Tendencia de oportunidades de desenvolvemento da industria de módulos de carga de vehículos de nova enerxía

1. Visión xeral do desenvolvemento da industria dos módulos de carga

Os módulos de carga son o núcleo das pilas de carga de CC para vehículos de novas enerxías. A medida que a taxa de penetración e a propiedade de vehículos de novas enerxías na China seguen a aumentar, a demanda de pilas de carga tamén está a aumentar. A carga de vehículos de novas enerxías divídese en carga lenta de CA e carga rápida de CC. A carga rápida de CC ten as características de alta tensión, alta potencia e carga rápida. A medida que o mercado busca a eficiencia da carga, a escala de mercado das pilas de carga rápida de CC e os módulos de carga continúa a expandirse.

2. Nivel técnico e características da industria de módulos de carga para vehículos eléctricos

A nova industria de módulos de carga de vehículos enerxéticos (EV) ten actualmente características técnicas como alta potencia dun só módulo, alta frecuencia, miniaturización, alta eficiencia de conversión e amplo rango de tensión.

En termos de potencia de módulo único, a nova industria de módulos de carga de pilas de carga de enerxía experimentou o desenvolvemento de produtos principais de 7,5 kW en 2014, corrente constante de 20 A e 15 kW en 2015 e potencia constante de 25 A e 15 kW en 2016. Os módulos de carga de aplicación principal actuais son de 20 kW e 30 kW. Solucións de módulo único e conversión a novas solucións de módulo único de alimentación de pilas de carga de enerxía de 40 kW. Os módulos de carga de alta potencia convertéronse nunha tendencia de desenvolvemento do mercado no futuro.

En canto á tensión de saída, State Grid publicou a versión de 2017 das "Normas de verificación de cualificación e capacidade para provedores de equipos de carga de vehículos eléctricos", na que se afirma que o rango de tensión de saída dos cargadores de CC é de 200-750 V, e que a tensión de potencia constante abrangue polo menos os rangos de 400-500 V e 600-750 V. Polo tanto, todos os fabricantes de módulos xeralmente deseñan módulos para 200-750 V e cumpren os requisitos de potencia constante. Co aumento da autonomía dos vehículos eléctricos e a demanda dos usuarios de vehículos de nova enerxía para reducir o tempo de carga, a industria propuxo unha arquitectura de carga superrápida de 800 V, e algunhas empresas decatáronse de que subministran módulos de carga de pila de CC cun amplo rango de tensión de saída de 200-1000 V.

En termos de alta frecuencia e miniaturización dos módulos de carga, a potencia dos módulos de máquina única das novas fontes de alimentación de pilas de carga de enerxía aumentou, pero o seu volume non se pode expandir proporcionalmente. Polo tanto, aumentar a frecuencia de conmutación e integrar compoñentes magnéticos convertéronse en medios importantes para aumentar a densidade de potencia.

En termos de eficiencia dos módulos de carga, as principais empresas da nova industria de módulos de carga de pilas de carga de enerxía xeralmente teñen unha eficiencia máxima máxima do 95 % ao 96 %. No futuro, co desenvolvemento de compoñentes electrónicos como os dispositivos de alimentación de terceira xeración e a popularización de vehículos eléctricos con 800 V ou incluso máis cunha plataforma de alta tensión, espérase que a industria dea comezo a produtos cunha eficiencia máxima de máis do 98 %.

A medida que aumenta a densidade de potencia dos módulos de carga, tamén se producen maiores problemas de disipación de calor. En canto á disipación de calor dos módulos de carga, o método de disipación de calor máis común na industria é o arrefriamento por aire forzado, e tamén existen métodos como os condutos de aire frío pechados e o arrefriamento por auga. O arrefriamento por aire ten as vantaxes dun baixo custo e unha estrutura sinxela. Non obstante, a medida que a presión de disipación de calor aumenta aínda máis, as desvantaxes da limitada capacidade de disipación de calor e o alto ruído do arrefriamento por aire faranse aínda máis evidentes. Equipar o módulo de carga e a liña de pistolas con arrefriamento líquido converteuse nunha solución importante na dirección técnica.

3. O progreso tecnolóxico acelera as oportunidades de desenvolvemento da nova penetración da industria enerxética

Nos últimos anos, as novas tecnoloxías da industria enerxética continuaron a progresar e a xerar grandes avances, e o aumento da taxa de penetración promoveu o desenvolvemento continuo da industria dos módulos de carga augas arriba. O aumento significativo da densidade de enerxía da batería solucionou o problema da autonomía insuficiente dos vehículos de novas enerxías, e a aplicación de módulos de carga de alta potencia acurtou considerablemente o tempo de carga, o que acelera a penetración dos vehículos de novas enerxías e a construción de pilas de carga de apoio. No futuro, espérase que a integración e a profundización na aplicación de tecnoloxías como o almacenamento óptico e a integración da carga e a integración da rede de vehículos V2G aceleren aínda máis a penetración das novas industrias enerxéticas e a popularización do consumo.

4. Panorama da competencia na industria: A industria dos módulos de carga é totalmente competitiva e o espazo de mercado do produto é amplo.

O módulo de carga é o compoñente central das pilas de carga de CC. Co aumento da taxa de penetración dos vehículos de novas enerxías en todo o mundo, os consumidores están cada vez máis preocupados pola autonomía de carga e a comodidade de carga. A demanda do mercado de pilas de carga rápida de CC disparouse e o mercado doméstico de operacións de pilas de carga creceu desde os primeiros tempos, State Grid foi a principal forza no desenvolvemento diversificado. Xurdiron rapidamente varios operadores de capital social con capacidades de fabricación e operación de equipos de pilas de carga. Os fabricantes nacionais de módulos de carga continuaron a expandir a súa produción e escala de vendas para a construción de pilas de carga de soporte, e a súa competitividade global continuou a fortalecerse.

Na actualidade, tras anos de iteración de produtos e desenvolvemento de módulos de carga, a competencia na industria é suficiente. Os produtos convencionais están a desenvolverse na dirección da alta tensión e a alta densidade de potencia, e o espazo de mercado do produto é amplo. As empresas da industria obteñen principalmente unha maior cota de mercado e niveis de beneficio mellorando continuamente a topoloxía do produto, os algoritmos de control, a optimización do hardware e os sistemas de produción, etc.

5. Tendencias de desenvolvemento dos módulos de carga de vehículos eléctricos

A medida que os módulos de carga dan paso a unha enorme demanda no mercado, a tecnoloxía continúa a desenvolverse cara a unha alta densidade de potencia, un amplo rango de tensión e unha alta eficiencia de conversión.

1) Cambio impulsado polas políticas a impulsado pola demanda

Co fin de apoiar e promover o desenvolvemento de vehículos de nova enerxía, a construción de pilas de carga foi liderada principalmente polo goberno na fase inicial e, gradualmente, guiou o desenvolvemento da industria cara a un modelo de condución endóxeno mediante o apoio político. Desde 2021, o rápido desenvolvemento de vehículos de nova enerxía supuxo unha enorme demanda para a construción de instalacións de apoio e pilas de carga. A industria das pilas de carga está a completar a transformación dunha impulsada polas políticas a unha impulsada pola demanda.

Ante o crecente número de vehículos de novas enerxías, ademais de aumentar a densidade da disposición das pilas de carga, o tempo de carga debe acurtarse aínda máis. As pilas de carga de CC teñen velocidades de carga máis rápidas e tempos de carga máis curtos, o que é máis axeitado para as necesidades de carga temporais e de emerxencia dos usuarios de vehículos eléctricos e pode resolver eficazmente os problemas de ansiedade pola autonomía dos vehículos eléctricos e ansiedade pola carga. Polo tanto, nos últimos anos, a escala de mercado da carga rápida de CC en pilas de carga de nova construción, especialmente pilas de carga públicas, creceu rapidamente e converteuse nunha tendencia xeral en moitas cidades principais da China.

En resumo, por unha banda, a medida que o número de vehículos de novas enerxías continúa a medrar, a construción de soporte das pilas de carga debe mellorar continuamente. Por outra banda, os usuarios de vehículos eléctricos xeralmente buscan a carga rápida de CC. As pilas de carga de CC convertéronse na tendencia xeral e os módulos de carga tamén entraron na demanda. Unha etapa de desenvolvemento na que a tracción é a principal forza motriz.

(2) Alta densidade de potencia, amplo rango de tensión, alta eficiencia de conversión

A chamada carga rápida significa alta potencia de carga. Polo tanto, baixo a crecente demanda de carga rápida, os módulos de carga continúan a desenvolverse na dirección da alta potencia. A alta potencia da pila de carga conséguese de dúas maneiras. Unha é conectar varios módulos de carga en paralelo para lograr a superposición de potencia; a outra é aumentar a potencia individual do módulo de carga. Baseándose nas necesidades técnicas de aumentar a densidade de potencia, reducir o espazo e reducir a complexidade da arquitectura eléctrica, aumentar a potencia dun só módulo de carga é unha tendencia de desenvolvemento a longo prazo. Os módulos de carga do meu país pasaron por tres xeracións de desenvolvemento, desde a primeira xeración de 7,5 kW ata a segunda xeración de 15/20 kW, e agora están no período de conversión da segunda xeración á terceira xeración de 30/40 kW. Os módulos de carga de alta potencia convertéronse na corrente principal do mercado. Ao mesmo tempo, baseándose no principio de deseño da miniaturización, a densidade de potencia dos módulos de carga tamén aumentou simultaneamente co aumento do nivel de potencia.

Hai dous camiños para conseguir unha carga rápida de CC de maior nivel de potencia: aumentar a tensión e aumentar a corrente. A solución de carga de alta corrente foi adoptada por primeira vez por Tesla. A vantaxe é que o custo da optimización dos compoñentes é menor, pero unha corrente alta traerá unha maior perda de calor e altos requisitos para a disipación de calor, e os cables máis grosos reducen a comodidade e promoven en menor medida. A solución de alta tensión consiste en aumentar a tensión máxima de funcionamento do módulo de carga. Actualmente é un modelo de uso común polos fabricantes de automóbiles. Pode ter en conta as vantaxes de reducir o consumo de enerxía, mellorar a duración da batería, reducir o peso e aforrar espazo. A solución de alta tensión require que os vehículos eléctricos estean equipados cunha plataforma de alta tensión para soportar aplicacións de carga rápida. Actualmente, a solución de carga rápida que usan habitualmente as empresas de automóbiles é a plataforma de alta tensión de 400 V. Coa investigación e aplicación da plataforma de tensión de 800 V, o nivel de tensión do módulo de carga mellorará aínda máis.

A mellora da eficiencia da conversión é un indicador técnico que os módulos de carga sempre buscan. A mellora da eficiencia da conversión significa unha maior eficiencia de carga e menores perdas. Na actualidade, a eficiencia máxima dos módulos de carga é xeralmente do 95 % ao 96 %. No futuro, co desenvolvemento de compoñentes electrónicos como os dispositivos de alimentación de terceira xeración e a tensión de saída dos módulos de carga que se moverá cara aos 800 V ou incluso aos 1000 V, a eficiencia da conversión mellorará aínda máis.

(3) O valor dos módulos de carga de vehículos eléctricos aumenta

O módulo de carga é o compoñente central da pila de carga de CC, representando arredor do 50 % do custo do hardware da pila de carga. A mellora da eficiencia da carga no futuro depende principalmente da mellora do rendemento dos módulos de carga. Por unha banda, máis módulos de carga conectados en paralelo aumentarán directamente o valor do módulo de carga; por outra banda, a mellora do nivel de potencia e a densidade de potencia dun único módulo de carga depende do deseño optimizado dos circuítos de hardware e o software de control, así como da tecnoloxía dos compoñentes clave. Estes avances son tecnoloxías clave para mellorar a potencia de toda a pila de carga, o que aumentará aínda máis o valor do módulo de carga.

6. Barreiras técnicas na industria dos módulos de carga de enerxía para vehículos eléctricos

A tecnoloxía de subministración de enerxía é unha materia interdisciplinaria que integra a tecnoloxía de topoloxía de circuítos, a tecnoloxía dixital, a tecnoloxía magnética, a tecnoloxía de compoñentes, a tecnoloxía de semicondutores e a tecnoloxía de deseño térmico. É unha industria con uso intensivo de tecnoloxía. Como corazón da pila de carga de CC, o módulo de carga determina directamente a eficiencia de carga, a estabilidade operativa, a seguridade e a fiabilidade da pila de carga, e a súa importancia e valor son excepcionais. Un produto require un gran investimento de recursos e profesionais, desde a investigación e o desenvolvemento tecnolóxico ata a aplicación de terminais. A selección de compoñentes electrónicos e o deseño, a actualización e iteración do algoritmo de software, a comprensión precisa dos escenarios de aplicación e as capacidades maduras da plataforma de control de calidade e probas afectarán a calidade e a estabilidade do produto, que teñen un impacto directo. É difícil para os novos participantes na industria acumular diversas tecnoloxías, persoal e datos de escenarios de aplicacións nun curto período de tempo, e teñen altas barreiras técnicas.