Tendencia de oportunidad de desarrollo de la industria del módulo de carga de vehículos de nueva energía

1. Descripción general del desarrollo de la industria de módulos de carga.

Los módulos de carga son el núcleo de las pilas de carga de CC para vehículos de nueva energía. A medida que la tasa de penetración y la propiedad de vehículos de nueva energía en China continúan aumentando, la demanda de pilas de carga está aumentando. La carga de vehículos de nueva energía se divide en carga lenta de CA y carga rápida de CC. La carga rápida de CC tiene las características de alto voltaje, alta potencia y carga rápida. A medida que el mercado busca la eficiencia de la carga, la escala del mercado de pilas y módulos de carga rápida de CC continúa expandiéndose. .

2. Nivel técnico y características de la industria de módulos de carga para vehículos eléctricos.

La industria de módulos de cargadores EV de pila de carga de vehículos de nueva energía tiene actualmente características técnicas como módulo único de alta potencia, alta frecuencia, miniaturización, alta eficiencia de conversión y amplio rango de voltaje.

En términos de potencia de módulo único, la nueva industria de módulos de carga de pila de carga de energía ha experimentado el desarrollo de productos convencionales de 7,5 kW en 2014, corriente constante de 20 A y 15 kW en 2015, y potencia constante de 25 A y 15 kW en 2016. Los módulos de carga de aplicaciones principales actuales son 20kW y 30kW. Soluciones de módulo único y conversión a soluciones de módulo único de suministro de energía de pila de carga de nueva energía de 40 kW. Los módulos de carga de alta potencia se han convertido en una tendencia de desarrollo del mercado en el futuro.

En términos de voltaje de salida, State Grid emitió la versión 2017 de los "Estándares de verificación de calificación y capacidad para proveedores de equipos de carga de vehículos eléctricos" que indican que el rango de voltaje de salida de los cargadores de CC es de 200 a 750 V, y el voltaje de potencia constante cubre al menos los rangos de 400-500V y 600-750V. Por lo tanto, todos los fabricantes de módulos generalmente diseñan módulos para 200-750 V y cumplen con requisitos de energía constantes. Con el aumento de la autonomía de crucero de los vehículos eléctricos y la demanda de los usuarios de vehículos de nueva energía de reducir el tiempo de carga, la industria ha propuesto una arquitectura de carga súper rápida de 800 V y algunas empresas han implementado el suministro de módulos de carga de pila de carga de CC con una amplia Rango de voltaje de salida de 200-1000V. .

En términos de alta frecuencia y miniaturización de los módulos de carga, la potencia de los módulos de una sola máquina de las nuevas fuentes de alimentación de pilas de carga ha aumentado, pero su volumen no se puede ampliar proporcionalmente. Por lo tanto, aumentar la frecuencia de conmutación e integrar componentes magnéticos se han convertido en medios importantes para aumentar la densidad de potencia.

En términos de eficiencia del módulo de carga, las principales empresas de la industria de módulos de carga de pilas de carga de nueva energía generalmente tienen una eficiencia máxima máxima del 95% al ​​96%. En el futuro, con el desarrollo de componentes electrónicos como dispositivos eléctricos de tercera generación y la popularización de vehículos eléctricos con 800 V o incluso más con una plataforma de alto voltaje, se espera que la industria marque el comienzo de productos con una eficiencia máxima de más del 98%. .

A medida que aumenta la densidad de potencia de los módulos de carga, también conlleva mayores problemas de disipación de calor. En términos de disipación de calor de los módulos de carga, el método de disipación de calor principal actual en la industria es el enfriamiento por aire forzado, y también existen métodos como conductos cerrados de aire frío y enfriamiento por agua. La refrigeración por aire tiene las ventajas de un bajo costo y una estructura simple. Sin embargo, a medida que aumenta aún más la presión de disipación de calor, las desventajas de la capacidad limitada de disipación de calor y el alto ruido del enfriamiento por aire se harán aún más evidentes. Equipar el módulo de carga y la línea de pistola con refrigeración líquida se ha convertido en una solución importante. dirección técnica.

3. El progreso tecnológico acelera las oportunidades de desarrollo de la penetración de nuevas industrias energéticas.

En los últimos años, la nueva tecnología de la industria energética ha seguido avanzando y logrando avances, y el aumento de la tasa de penetración ha promovido el desarrollo continuo de la industria de módulos de carga ascendentes. El aumento significativo de la densidad de energía de la batería ha resuelto el problema de la autonomía de crucero insuficiente de los vehículos de nueva energía, y la aplicación de módulos de carga de alta potencia ha acortado considerablemente el tiempo de carga, acelerando así la penetración de vehículos de nueva energía y la construcción de pilas de carga de soporte. . En el futuro, se espera que la integración y la profundización de la aplicación de tecnologías como el almacenamiento óptico y la integración de carga y la integración de redes de vehículos V2G aceleren aún más la penetración de nuevas industrias energéticas y la popularización del consumo.

4. Panorama de competencia de la industria: la industria de los módulos de carga es totalmente competitiva y el espacio de mercado de productos es grande.

El módulo de carga es el componente central de las pilas de carga de CC. Con el aumento de la tasa de penetración de vehículos de nueva energía en todo el mundo, los consumidores están cada vez más preocupados por la autonomía y la comodidad de la carga. La demanda del mercado de pilas de carga rápida de CC se ha disparado y el mercado de operación de pilas de carga doméstica ha crecido desde los primeros días, State Grid era la fuerza principal en el desarrollo diversificado. Rápidamente surgieron varios operadores de capital social con capacidades operativas y de fabricación de equipos de carga. Los fabricantes nacionales de módulos de carga continuaron ampliando su escala de producción y ventas para la construcción de pilas de carga de soporte, y su competitividad integral continuó fortaleciéndose. .

En la actualidad, después de años de iteración de productos y desarrollo de módulos de carga, la competencia en la industria es suficiente. Los productos convencionales se están desarrollando hacia el alto voltaje y la alta densidad de potencia, y el espacio de mercado de productos es grande. Las empresas de la industria obtienen mayor participación de mercado y niveles de ganancias principalmente mejorando continuamente la topología del producto, los algoritmos de control, optimizando el hardware y los sistemas de producción, etc.

5. Tendencias de desarrollo de los módulos de carga de vehículos eléctricos

A medida que los módulos de carga marcan el comienzo de una enorme demanda en el mercado, la tecnología continúa desarrollándose hacia una alta densidad de potencia, un amplio rango de voltaje y una alta eficiencia de conversión.

1) Cambio impulsado por políticas a impulsado por la demanda

Con el fin de apoyar y promover el desarrollo de vehículos de nueva energía, la construcción de pilas de carga fue liderada principalmente por el gobierno en la etapa inicial y guió gradualmente el desarrollo de la industria hacia un modelo de conducción endógena a través de apoyo político. Desde 2021, el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía ha impuesto enormes exigencias a la construcción de instalaciones de soporte y pilas de carga. La industria de las pilas de carga está completando la transformación de estar impulsada por políticas a estar impulsada por la demanda.

Ante el creciente número de vehículos de nueva energía, además de aumentar la densidad del diseño de la pila de carga, el tiempo de carga debe acortarse aún más. Las pilas de carga de CC tienen velocidades de carga más rápidas y tiempos de carga más cortos, que son más adecuados para las necesidades de carga temporales y de emergencia de los usuarios de vehículos eléctricos, y pueden resolver eficazmente los problemas de ansiedad por el alcance de los vehículos eléctricos y la ansiedad por la carga. Por lo tanto, en los últimos años, la escala de mercado de la carga rápida de CC en pilas de carga de nueva construcción, especialmente en pilas de carga públicas, ha crecido rápidamente y se ha convertido en una tendencia generalizada en muchas ciudades centrales de China.

En resumen, por un lado, a medida que el número de vehículos de nueva energía sigue creciendo, es necesario mejorar continuamente la construcción de soporte de las pilas de carga. Por otro lado, los usuarios de vehículos eléctricos generalmente optan por la carga rápida de CC. Las pilas de carga de CC se han convertido en la tendencia principal y los módulos de carga también han entrado en la demanda. Una etapa del desarrollo en la que la atracción es la principal fuerza impulsora.

(2) Alta densidad de potencia, amplio rango de voltaje, alta eficiencia de conversión

La llamada carga rápida significa una alta potencia de carga. Por lo tanto, ante la creciente demanda de carga rápida, los módulos de carga continúan desarrollándose hacia la alta potencia. La alta potencia de la pila de carga se consigue de dos formas. Una es conectar múltiples módulos de carga en paralelo para lograr la superposición de energía; el otro es aumentar la potencia única del módulo de carga. Basado en las necesidades técnicas de aumentar la densidad de potencia, reducir el espacio y reducir la complejidad de la arquitectura eléctrica, aumentar la potencia de un solo módulo de carga es una tendencia de desarrollo a largo plazo. Los módulos de carga de mi país han pasado por tres generaciones de desarrollo, desde la primera generación de 7,5 kW hasta la segunda generación de 15/20 kW, y ahora se encuentran en el período de conversión de la segunda generación a la tercera generación de 30/40 kW. Los módulos de carga de alta potencia se han convertido en la corriente principal del mercado. Al mismo tiempo, basándose en el principio de diseño de miniaturización, la densidad de potencia de los módulos de carga también ha aumentado simultáneamente con el aumento del nivel de potencia.

Hay dos caminos para lograr una carga rápida de CC de mayor nivel de potencia: aumentar el voltaje y aumentar la corriente. Tesla adoptó por primera vez la solución de carga de alta corriente. La ventaja es que el costo de optimización de los componentes es menor, pero la corriente alta traerá una mayor pérdida de calor y mayores requisitos de disipación de calor, y los cables más gruesos reducen la conveniencia y promueven en menor medida. La solución de alto voltaje es aumentar el voltaje operativo máximo del módulo de carga. Actualmente es un modelo muy utilizado por los fabricantes de automóviles. Puede tener en cuenta las ventajas de reducir el consumo de energía, mejorar la duración de la batería, reducir el peso y ahorrar espacio. La solución de alto voltaje requiere que los vehículos eléctricos estén equipados con una plataforma de alto voltaje para admitir aplicaciones de carga rápida. Actualmente, la solución de carga rápida habitualmente utilizada por las empresas de automóviles es la plataforma de alto voltaje de 400V. Con la investigación y aplicación de la plataforma de voltaje de 800 V, se mejorará aún más el nivel de voltaje del módulo de carga.

La mejora de la eficiencia de conversión es un indicador técnico que siempre persiguen los módulos de carga. La mejora de la eficiencia de conversión significa una mayor eficiencia de carga y menores pérdidas. En la actualidad, la eficiencia máxima máxima de los módulos de carga es generalmente del 95% al ​​96%. En el futuro, con el desarrollo de componentes electrónicos como dispositivos de energía de tercera generación y el voltaje de salida de los módulos de carga avanzando hacia 800 V o incluso 1000 V, la eficiencia de conversión mejorará aún más.

(3) Aumenta el valor de los módulos de carga de vehículos eléctricos

El módulo de carga es el componente central de la pila de carga de CC y representa aproximadamente el 50% del costo del hardware de la pila de carga. La mejora de la eficiencia de carga en el futuro depende principalmente de la mejora del rendimiento de los módulos de carga. Por un lado, más módulos de carga conectados en paralelo aumentarán directamente el valor del módulo de carga; por otro lado, la mejora del nivel de potencia y la densidad de potencia del módulo de carga único depende del diseño optimizado de los circuitos de hardware y del software de control, así como de la tecnología de los componentes clave. Avances, estas son tecnologías clave para mejorar la potencia de toda la pila de carga, lo que aumentará aún más el valor del módulo de carga.

6. Barreras técnicas en la industria de los módulos de carga de energía para vehículos eléctricos

La tecnología de suministro de energía es una materia interdisciplinaria que integra tecnología de topología de circuitos, tecnología digital, tecnología magnética, tecnología de componentes, tecnología de semiconductores y tecnología de diseño térmico. Es una industria intensiva en tecnología. Como corazón de la pila de carga de CC, el módulo de carga determina directamente la eficiencia de carga, la estabilidad operativa, la seguridad y la confiabilidad de la pila de carga, y su importancia y valor son sobresalientes. Un producto requiere una gran inversión de recursos y profesionales desde la investigación y el desarrollo de tecnología hasta la aplicación terminal. La forma de seleccionar los componentes electrónicos y el diseño, la actualización e iteración del algoritmo de software, la comprensión precisa de los escenarios de aplicación y las capacidades maduras de la plataforma de prueba y control de calidad afectarán la calidad y la estabilidad del producto y tendrán un impacto directo. Es difícil para los nuevos participantes en la industria acumular diversas tecnologías, personal y datos de escenarios de aplicaciones en un corto período de tiempo, y tienen altas barreras técnicas.