevet skift til efterspørgselsdrevet

For at støtte og fremme udviklingen af ​​nye energikøretøjer blev opførelsen af ​​ladepæle primært ledet af regeringen i den tidlige fase, og den styrede gradvist udviklingen af ​​industrien mod en endogen køremodel gennem politisk støtte. Siden 2021 har den hurtige udvikling af nye energikøretøjer stillet enorme krav til opførelsen af ​​støttefaciliteter og ladepæle. Ladepælindustrien er ved at fuldføre transformationen fra politikdrevet til efterspørgselsdrevet.

I lyset af det stigende antal nye energikøretøjer skal opladningstiden, udover at øge tætheden af ​​ladepælene, forkortes yderligere. DC-ladepæle har hurtigere opladningshastigheder og kortere opladningstider, hvilket er mere egnet til midlertidige og nødopladningsbehov hos brugere af elbiler og kan effektivt løse problemer med rækkeviddeangst og opladningsangst for elbiler. Derfor er markedet for DC-hurtigopladning i nybyggede ladepæle, især offentlige ladepæle, vokset hurtigt i de senere år og er blevet en mainstream-trend i mange centrale byer i Kina.

Kort sagt, i takt med at antallet af nye energibiler fortsætter med at vokse, skal den understøttende konstruktion af ladepæle løbende forbedres. På den anden side forfølger brugere af elbiler generelt DC-hurtigopladning. DC-ladepæle er blevet mainstream-trenden, og lademoduler er også blevet efterspurgte. Et udviklingsstadium, hvor pull er den primære drivkraft.

(2) Høj effekttæthed, bredt spændingsområde, høj konverteringseffektivitet

Den såkaldte hurtigopladning betyder høj ladeeffekt. Derfor fortsætter lademoduler med at udvikle sig i retning af høj effekt under den stigende efterspørgsel efter hurtigopladning. Den høje effekt i ladebunken opnås på to måder. Den ene er at forbinde flere lademoduler parallelt for at opnå effektsuperposition; den anden er at øge lademodulets enkeltstående effekt. Baseret på de tekniske behov for at øge effekttætheden, reducere plads og reducere kompleksiteten af ​​den elektriske arkitektur er det en langsigtet udviklingstendens at øge effekten af ​​et enkelt lademodul. Mit lands lademoduler har gennemgået tre generationers udvikling, fra den første generation 7,5 kW til den anden generation 15/20 kW, og er nu i overgangsperioden fra den anden generation til den tredje generation 30/40 kW. Højeffektlademoduler er blevet mainstream på markedet. Samtidig er effekttætheden af ​​lademoduler, baseret på designprincippet om miniaturisering, også steget samtidig med stigningen i effektniveauet.

Der er to veje til at opnå hurtig DC-opladning med højere effektniveau: øge spændingen og øge strømmen. Højstrømsopladningsløsningen blev først taget i brug af Tesla. Fordelen er, at omkostningerne ved komponentoptimering er lavere, men høj strøm vil medføre højere varmetab og høje krav til varmeafledning, og tykkere ledninger reducerer bekvemmeligheden og fremmer i mindre grad. Højspændingsløsningen er at øge den maksimale driftsspænding for opladningsmodulet. Det er i øjeblikket en almindeligt anvendt model af bilproducenter. Den kan tage højde for fordelene ved at reducere energiforbruget, forbedre batteriets levetid, reducere vægten og spare plads. Højspændingsløsningen kræver, at elbiler er udstyret med en højspændingsplatform for at understøtte hurtigopladningsapplikationer. Den hurtigopladningsløsning, der i øjeblikket almindeligvis anvendes af bilproducenter, er 400V højspændingsplatformen. Med forskningen og anvendelsen af ​​800V spændingsplatformen vil spændingsniveauet for opladningsmodulet blive yderligere forbedret.

Forbedring af konverteringseffektiviteten er en teknisk indikator, som lademoduler altid stræber efter. Forbedring af konverteringseffektiviteten betyder højere ladeeffektivitet og lavere tab. I øjeblikket er den maksimale peak-effektivitet for lademoduler generelt 95%~96%. I fremtiden, med udviklingen af ​​elektroniske komponenter såsom tredjegenerations strømforsyningsenheder og udgangsspændingen for lademoduler, der bevæger sig mod 800V eller endda 1000V, vil konverteringseffektiviteten blive yderligere forbedret.

(3) Værdien af ​​elbilopladningsmoduler stiger

Lademodulet er kernekomponenten i DC-ladestakken og tegner sig for omkring 50 % af hardwareomkostningerne til ladestakken. Forbedringen af ​​​​ladeeffektiviteten i fremtiden afhænger hovedsageligt af forbedret ydeevne af lademodulerne. På den ene side vil flere parallelt forbundet lademoduler direkte øge værdien af ​​​​lademodulet; på den anden side afhænger forbedringen af ​​​​effektniveauet og effekttætheden for det enkelte lademodul af det optimerede design af hardwarekredsløb og kontrolsoftware samt teknologien i nøglekomponenterne. Gennembrud, disse er nøgleteknologier til at forbedre effekten af ​​​​hele ladestakken, hvilket yderligere vil øge værdien af ​​​​lademodulet.

6. Tekniske barrierer i branchen for opladningsmoduler til elbiler

Strømforsyningsteknologi er et tværfagligt emne, der integrerer kredsløbstopologiteknologi, digital teknologi, magnetisk teknologi, komponentteknologi, halvlederteknologi og termisk designteknologi. Det er en teknologiintensiv industri. Som hjertet i DC-opladningsstakken bestemmer opladningsmodulet direkte opladningseffektiviteten, driftsstabiliteten, sikkerheden og pålideligheden af ​​opladningsstakken, og dets betydning og værdi er enestående. Et produkt kræver en stor investering af ressourcer og fagfolk fra teknologisk forskning og udvikling til terminalapplikationer. Hvordan man vælger elektroniske komponenter og layout, opgradering og iteration af softwarealgoritmer, præcis forståelse af applikationsscenarier og modne kvalitetskontrol- og testplatformfunktioner vil alle påvirke produktkvaliteten og -stabiliteten direkte. Det er vanskeligt for nye aktører i branchen at akkumulere forskellige teknologier, personale og applikationsscenariedata på kort tid, og de har høje tekniske barrierer.