روند فرصت‌های توسعه صنعت ماژول شارژ خودروهای انرژی جدید

۱. مروری بر توسعه صنعت ماژول شارژ

ماژول‌های شارژ، هسته اصلی شمع‌های شارژ DC برای خودروهای انرژی نو هستند. با افزایش نرخ نفوذ و مالکیت خودروهای انرژی نو در چین، تقاضا برای شمع‌های شارژ نیز در حال افزایش است. شارژ خودروهای انرژی نو به شارژ آهسته AC و شارژ سریع DC تقسیم می‌شود. شارژ سریع DC دارای ویژگی‌های ولتاژ بالا، توان بالا و شارژ سریع است. با توجه به اینکه بازار به دنبال راندمان شارژ است، مقیاس بازار شمع‌های شارژ سریع DC و ماژول‌های شارژ همچنان در حال گسترش است.

۲. سطح فنی و ویژگی‌های صنعت ماژول شارژ خودروهای برقی

صنعت ماژول شارژر خودروهای برقی پیلی با انرژی جدید در حال حاضر دارای ویژگی‌های فنی مانند توان بالا، فرکانس بالا، کوچک‌سازی، راندمان تبدیل بالا و دامنه ولتاژ گسترده است.

از نظر توان ماژول تکی، صنعت ماژول شارژ شمعی با انرژی جدید، توسعه محصول اصلی 7.5 کیلووات در سال 2014، جریان ثابت 20 آمپر و 15 کیلووات در سال 2015 و توان ثابت 25 آمپر و 15 کیلووات در سال 2016 را تجربه کرده است. ماژول‌های شارژ کاربردی اصلی فعلی 20 کیلووات و 30 کیلووات هستند. راه‌حل‌های تک ماژولی و تبدیل به راه‌حل‌های تک ماژولی منبع تغذیه شمعی با انرژی جدید 40 کیلوواتی. ماژول‌های شارژ با توان بالا در آینده به یک روند توسعه بازار تبدیل شده‌اند.

از نظر ولتاژ خروجی، شبکه برق ایالتی نسخه ۲۰۱۷ «استانداردهای تأیید صلاحیت و توانایی برای تأمین‌کنندگان تجهیزات شارژ خودروهای الکتریکی» را منتشر کرد که بیان می‌کند محدوده ولتاژ خروجی شارژرهای DC، ۲۰۰ تا ۷۵۰ ولت است و ولتاژ توان ثابت حداقل محدوده‌های ۴۰۰ تا ۵۰۰ ولت و ۶۰۰ تا ۷۵۰ ولت را پوشش می‌دهد. بنابراین، همه تولیدکنندگان ماژول عموماً ماژول‌هایی را برای ۲۰۰ تا ۷۵۰ ولت طراحی می‌کنند و نیازهای توان ثابت را برآورده می‌کنند. با افزایش محدوده پیمایش خودروهای الکتریکی و تقاضای کاربران خودروهای انرژی نو برای کاهش زمان شارژ، این صنعت معماری شارژ فوق سریع ۸۰۰ ولتی را پیشنهاد کرده است و برخی از شرکت‌ها به عرضه ماژول‌های شارژ شمعی DC با محدوده ولتاژ خروجی وسیع ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت دست یافته‌اند.

از نظر فرکانس بالا و کوچک‌سازی ماژول‌های شارژ، توان ماژول‌های تک ماشینه منابع تغذیه شمعی شارژ انرژی نو افزایش یافته است، اما حجم آن نمی‌تواند به طور متناسب گسترش یابد. بنابراین، افزایش فرکانس سوئیچینگ و ادغام اجزای مغناطیسی به ابزارهای مهمی برای افزایش چگالی توان تبدیل شده‌اند.

از نظر راندمان ماژول شارژ، شرکت‌های بزرگ در صنعت ماژول شارژ پیل انرژی جدید، عموماً حداکثر راندمان ۹۵ تا ۹۶ درصد را دارند. در آینده، با توسعه قطعات الکترونیکی مانند دستگاه‌های قدرت نسل سوم و رواج خودروهای برقی با ۸۰۰ ولت یا حتی بالاتر و پلتفرم ولتاژ بالا، انتظار می‌رود این صنعت محصولاتی با راندمان اوج بیش از ۹۸ درصد را روانه بازار کند.

با افزایش چگالی توان ماژول‌های شارژ، مشکلات اتلاف حرارت بیشتری نیز به همراه دارد. از نظر اتلاف حرارت ماژول‌های شارژ، روش اصلی فعلی اتلاف حرارت در صنعت، خنک‌سازی با هوای اجباری است و روش‌هایی مانند مجاری هوای سرد بسته و خنک‌سازی با آب نیز وجود دارد. خنک‌سازی با هوا مزایای هزینه کم و ساختار ساده را دارد. با این حال، با افزایش بیشتر فشار اتلاف حرارت، معایب خنک‌سازی با هوا، ظرفیت محدود اتلاف حرارت و سر و صدای زیاد، بیشتر آشکار می‌شود. تجهیز ماژول شارژ و خط تفنگ به خنک‌کننده مایع به یک راه‌حل اصلی تبدیل شده است. جهت فنی.

۳. پیشرفت فناوری، فرصت‌های توسعه نفوذ در صنعت انرژی‌های نو را تسریع می‌کند

در سال‌های اخیر، فناوری صنعت انرژی‌های نو به پیشرفت و موفقیت‌های چشمگیری دست یافته است و افزایش نرخ نفوذ، توسعه مداوم صنعت ماژول‌های شارژ بالادستی را ارتقا داده است. افزایش قابل توجه چگالی انرژی باتری، مشکل برد ناکافی خودروهای انرژی نو را حل کرده است و استفاده از ماژول‌های شارژ پرقدرت، زمان شارژ را تا حد زیادی کاهش داده است، در نتیجه نفوذ خودروهای انرژی نو و ساخت شمع‌های شارژ پشتیبان را تسریع کرده است. در آینده، انتظار می‌رود ادغام و تعمیق کاربرد فناوری‌هایی مانند ذخیره‌سازی نوری و ادغام شارژ و ادغام شبکه خودرو V2G، نفوذ صنایع انرژی نو و محبوبیت مصرف را بیشتر تسریع کند.

۴. چشم‌انداز رقابت در صنعت: صنعت ماژول شارژ کاملاً رقابتی است و فضای بازار محصول آن وسیع است.

ماژول شارژ، جزء اصلی شمع‌های شارژ DC است. با افزایش نرخ نفوذ خودروهای انرژی جدید در سراسر جهان، مصرف‌کنندگان به طور فزاینده‌ای نگران برد شارژ و راحتی شارژ هستند. تقاضای بازار برای شمع‌های شارژ سریع DC به شدت افزایش یافته است و بازار عملیات شمع شارژ داخلی از اوایل دهه 1970 رشد کرده است. در روزهای اولیه، شبکه دولتی نیروی اصلی در توسعه متنوع بود. تعدادی از اپراتورهای سرمایه اجتماعی با قابلیت‌های تولید و بهره‌برداری از تجهیزات شمع شارژ به سرعت ظهور کردند. تولیدکنندگان داخلی ماژول شارژ به گسترش مقیاس تولید و فروش خود برای ساخت شمع‌های شارژ پشتیبان ادامه دادند و رقابت‌پذیری جامع آنها همچنان تقویت شد.

در حال حاضر، پس از سال‌ها تکرار محصول و توسعه ماژول‌های شارژ، رقابت در صنعت کافی است. محصولات اصلی در جهت ولتاژ بالا و چگالی توان بالا در حال توسعه هستند و فضای بازار محصول بزرگ است. شرکت‌های فعال در این صنعت عمدتاً با بهبود مداوم توپولوژی محصول، الگوریتم‌های کنترل، بهینه‌سازی سخت‌افزار و سیستم‌های تولید و غیره، سهم بازار و سطح سود بالاتری را به دست می‌آورند.

۵. روند توسعه ماژول‌های شارژ خودروهای برقی

از آنجایی که ماژول‌های شارژ، تقاضای زیادی در بازار ایجاد می‌کنند، فناوری همچنان به سمت چگالی توان بالا، محدوده ولتاژ گسترده و راندمان تبدیل بالا در حال توسعه است.

۱) تغییر از سیاست به تقاضا محور

به منظور حمایت و ترویج توسعه خودروهای انرژی نو، ساخت شمع‌های شارژ در مراحل اولیه عمدتاً توسط دولت هدایت می‌شد و به تدریج از طریق حمایت سیاستی، توسعه صنعت را به سمت یک مدل محرک درون‌زا هدایت کرد. از سال 2021، توسعه سریع خودروهای انرژی نو، تقاضاهای زیادی را برای ساخت تأسیسات پشتیبانی و شمع‌های شارژ ایجاد کرده است. صنعت شمع شارژ در حال تکمیل تحول از سیاست‌محور به تقاضامحور است.

با توجه به افزایش تعداد خودروهای انرژی نو، علاوه بر افزایش تراکم چیدمان ایستگاه‌های شارژ، زمان شارژ نیز باید بیشتر کوتاه شود. ایستگاه‌های شارژ DC سرعت شارژ سریع‌تر و زمان شارژ کوتاه‌تری دارند که برای نیازهای شارژ موقت و اضطراری کاربران خودروهای الکتریکی مناسب‌تر هستند و می‌توانند به طور مؤثر مشکلات مربوط به اضطراب برد مسافتی خودروهای الکتریکی و اضطراب شارژ را حل کنند. بنابراین، در سال‌های اخیر، مقیاس بازار شارژ سریع DC در ایستگاه‌های شارژ تازه ساخته شده، به ویژه ایستگاه‌های شارژ عمومی، به سرعت رشد کرده و به یک روند اصلی در بسیاری از شهرهای اصلی چین تبدیل شده است.

خلاصه اینکه، از یک سو، با افزایش تعداد خودروهای انرژی نو، ساختار نگهدارنده‌ی پایه‌های شارژ باید به طور مداوم بهبود یابد. از سوی دیگر، کاربران خودروهای الکتریکی عموماً به دنبال شارژ سریع DC هستند. پایه‌های شارژ DC به روند اصلی تبدیل شده‌اند و ماژول‌های شارژ نیز مورد تقاضا قرار گرفته‌اند. مرحله‌ای از توسعه که در آن کشش، نیروی محرکه‌ی اصلی است.

(2) چگالی توان بالا، محدوده ولتاژ وسیع، راندمان تبدیل بالا

اصطلاح شارژ سریع به معنای توان شارژ بالا است. بنابراین، با توجه به تقاضای روزافزون برای شارژ سریع، ماژول‌های شارژ همچنان در جهت توان بالا در حال توسعه هستند. توان بالای شمع شارژ از دو طریق حاصل می‌شود. یکی اتصال چندین ماژول شارژ به صورت موازی برای دستیابی به برهم‌نهی توان است؛ دیگری افزایش توان واحد ماژول شارژ. بر اساس نیازهای فنی افزایش چگالی توان، کاهش فضا و کاهش پیچیدگی معماری الکتریکی، افزایش توان یک ماژول شارژ واحد یک روند توسعه بلندمدت است. ماژول‌های شارژ کشور من سه نسل توسعه را پشت سر گذاشته‌اند، از نسل اول ۷.۵ کیلووات به نسل دوم ۱۵/۲۰ کیلووات، و اکنون در دوره تبدیل از نسل دوم به نسل سوم ۳۰/۴۰ کیلووات هستند. ماژول‌های شارژ پرقدرت به جریان اصلی بازار تبدیل شده‌اند. در عین حال، بر اساس اصل طراحی کوچک‌سازی، چگالی توان ماژول‌های شارژ نیز همزمان با افزایش سطح توان افزایش یافته است.

دو مسیر برای دستیابی به شارژ سریع DC با سطح توان بالاتر وجود دارد: افزایش ولتاژ و افزایش جریان. راهکار شارژ با جریان بالا اولین بار توسط تسلا اتخاذ شد. مزیت آن این است که هزینه بهینه‌سازی قطعات کمتر است، اما جریان بالا باعث اتلاف حرارت بیشتر و الزامات بالای اتلاف حرارت می‌شود و سیم‌های ضخیم‌تر راحتی را کاهش می‌دهند و به میزان کمتری ارتقا می‌دهند. راهکار ولتاژ بالا، افزایش حداکثر ولتاژ عملیاتی ماژول شارژ است. در حال حاضر، این مدل به طور معمول توسط تولیدکنندگان خودرو استفاده می‌شود. این مدل می‌تواند مزایای کاهش مصرف انرژی، بهبود عمر باتری، کاهش وزن و صرفه‌جویی در فضا را در نظر بگیرد. راهکار ولتاژ بالا مستلزم آن است که خودروهای الکتریکی به یک پلتفرم ولتاژ بالا برای پشتیبانی از برنامه‌های شارژ سریع مجهز شوند. در حال حاضر، راهکار شارژ سریع که معمولاً توسط شرکت‌های خودروسازی استفاده می‌شود، پلتفرم ولتاژ بالای ۴۰۰ ولت است. با تحقیق و کاربرد پلتفرم ولتاژ ۸۰۰ ولت، سطح ولتاژ ماژول شارژ بیشتر بهبود خواهد یافت.

بهبود راندمان تبدیل، یک شاخص فنی است که ماژول‌های شارژ همیشه به دنبال آن هستند. بهبود راندمان تبدیل به معنای راندمان شارژ بالاتر و تلفات کمتر است. در حال حاضر، حداکثر راندمان اوج ماژول‌های شارژ عموماً ۹۵٪ تا ۹۶٪ است. در آینده، با توسعه قطعات الکترونیکی مانند دستگاه‌های قدرت نسل سوم و افزایش ولتاژ خروجی ماژول‌های شارژ به ۸۰۰ ولت یا حتی ۱۰۰۰ ولت، راندمان تبدیل بیشتر بهبود خواهد یافت.

(3) ارزش ماژول‌های شارژ خودروهای برقی افزایش می‌یابد

ماژول شارژ، جزء اصلی پیل شارژ DC است که حدود ۵۰٪ از هزینه سخت‌افزار پیل شارژ را تشکیل می‌دهد. بهبود راندمان شارژ در آینده عمدتاً به بهبود عملکرد ماژول‌های شارژ بستگی دارد. از یک طرف، ماژول‌های شارژ بیشتر که به صورت موازی متصل شده‌اند، مستقیماً ارزش ماژول شارژ را افزایش می‌دهند. از طرف دیگر، بهبود سطح توان و چگالی توان ماژول شارژ واحد به طراحی بهینه مدارهای سخت‌افزاری و نرم‌افزار کنترل و همچنین فناوری اجزای کلیدی بستگی دارد. پیشرفت‌های چشمگیر، فناوری‌های کلیدی برای بهبود توان کل پیل شارژ هستند که ارزش ماژول شارژ را بیشتر افزایش می‌دهد.

۶. موانع فنی در صنعت ماژول شارژ خودروهای برقی

فناوری منبع تغذیه یک موضوع میان‌رشته‌ای است که فناوری توپولوژی مدار، فناوری دیجیتال، فناوری مغناطیسی، فناوری قطعات، فناوری نیمه‌هادی و فناوری طراحی حرارتی را ادغام می‌کند. این یک صنعت فناوری‌محور است. ماژول شارژ، به عنوان قلب پیل شارژ DC، مستقیماً راندمان شارژ، پایداری عملیاتی، ایمنی و قابلیت اطمینان پیل شارژ را تعیین می‌کند و اهمیت و ارزش آن برجسته است. یک محصول نیاز به سرمایه‌گذاری زیادی از منابع و متخصصان از تحقیق و توسعه فناوری تا کاربرد ترمینال دارد. نحوه انتخاب قطعات الکترونیکی و چیدمان، ارتقاء و تکرار الگوریتم نرم‌افزار، درک دقیق سناریوهای کاربرد و قابلیت‌های پلتفرم کنترل کیفیت و آزمایش بالغ، همگی بر کیفیت و پایداری محصول تأثیر مستقیم دارند. برای تازه‌واردان به این صنعت، جمع‌آوری داده‌های مختلف فناوری‌ها، پرسنل و سناریوهای کاربرد در مدت زمان کوتاه دشوار است و موانع فنی بالایی دارند.