新エネルギー車充電モジュール産業の発展機会の動向

1. 充電モジュール産業の発展の概要

充電モジュールは、新エネルギー車（NEV）用DC充電スタンドの中核を成すものです。中国におけるNEVの普及率と保有台数の増加に伴い、充電スタンドの需要も高まっています。NEV車の充電は、AC低速充電とDC急速充電に分けられます。DC急速充電は、高電圧、高出力、そして急速充電といった特徴を備えています。市場が充電効率を追求するにつれ、DC急速充電スタンドと充電モジュールの市場規模は拡大を続けています。

2. EV充電モジュール産業の技術レベルと特徴

新エネルギー車両充電パイル EV 充電モジュール業界は現在、単一モジュールの高出力、高周波、小型化、高変換効率、広い電圧範囲などの技術的特徴を備えています。

単一モジュール電力の観点から見ると、新エネルギー充電パイル充電モジュール業界は、2014年に7.5kW、2015年に定電流20Aおよび15kW、2016年に定電力25Aおよび15kWといった主流製品の開発を経験しました。現在、主流の応用充電モジュールは20kWと30kWです。単一モジュールソリューションから40kWの新エネルギー充電パイル電源単一モジュールソリューションへの転換まで、高出力充電モジュールは今後の市場発展のトレンドとなっています。

出力電圧に関しては、国家電網が2017年版「電気自動車充電設備サプライヤー資格能力検証基準」を発行し、DC充電器の出力電圧範囲は200～750V、定電力電圧は少なくとも400～500Vと600～750Vの範囲をカバーすると規定しています。そのため、すべてのモジュールメーカーは一般的に200～750Vのモジュールを設計し、定電力要件を満たしています。電気自動車の航続距離の延長と新エネルギー車ユーザーの充電時間短縮の要求に伴い、業界では800V超急速充電アーキテクチャが提案されており、一部の企業は200～1000Vの広い出力電圧範囲を備えたDC充電パイル充電モジュールの供給を実現しています。

充電モジュールの高周波化と小型化の観点から、新エネルギー充電パイル電源の単機モジュールの出力は向上しているものの、体積は比例して拡大できない。そのため、スイッチング周波数の上昇と磁性部品の集積化は、電力密度を高めるための重要な手段となっている。

充電モジュールの効率に関して言えば、新エネルギー充電パイル充電モジュール業界の主要企業は、一般的に最大ピーク効率が95%～96%です。今後、第3世代パワーデバイスなどの電子部品の発展や、800V以上の高電圧プラットフォームを搭載した電気自動車の普及に伴い、業界ではピーク効率98%を超える製品が登場すると予想されます。

充電モジュールの電力密度が高まるにつれて、放熱の問題も深刻化しています。充電モジュールの放熱に関して、現在業界で主流となっている放熱方法は強制空冷ですが、他に密閉式冷気ダクトや水冷などの方法もあります。空冷はコストが低く構造が簡単という利点がありますが、放熱圧力がさらに高くなると、空冷の放熱能力の限界や騒音の高さといった欠点がさらに顕著になります。充電モジュールとガンラインに液冷システムを備えることが、主要な解決策となっています。技術方向性。

3. 技術の進歩は、新エネルギー産業の浸透の発展機会を加速させる

近年、新エネルギー産業の技術は継続的に進歩と飛躍を遂げ、普及率の向上は上流充電モジュール産業の継続的な発展を促進しました。バッテリーエネルギー密度の大幅な向上は、新エネルギー車の航続距離不足の問題を解決し、高出力充電モジュールの適用により充電時間が大幅に短縮され、新エネルギー車の普及と充電スタンドの建設を加速させました。今後は、光蓄電・充電統合、V2G車両ネットワーク統合などの技術の融合と深化応用により、新エネルギー産業の普及と消費の大衆化がさらに加速すると期待されます。

4. 業界の競争環境: 充電モジュール業界は競争が激しく、製品市場スペースは大きいです。

充電モジュールはDC充電スタンドの中核部品です。世界中で新エネルギー車の普及率が高まるにつれ、消費者は充電距離と充電利便性についてますます不安を抱いています。DC急速充電スタンドの市場需要は爆発的に増加し、国内の充電スタンド運営市場は、初期には国家電網が多角化開発の主力でしたが、充電スタンド設備の製造と運営の両方の能力を備えた多くの社会資本運営者が急速に台頭しました。国内の充電モジュールメーカーは、補助充電スタンド建設向けの生産・販売規模を拡大し続け、総合的な競争力は強化し続けています。

現在、充電モジュールは長年にわたる製品改良と開発を経て、業界の競争は十分に高まっています。主流製品は高電圧・高電力密度の方向に発展しており、製品市場は大きくなっています。業界企業は主に、製品トポロジー、制御アルゴリズム、ハードウェアおよび生産システムの最適化などを継続的に改善することで、より高い市場シェアと利益を獲得しています。

5. EV充電モジュールの開発動向

充電モジュールが市場の大きな需要を呼び込むにつれ、技術は高電力密度、広い電圧範囲、高い変換効率に向けて発展し続けています。

1) 政策主導から需要主導への移行

新エネルギー車の発展を支援・促進するため、充電スタンドの建設は当初は政府が主導し、政策支援を通じて徐々に業界の内発的走行モデルへの発展を導いてきました。2021年以降、新エネルギー車の急速な発展は、補助施設と充電スタンドの建設に大きな需要をもたらし、充電スタンド業界は政策主導から需要主導への転換を完了しつつあります。

新エネルギー車の台数増加に伴い、充電スタンドの設置密度を高めるだけでなく、充電時間をさらに短縮する必要があります。DC充電スタンドは充電速度が速く、充電時間が短いため、電気自動車ユーザーの臨時充電や緊急充電のニーズに適しており、電気自動車の航続距離不安や充電不安といった問題を効果的に解決できます。そのため、近年、新設充電スタンド、特に公共充電スタンドにおけるDC急速充電の市場規模は急速に拡大し、中国の多くの中核都市で主流となっています。

まとめると、一方では、新エネルギー車の台数が継続的に増加するにつれて、充電スタンドの支持構造は継続的に改善される必要がある。他方では、電気自動車ユーザーは一般的にDC急速充電を求めており、DC充電スタンドは主流となり、充電モジュールも需要に参入している。牽引力が主な原動力となる発展段階にある。

（２）高電力密度、広い電圧範囲、高い変換効率

いわゆる急速充電は、高い充電電力を意味します。そのため、急速充電の需要が高まるにつれて、充電モジュールは高出力の方向へと発展し続けています。充電パイルの高出力は、2つの方法で実現されています。1つは、複数の充電モジュールを並列に接続して電力の重ね合わせを実現することです。もう1つは、充電モジュールの単一の電力を高めることです。電力密度の向上、スペースの削減、電気アーキテクチャの複雑さの軽減という技術的ニーズに基づいて、単一の充電モジュールの出力を向上させることは、長期的な開発動向です。わが国の充電モジュールは、第1世代7.5kWから第2世代15 / 20kWまでの3世代の開発を経て、現在は第2世代から第3世代30 / 40kWへの転換期にあります。高出力充電モジュールは市場の主流となっています。同時に、小型化の設計原則に基づいて、充電モジュールの電力密度も電力レベルの増加と同時に増加しています。

より高い電力レベルのDC急速充電を実現するには、電圧を上げる方法と電流を上げる方法の2つの方法があります。高電流充電ソリューションは、テスラが最初に採用しました。利点は、部品の最適化にかかるコストが低いことですが、高電流にすると熱損失が大きくなり、放熱に対する要件が高まり、太い配線は利便性を低下させ、充電の効率を低下させます。高電圧ソリューションは、充電モジュールの最大動作電圧を上げることです。これは現在、自動車メーカーでよく使用されているモデルです。エネルギー消費の削減、バッテリー寿命の向上、重量の軽減、スペースの節約などの利点を考慮できます。高電圧ソリューションでは、電気自動車に高電圧プラットフォームを搭載して急速充電アプリケーションをサポートする必要があります。現在、自動車会社で一般的に使用されている急速充電ソリューションは、400Vの高電圧プラットフォームです。800V電圧プラットフォームの研究と応用により、充電モジュールの電圧レベルはさらに向上します。

変換効率の向上は、充電モジュールが常に追求する技術指標です。変換効率の向上は、充電効率の向上と損失の低減を意味します。現在、充電モジュールの最大ピーク効率は一般的に95%～96%です。今後、第3世代パワーデバイスなどの電子部品の発展や、充電モジュールの出力電圧が800V、さらには1000Vへと上昇するにつれて、変換効率はさらに向上するでしょう。

（３）EV充電モジュールの価値が上昇

充電モジュールはDC充電スタックの中核部品であり、充電スタックのハードウェアコストの約50%を占めています。今後の充電効率の向上は、主に充電モジュールの性能向上にかかっています。一方では、充電モジュールを並列接続することで充電モジュールの価値が直接的に高まります。他方では、充電モジュール単体の出力レベルと電力密度の向上は、ハードウェア回路と制御ソフトウェアの最適化設計、そして主要部品の技術革新に大きく依存しています。これらの技術革新は、充電スタック全体の出力向上の鍵となる重要な技術であり、充電モジュールの価値をさらに高めるでしょう。

6. EV充電モジュール業界における技術的障壁

電源技術は、回路トポロジー技術、デジタル技術、磁気技術、部品技術、半導体技術、熱設計技術を統合した学際的な分野であり、技術集約型産業です。充電モジュールは、DC充電パイルの心臓部として、充電パイルの充電効率、動作安定性、安全性、信頼性を直接決定し、その重要性と価値は際立っています。製品は、技術研究開発から端末の応用まで、多大なリソースと専門家の投資を必要とします。電子部品とレイアウトの選択方法、ソフトウェアアルゴリズムのアップグレードと反復、アプリケーションシナリオの正確な把握、成熟した品質管理とテストプラットフォームの機能はすべて、製品の品質と安定性に直接影響を与えます。業界への新規参入者が短期間でさまざまな技術、人材、アプリケーションシナリオデータを蓄積することは難しく、高い技術的障壁があります。