מגמת הזדמנות פיתוח חדשה של מודולי טעינה לרכבי אנרגיה

1. סקירה כללית של התפתחות תעשיית מודולי הטעינה

מודולי טעינה הם הליבה של ערימות טעינה DC עבור כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה. ככל ששיעור החדירה והבעלות על כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה בסין ממשיכים לעלות, הביקוש לערימות טעינה הולך וגובר. טעינת כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה מחולקת לטעינה איטית AC וטעינה מהירה DC. לטעינה מהירה DC ​​יש מאפיינים של מתח גבוה, הספק גבוה וטעינה מהירה. ככל שהשוק שואף ליעילות טעינה, היקף השוק של ערימות טעינה מהירה DC ​​ומודולי טעינה ממשיך להתרחב.

2. רמה טכנית ומאפיינים של תעשיית מודולי טעינת הרכבים החשמליים

לתעשיית מודולי טעינת רכבי אנרגיה חדשים יש כיום תכונות טכניות כגון מודול בודד בעל הספק גבוה, תדר גבוה, מזעור, יעילות המרה גבוהה וטווח מתח רחב.

מבחינת הספק מודול בודד, תעשיית מודולי הטעינה של ערימת טעינה חדשה חוותה פיתוח מוצרים מרכזיים של 7.5 קילוואט בשנת 2014, זרם קבוע של 20A ו-15 קילוואט בשנת 2015, והספק קבוע של 25A ו-15 קילוואט בשנת 2016. מודולי הטעינה הנוכחיים ליישומים מרכזיים הם 20 קילוואט ו-30 קילוואט. פתרונות מודול בודד והמרה לפתרונות מודול בודד של ערימת טעינה חדשה של 40 קילוואט. מודולי טעינה בעלי הספק גבוה הפכו למגמת פיתוח שוק בעתיד.

מבחינת מתח יציאה, פרסמה רשת החשמל הממלכתית את גרסת 2017 של "תקני אימות הסמכה ויכולת לספקי ציוד טעינה לרכבים חשמליים" לפיה טווח מתח היציאה של מטעני DC הוא 200-750V, ומתח ההספק הקבוע מכסה לפחות את הטווחים 400-500V ו-600-750V. לכן, כל יצרני המודולים מתכננים בדרך כלל מודולים עבור 200-750V ועומדים בדרישות הספק קבוע. עם העלייה בטווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים והדרישה של משתמשי רכבי אנרגיה חדשים להפחית את זמן הטעינה, התעשייה הציעה ארכיטקטורת טעינה סופר מהירה של 800V, וכמה חברות הבינו את אספקת מודולי טעינה של ערימת טעינה DC עם טווח מתח יציאה רחב של 200-1000V.

מבחינת תדר גבוה ומזעור של מודולי טעינה, ההספק של מודולי מכונה בודדת של ספקי כוח חדשים לטעינת אנרגיה גדל, אך לא ניתן להרחיב את נפחם באופן פרופורציונלי. לכן, הגדלת תדר המיתוג ושילוב רכיבים מגנטיים הפכו לאמצעים חשובים להגדלת צפיפות ההספק.

מבחינת יעילות מודולי טעינה, לחברות הגדולות בתעשיית מודולי טעינה חדשים לאנרגיה יש בדרך כלל יעילות שיא מקסימלית של 95%-96%. בעתיד, עם פיתוח רכיבים אלקטרוניים כמו התקני חשמל מהדור השלישי והפופולריות של כלי רכב חשמליים עם מתח של 800 וולט ומעלה עם פלטפורמת מתח גבוה, צפוי שהתעשייה תביא למוצרים עם יעילות שיא של יותר מ-98%.

ככל שצפיפות ההספק של מודולי הטעינה עולה, הדבר מביא גם לבעיות פיזור חום גדולות יותר. מבחינת פיזור חום של מודולי טעינה, שיטת פיזור החום המרכזית הנוכחית בתעשייה היא קירור אוויר מאולץ, וישנן גם שיטות כמו צינורות אוויר קר סגורים וקירור מים. לקירור אוויר יש יתרונות של עלות נמוכה ומבנה פשוט. עם זאת, ככל שלחץ פיזור החום עולה עוד יותר, החסרונות של קיבולת פיזור החום המוגבלת של קירור האוויר והרעש הגבוה יתבהרו עוד יותר. ציוד מודול הטעינה וקו האקדח בקירור נוזלי הפך לפתרון טכני עיקרי.

3. התקדמות טכנולוגית מאיצה את הזדמנויות הפיתוח של חדירת תעשיות אנרגיה חדשות

בשנים האחרונות, טכנולוגיות חדשות בתעשיית האנרגיה המשיכו להתקדם ולראות פריצות דרך, והעלייה בקצב החדירה קידמה את הפיתוח המתמשך של תעשיית מודולי הטעינה במעלה הזרם. העלייה המשמעותית בצפיפות האנרגיה של הסוללות פתרה את בעיית טווח השיוט הלא מספק של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה, ויישום מודולי טעינה בעלי הספק גבוה קיצר מאוד את זמן הטעינה, ובכך האיץ את חדירתם של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה ואת בניית ערימות טעינה תומכות. בעתיד, שילוב והעמקת היישום של טכנולוגיות כגון אחסון אופטי ושילוב טעינה ושילוב רשתות רכב V2G צפויים להאיץ עוד יותר את חדירתן של תעשיות אנרגיה חדשות ואת הפופולריות של הצריכה.

4. נוף התחרות בתעשייה: תעשיית מודולי הטעינה תחרותית לחלוטין ושוק המוצרים גדול.

מודול הטעינה הוא המרכיב המרכזי של ערימות טעינה DC. עם העלייה בקצב החדירה של כלי רכב אנרגיה חדשים ברחבי העולם, הצרכנים מודאגים יותר ויותר לגבי טווח הטעינה ונוחות הטעינה. הביקוש בשוק לערימות טעינה מהירות DC התפוצץ, ושוק תפעול ערימות הטעינה הביתיות גדל מ... בימים הראשונים, רשת החשמל הממלכתית הייתה הכוח העיקרי בפיתוח מגוון. מספר מפעילי הון חברתי עם יכולות ייצור ותפעול של ציוד ערימות טעינה צצו במהירות. יצרני מודולי טעינה מקומיים המשיכו להרחיב את היקף הייצור והמכירות שלהם לבניית ערימות טעינה תומכות, והתחרותיות המקיפה שלהם המשיכה להתחזק.

כיום, לאחר שנים של איטרציה של מוצרים ופיתוח של מודולי טעינה, התחרות בתעשייה מספקת. מוצרים מיינסטרים מתפתחים לכיוון של מתח גבוה וצפיפות הספק גבוהה, ומרחב השוק של המוצרים גדול. ארגונים בתעשייה משיגים נתח שוק ורמות רווח גבוהות יותר בעיקר על ידי שיפור מתמיד של טופולוגיית המוצר, אלגוריתמי בקרה, אופטימיזציה של חומרה ומערכות ייצור וכו'.

5. מגמות פיתוח של מודולי טעינה לרכבים חשמליים

ככל שמודולי טעינה מביאים לביקוש עצום בשוק, הטכנולוגיה ממשיכה להתפתח לעבר צפיפות הספק גבוהה, טווח מתח רחב ויעילות המרה גבוהה.

1) מעבר מונחה מדיניות למונחה ביקוש

על מנת לתמוך ולקדם את פיתוח כלי רכב אנרגטיים חדשים, בניית עמודי טעינה הובילה בעיקר על ידי הממשלה בשלב המוקדם, ובהדרגה הובילה את פיתוח התעשייה למודל נהיגה אנדוגני באמצעות תמיכה במדיניות. מאז 2021, הפיתוח המהיר של כלי רכב אנרגטיים חדשים הציב דרישות עצומות לבניית מתקני תמיכה ועמודי טעינה. תעשיית עמודי הטעינה משלימה את המעבר ממונעת מדיניות למונעת ביקוש.

לנוכח המספר ההולך וגדל של כלי רכב חדשים המונעים אנרגיה, בנוסף להגדלת צפיפות פריסת ערימת הטעינה, יש לקצר עוד יותר את זמן הטעינה. לערימות טעינה זרם ישר (DC) יש מהירויות טעינה גבוהות יותר וזמני טעינה קצרים יותר, המתאימים יותר לצורכי טעינה זמניים וחירום של משתמשי כלי רכב חשמליים, ויכולים לפתור ביעילות את בעיות חרדת טווח הטעינה וחרדת הטעינה של כלי רכב חשמליים. לכן, בשנים האחרונות, היקף השוק של טעינה מהירה זרם ישר בערימות טעינה חדשות שנבנו, במיוחד בערימות טעינה ציבוריות, גדל במהירות והפך למגמה מרכזית בערים מרכזיות רבות בסין.

לסיכום, מצד אחד, ככל שמספר כלי הרכב החדשים המונעים אנרגיה ממשיך לגדול, יש צורך לשפר באופן מתמיד את הבנייה התומכת של עמודי טעינה. מצד שני, משתמשי כלי רכב חשמליים בדרך כלל מעדיפים טעינה מהירה של זרם ישר (DC). עמודי טעינה של זרם ישר הפכו למגמה המרכזית, וגם מודולי טעינה נכנסו לביקוש. שלב פיתוח שבו משיכה היא הכוח המניע העיקרי.

(2) צפיפות הספק גבוהה, טווח מתח רחב, יעילות המרה גבוהה

טעינה מהירה משמעה הספק טעינה גבוה. לכן, תחת הביקוש הגובר לטעינה מהירה, מודולי טעינה ממשיכים להתפתח לכיוון הספק גבוה. ההספק הגבוה של ערימת הטעינה מושג בשתי דרכים. האחת היא לחבר מודולי טעינה מרובים במקביל כדי להשיג סופרפוזיציה של הספק; השנייה היא להגדיל את ההספק הבודד של מודול הטעינה. בהתבסס על הצרכים הטכניים של הגדלת צפיפות ההספק, צמצום המקום והפחתת המורכבות של הארכיטקטורה החשמלית, הגדלת ההספק של מודול טעינה בודד היא מגמת פיתוח ארוכת טווח. מודולי הטעינה של ארצי עברו שלושה דורות של פיתוח, מהדור הראשון של 7.5 קילוואט לדור השני של 15/20 קילוואט, וכעת נמצאים בתקופת ההמרה מהדור השני לדור השלישי של 30/40 קילוואט. מודולי טעינה בעלי הספק גבוה הפכו למיינסטרים בשוק. במקביל, בהתבסס על עקרון התכנון של מזעור, צפיפות ההספק של מודולי הטעינה גדלה גם היא במקביל לעלייה ברמת ההספק.

ישנן שתי דרכים להשגת טעינה מהירה של DC ברמת הספק גבוהה יותר: הגברת המתח והגברת הזרם. פתרון טעינת הזרם הגבוה אומץ לראשונה על ידי טסלה. היתרון הוא שעלות אופטימיזציית הרכיבים נמוכה יותר, אך זרם גבוה יביא לאובדן חום גבוה יותר ולדרישות גבוהות לפיזור חום, וחוטים עבים יותר מפחיתים את הנוחות ומקדמים במידה פחותה. פתרון המתח הגבוה נועד להגדיל את מתח ההפעלה המרבי של מודול הטעינה. כיום זהו מודל נפוץ בקרב יצרני רכב. הוא יכול לקחת בחשבון את היתרונות של הפחתת צריכת האנרגיה, שיפור חיי הסוללה, הפחתת משקל וחיסכון במקום. פתרון המתח הגבוה דורש מכלי רכב חשמליים להיות מצוידים בפלטפורמת מתח גבוה כדי לתמוך ביישומי טעינה מהירה. כיום, פתרון הטעינה המהירה הנפוץ בקרב יצרני רכב הוא פלטפורמת המתח הגבוה 400V. עם המחקר והיישום של פלטפורמת המתח 800V, רמת המתח של מודול הטעינה תשתפר עוד יותר.

שיפור יעילות ההמרה הוא אינדיקטור טכני שמודולי טעינה תמיד שואפים אליו. שיפור יעילות ההמרה פירושו יעילות טעינה גבוהה יותר והפסדים נמוכים יותר. כיום, יעילות השיא המקסימלית של מודולי טעינה היא בדרך כלל 95% ~ 96%. בעתיד, עם פיתוח רכיבים אלקטרוניים כמו התקני כוח מהדור השלישי ומתח המוצא של מודולי טעינה המתקדם לכיוון 800V או אפילו 1000V, יעילות ההמרה תשתפר עוד יותר.

(3) ערך מודולי טעינה לרכבים חשמליים עולה

מודול הטעינה הוא המרכיב המרכזי של ערימת הטעינה DC, המהווה כ-50% מעלות החומרה של ערימת הטעינה. שיפור יעילות הטעינה בעתיד תלוי בעיקר בשיפור הביצועים של מודולי הטעינה. מצד אחד, יותר מודולי טעינה המחוברים במקביל יגדילו ישירות את ערך מודול הטעינה; מצד שני, שיפור רמת ההספק וצפיפות ההספק של מודול טעינה בודד תלוי בתכנון אופטימלי של מעגלי חומרה ותוכנת בקרה, כמו גם בטכנולוגיה של רכיבים מרכזיים. פריצות דרך, אלו הן טכנולוגיות מפתח לשיפור ההספק של ערימת הטעינה כולה, מה שיגדיל עוד יותר את ערך מודול הטעינה.

6. חסמים טכניים בתעשיית מודולי טעינת החשמל של רכבים חשמליים

טכנולוגיית אספקת חשמל היא נושא רב-תחומי המשלב טכנולוגיית טופולוגיית מעגלים, טכנולוגיה דיגיטלית, טכנולוגיה מגנטית, טכנולוגיית רכיבים, טכנולוגיית מוליכים למחצה וטכנולוגיית תכנון תרמי. זוהי תעשייה עתירת טכנולוגיה. כלב ליבה של ערימת טעינת ה-DC, מודול הטעינה קובע ישירות את יעילות הטעינה, היציבות התפעולית, הבטיחות והאמינות של ערימת הטעינה, וחשיבותו וערכה יוצאי דופן. מוצר דורש השקעה גדולה של משאבים ואנשי מקצוע, החל ממחקר ופיתוח טכנולוגי ועד יישום מסוף. אופן בחירת רכיבים אלקטרוניים ופריסה, שדרוג ואיטרציה של אלגוריתמי תוכנה, הבנה מדויקת של תרחישי יישום ויכולות פלטפורמת בקרת איכות ובדיקה בוגרת, כולם ישפיעו ישירות על איכות ויציבות המוצר. קשה למתחרים חדשים בתעשייה לצבור נתוני טכנולוגיות, כוח אדם ותרחישי יישום שונים בפרק זמן קצר, והם עומדים בפני חסמים טכניים גבוהים.