Trend zur Entwicklung neuer Lademodule für Energiefahrzeuge

1. Überblick über die Entwicklung der Lademodulindustrie

Lademodule sind das Herzstück von DC-Ladesäulen für New-Energy-Fahrzeuge. Da die Marktdurchdringung und der Besitz neuer Energiefahrzeuge in China weiter zunehmen, steigt auch die Nachfrage nach Ladesäulen. Das Laden von Fahrzeugen mit neuer Energie wird in langsames Wechselstromladen und schnelles Gleichstromladen unterteilt. Das DC-Schnellladen zeichnet sich durch hohe Spannung, hohe Leistung und schnelles Laden aus. Da der Markt nach Ladeeffizienz strebt, wächst der Marktumfang von Gleichstrom-Schnellladesäulen und Lademodulen weiter. .

2. Technisches Niveau und Merkmale der Elektrofahrzeug-Lademodulindustrie

Die Branche der neuen Ladesäulen-Lademodule für Elektrofahrzeuge verfügt derzeit über technische Merkmale wie Einzelmodul-Hochleistung, Hochfrequenz, Miniaturisierung, hohe Umwandlungseffizienz und einen großen Spannungsbereich.

In Bezug auf die Leistung einzelner Module hat die Branche der neuen Energieladesäulenlademodule die Mainstream-Produktentwicklung von 7,5 kW im Jahr 2014, Konstantstrom 20 A und 15 kW im Jahr 2015 und Konstantleistung 25 A und 15 kW im Jahr 2016 erlebt. Die aktuellen Mainstream-Anwendungslademodule sind 20 kW und 30 kW. Einzelmodullösungen und Umstellung auf 40 kW neue Energie-Ladesäulen-Stromversorgung, Einzelmodullösungen. Hochleistungslademodule sind zu einem Marktentwicklungstrend der Zukunft geworden.

In Bezug auf die Ausgangsspannung hat das State Grid in der Version 2017 der „Qualifikations- und Fähigkeitsüberprüfungsstandards für Lieferanten von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge“ angegeben, dass der Ausgangsspannungsbereich von Gleichstromladegeräten 200–750 V beträgt und die konstante Leistungsspannung mindestens abdeckt die Bereiche 400–500 V und 600–750 V. Daher entwerfen alle Modulhersteller im Allgemeinen Module für 200–750 V und erfüllen konstante Leistungsanforderungen. Angesichts der zunehmenden Reichweite von Elektrofahrzeugen und der Forderung von Nutzern neuer Energiefahrzeuge, die Ladezeit zu verkürzen, hat die Industrie eine 800-V-Superschnellladearchitektur vorgeschlagen, und einige Unternehmen haben die Bereitstellung von DC-Ladesäulenlademodulen mit einer breiten Palette von Lademodulen erkannt Ausgangsspannungsbereich von 200–1000 V. .

Im Hinblick auf Hochfrequenz und Miniaturisierung von Lademodulen ist die Leistung von Einzelmaschinenmodulen neuer Energieladesäulen-Stromversorgungen gestiegen, ihr Volumen kann jedoch nicht proportional erweitert werden. Daher sind die Erhöhung der Schaltfrequenz und die Integration magnetischer Komponenten zu wichtigen Mitteln zur Erhöhung der Leistungsdichte geworden.

In Bezug auf den Wirkungsgrad von Lademodulen haben große Unternehmen in der Branche der neuen Energieladesäulen-Lademodule im Allgemeinen einen maximalen Spitzenwirkungsgrad von 95 % bis 96 %. Mit der Entwicklung elektronischer Komponenten wie Leistungsgeräten der dritten Generation und der Popularisierung von Elektrofahrzeugen mit 800 V oder sogar mehr wird erwartet, dass die Industrie mit einer Hochspannungsplattform in Zukunft Produkte mit einem Spitzenwirkungsgrad von mehr als 98 % einführen wird .

Mit zunehmender Leistungsdichte von Lademodulen ergeben sich auch größere Probleme bei der Wärmeableitung. Im Hinblick auf die Wärmeableitung von Lademodulen ist die Zwangsluftkühlung die derzeit gängige Wärmeableitungsmethode in der Branche, es gibt aber auch Methoden wie geschlossene Kaltluftkanäle und Wasserkühlung. Die Luftkühlung bietet die Vorteile geringer Kosten und einfacher Struktur. Mit zunehmendem Wärmeableitungsdruck werden jedoch die Nachteile der begrenzten Wärmeableitungskapazität und des hohen Geräuschpegels der Luftkühlung immer deutlicher. Die Ausstattung des Lademoduls und der Pistolenleitung mit Flüssigkeitskühlung hat sich zu einer wichtigen Lösung entwickelt. technische Leitung.

3. Der technologische Fortschritt beschleunigt die Entwicklungsmöglichkeiten einer neuen Energiebranche

In den letzten Jahren hat die neue Technologie der Energiewirtschaft weiterhin Fortschritte und Durchbrüche erzielt, und die zunehmende Durchdringungsrate hat die kontinuierliche Entwicklung der Upstream-Lademodulindustrie gefördert. Durch die deutliche Erhöhung der Batterieenergiedichte wurde das Problem der unzureichenden Reichweite von Fahrzeugen mit neuer Energie gelöst, und der Einsatz von Hochleistungslademodulen hat die Ladezeit erheblich verkürzt, wodurch die Verbreitung von Fahrzeugen mit neuer Energie und der Bau unterstützender Ladesäulen beschleunigt wurde . In Zukunft wird erwartet, dass die Integration und Vertiefung der Anwendung von Technologien wie der optischen Speicher- und Ladeintegration sowie der V2G-Fahrzeugnetzwerkintegration die Durchdringung neuer Energieindustrien und die Popularisierung des Verbrauchs weiter beschleunigen wird.

4. Wettbewerbslandschaft in der Branche: Die Lademodulbranche ist vollständig wettbewerbsfähig und der Produktmarkt ist groß.

Das Lademodul ist die Kernkomponente von DC-Ladesäulen. Mit der zunehmenden Verbreitung neuer Energiefahrzeuge auf der ganzen Welt machen sich Verbraucher zunehmend Sorgen um die Ladereichweite und den Ladekomfort. Die Marktnachfrage nach Gleichstrom-Schnellladesäulen ist explodiert, und der inländische Markt für den Betrieb von Ladesäulen ist gewachsen. In den Anfängen war das State Grid die Hauptkraft der diversifizierten Entwicklung. Es entstanden schnell eine Reihe von Social-Capital-Betreibern, die sowohl über Fertigungs- als auch Betriebskapazitäten für Ladesäulenausrüstung verfügten. Inländische Hersteller von Lademodulen haben ihren Produktions- und Vertriebsumfang für den Bau unterstützender Ladesäulen weiter ausgebaut und ihre umfassende Wettbewerbsfähigkeit weiter gestärkt. .

Nach Jahren der Produktiteration und Entwicklung von Lademodulen ist der Branchenwettbewerb derzeit ausreichend. Mainstream-Produkte entwickeln sich in Richtung Hochspannung und hoher Leistungsdichte, und der Produktmarkt ist groß. Unternehmen der Branche erzielen höhere Marktanteile und Gewinne vor allem durch kontinuierliche Verbesserung der Produkttopologie, Steuerungsalgorithmen, Optimierung von Hardware und Produktionssystemen usw.

5. Entwicklungstrends von E-Lademodulen

Da Lademodule eine enorme Marktnachfrage auslösen, entwickelt sich die Technologie weiter in Richtung hoher Leistungsdichte, großem Spannungsbereich und hoher Umwandlungseffizienz.

1) Von der Politik getriebener Wandel hin zur Nachfrageorientierung

Um die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge zu unterstützen und zu fördern, wurde der Bau von Ladesäulen in der Anfangsphase hauptsächlich von der Regierung geleitet und lenkte durch politische Unterstützung schrittweise die Entwicklung der Branche hin zu einem endogenen Fahrmodell. Seit 2021 stellt die rasante Entwicklung neuer Energiefahrzeuge enorme Anforderungen an den Bau von unterstützenden Einrichtungen und Ladesäulen. Die Ladesäulenbranche vollendet den Wandel von politikgesteuert zu nachfrageorientiert.

Angesichts der zunehmenden Zahl neuer Energiefahrzeuge muss neben der Erhöhung der Dichte der Ladesäulenanordnung auch die Ladezeit weiter verkürzt werden. Gleichstromladesäulen verfügen über schnellere Ladegeschwindigkeiten und kürzere Ladezeiten, die besser für den temporären und Notladebedarf von Elektrofahrzeugbenutzern geeignet sind und die Probleme der Reichweiten- und Ladeangst von Elektrofahrzeugen wirksam lösen können. Daher ist der Marktumfang des Gleichstrom-Schnellladens an neu errichteten Ladesäulen, insbesondere an öffentlichen Ladesäulen, in den letzten Jahren schnell gewachsen und hat sich in vielen Kernstädten Chinas zu einem Mainstream-Trend entwickelt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass einerseits die tragende Konstruktion von Ladesäulen kontinuierlich verbessert werden muss, da die Zahl neuer Energiefahrzeuge weiter wächst. Auf der anderen Seite streben Nutzer von Elektrofahrzeugen in der Regel das Gleichstrom-Schnellladen an. DC-Ladesäulen sind zum Mainstream-Trend geworden, und auch Lademodule sind gefragt. Eine Entwicklungsstufe, in der der Zug die Hauptantriebskraft ist.

(2) Hohe Leistungsdichte, großer Spannungsbereich, hohe Umwandlungseffizienz

Das sogenannte Schnellladen bedeutet hohe Ladeleistung. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach Schnellladung entwickeln sich Lademodule daher immer weiter in Richtung hoher Leistung. Die hohe Leistung der Ladesäule wird auf zwei Arten erreicht. Eine besteht darin, mehrere Lademodule parallel zu schalten, um eine Leistungsüberlagerung zu erreichen. die andere besteht darin, die Einzelleistung des Lademoduls zu erhöhen. Basierend auf den technischen Anforderungen einer Erhöhung der Leistungsdichte, einer Reduzierung des Platzbedarfs und einer Verringerung der Komplexität der elektrischen Architektur ist die Erhöhung der Leistung eines einzelnen Lademoduls ein langfristiger Entwicklungstrend. Die Lademodule meines Landes haben drei Entwicklungsgenerationen durchlaufen, von der ersten Generation mit 7,5 kW bis zur zweiten Generation mit 15/20 kW, und befinden sich nun in der Umstellungsphase von der zweiten Generation zur dritten Generation mit 30/40 kW. Hochleistungslademodule sind zum Mainstream des Marktes geworden. Gleichzeitig ist aufgrund des Konstruktionsprinzips der Miniaturisierung mit der Leistungssteigerung auch die Leistungsdichte der Lademodule gestiegen.

Es gibt zwei Wege, um ein DC-Schnellladen mit höherer Leistung zu erreichen: Erhöhen der Spannung und Erhöhen des Stroms. Die Hochstrom-Ladelösung wurde erstmals von Tesla übernommen. Der Vorteil besteht darin, dass die Kosten für die Komponentenoptimierung geringer sind, ein hoher Strom jedoch einen höheren Wärmeverlust und höhere Anforderungen an die Wärmeableitung mit sich bringt und dickere Drähte den Komfort verringern und in geringerem Maße fördern. Die Hochspannungslösung besteht darin, die maximale Betriebsspannung des Lademoduls zu erhöhen. Es ist derzeit ein häufig verwendetes Modell von Automobilherstellern. Es kann die Vorteile einer Reduzierung des Energieverbrauchs, einer Verbesserung der Batterielebensdauer, einer Gewichtsreduzierung und einer Platzersparnis berücksichtigen. Die Hochspannungslösung erfordert die Ausstattung von Elektrofahrzeugen mit einer Hochspannungsplattform, um Schnellladeanwendungen zu unterstützen. Derzeit ist die von Automobilherstellern am häufigsten verwendete Schnellladelösung die 400-V-Hochspannungsplattform. Mit der Erforschung und Anwendung der 800-V-Spannungsplattform wird das Spannungsniveau des Lademoduls weiter verbessert.

Die Verbesserung der Umwandlungseffizienz ist ein technischer Indikator, den Lademodule stets verfolgen. Die Verbesserung der Umwandlungseffizienz bedeutet eine höhere Ladeeffizienz und geringere Verluste. Derzeit liegt der maximale Spitzenwirkungsgrad von Lademodulen im Allgemeinen bei 95 % bis 96 %. Mit der Entwicklung elektronischer Komponenten wie Leistungsgeräten der dritten Generation und der Entwicklung der Ausgangsspannung von Lademodulen in Richtung 800 V oder sogar 1000 V wird die Umwandlungseffizienz in Zukunft weiter verbessert.

(3) Der Wert von Lademodulen für Elektrofahrzeuge steigt

Das Lademodul ist die Kernkomponente der DC-Ladesäule und macht etwa 50 % der Hardwarekosten der Ladesäule aus. Die Verbesserung der Ladeeffizienz in der Zukunft hängt hauptsächlich von der Leistungssteigerung der Lademodule ab. Einerseits steigern mehr parallel geschaltete Lademodule direkt den Wert des Lademoduls; Andererseits hängt die Verbesserung des Leistungsniveaus und der Leistungsdichte des einzelnen Lademoduls von der optimierten Gestaltung von Hardwareschaltungen und Steuerungssoftware sowie der Technologie wichtiger Komponenten ab. Durchbrüche, das sind Schlüsseltechnologien zur Verbesserung der Leistung des gesamten Ladestapels, die den Wert des Lademoduls weiter steigern werden.

6. Technische Hindernisse in der Branche der Lademodule für Elektrofahrzeuge

Die Stromversorgungstechnik ist ein interdisziplinäres Fach, das Schaltungstopologietechnik, Digitaltechnik, Magnettechnik, Komponententechnik, Halbleitertechnik und Thermodesigntechnik integriert. Es handelt sich um eine technologieintensive Branche. Als Herzstück der DC-Ladesäule bestimmt das Lademodul direkt die Ladeeffizienz, Betriebsstabilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Ladesäule und ist von herausragender Bedeutung und Wert. Ein Produkt erfordert eine große Investition an Ressourcen und Fachkräften, von der Technologieforschung und -entwicklung bis hin zur Terminalanwendung. Die Auswahl elektronischer Komponenten und des Layouts, die Aktualisierung und Iteration von Softwarealgorithmen, das genaue Verständnis von Anwendungsszenarien sowie ausgereifte Funktionen der Qualitätskontroll- und Testplattform wirken sich alle direkt auf die Produktqualität und -stabilität aus. Für Neueinsteiger in die Branche ist es schwierig, in kurzer Zeit verschiedene Technologien, Personal- und Anwendungsszenariodaten zu sammeln, und sie haben hohe technische Hürden.