Nieuwe trend voor de ontwikkeling van oplaadmodules voor energievoertuigen

1. Overzicht van de ontwikkeling van de laadmodule-industrie

Laadmodules vormen de kern van DC-laadpalen voor nieuwe energievoertuigen. Nu de penetratiegraad en het bezit van nieuwe energievoertuigen in China blijven toenemen, neemt de vraag naar laadpalen toe. Het opladen van nieuwe energievoertuigen is onderverdeeld in AC langzaam opladen en DC snelladen. DC-snelladen heeft de kenmerken van hoge spanning, hoog vermogen en snel opladen. Terwijl de markt laadefficiëntie nastreeft, blijft de marktschaal van DC-snellaadpalen en oplaadmodules zich uitbreiden. .

2. Technisch niveau en kenmerken van de ev-laadmodule-industrie

De industrie voor het opladen van nieuwe ev-laadmodules voor energievoertuigen heeft momenteel technische kenmerken zoals een hoog vermogen van één module, hoge frequentie, miniaturisatie, hoge conversie-efficiëntie en een breed spanningsbereik.

In termen van het vermogen van één module heeft de industrie voor nieuwe energielaadstapellaadmodules de reguliere productontwikkeling van 7,5 kW in 2014, constante stroom 20A en 15 kW in 2015, en constant vermogen 25A en 15 kW in 2016 ervaren. De huidige oplaadmodules voor reguliere toepassingen zijn 20kW en 30kW. Oplossingen met één module en conversie naar oplossingen met één module voor nieuwe energielaadpalen van 40 kW. Oplaadmodules met hoog vermogen zijn in de toekomst een marktontwikkelingstrend geworden.

In termen van uitgangsspanning heeft het State Grid de 2017-versie van de ‘Qualification and Ability Verification Standards for Electric Vehicle Charging Equipment Suppliers’ uitgegeven, waarin staat dat het uitgangsspanningsbereik van DC-laders 200-750 V bedraagt ​​en dat de constante voedingsspanning ten minste 200-750 V bedraagt. de bereiken 400-500V en 600-750V. Daarom ontwerpen alle modulefabrikanten doorgaans modules voor 200-750V en voldoen ze aan constante stroomvereisten. Met de toename van het bereik van elektrische voertuigen en de vraag van gebruikers van nieuwe energievoertuigen om de oplaadtijd te verkorten, heeft de industrie een supersnelle oplaadarchitectuur van 800 V voorgesteld, en sommige bedrijven hebben de levering gerealiseerd van DC-laadstapellaadmodules met een brede uitgangsspanningsbereik van 200-1000V. .

In termen van hoogfrequente en miniaturisatie van laadmodules is het vermogen van modules met één machine van nieuwe energielaadstapelvoedingen toegenomen, maar het volume ervan kan niet proportioneel worden uitgebreid. Daarom zijn het verhogen van de schakelfrequentie en het integreren van magnetische componenten belangrijke middelen geworden om de vermogensdichtheid te vergroten.

In termen van de efficiëntie van de laadmodules hebben grote bedrijven in de industrie voor nieuwe energielaadstapellaadmodules over het algemeen een maximale piekefficiëntie van 95% -96%. In de toekomst, met de ontwikkeling van elektronische componenten zoals stroomapparaten van de derde generatie en de popularisering van elektrische voertuigen met 800V of zelfs hoger. Met een hoogspanningsplatform wordt van de industrie verwacht dat zij producten zal introduceren met een piekefficiëntie van meer dan 98% .

Naarmate de vermogensdichtheid van oplaadmodules toeneemt, brengt dit ook grotere problemen met de warmteafvoer met zich mee. Wat de warmteafvoer van laadmodules betreft, is de huidige reguliere warmteafvoermethode in de industrie geforceerde luchtkoeling, en er zijn ook methoden zoals gesloten koudeluchtkanalen en waterkoeling. Luchtkoeling heeft de voordelen van lage kosten en een eenvoudige structuur. Naarmate de warmtedissipatiedruk echter verder toeneemt, zullen de nadelen van het beperkte warmtedissipatievermogen en het hoge geluid van luchtkoeling verder duidelijk worden. Het uitrusten van de laadmodule en de pistoolleiding met vloeistofkoeling is een belangrijke oplossing geworden. technische richting.

3. Technologische vooruitgang versnelt de ontwikkelingsmogelijkheden van de penetratie van nieuwe energie-industrieën

De afgelopen jaren is de nieuwe technologie in de energie-industrie vooruitgang en doorbraken blijven boeken, en de toename van de penetratiegraad heeft de voortdurende ontwikkeling van de upstream-laadmodule-industrie bevorderd. De aanzienlijke toename van de energiedichtheid van de accu heeft het probleem van onvoldoende actieradius van nieuwe energievoertuigen opgelost, en de toepassing van oplaadmodules met hoog vermogen heeft de oplaadtijd aanzienlijk verkort, waardoor de penetratie van nieuwe energievoertuigen en de constructie van ondersteunende oplaadpalen is versneld. . In de toekomst wordt verwacht dat de integratie en verdieping van de toepassing van technologieën zoals de integratie van optische opslag en opladen en de integratie van V2G-voertuignetwerken de penetratie van nieuwe energie-industrieën en de popularisering van de consumptie verder zullen versnellen.

4. Industrieconcurrentielandschap: De laadmodule-industrie is volledig concurrerend en de productmarktruimte is groot.

De laadmodule is het kernonderdeel van DC-laadpalen. Met de toename van de penetratiegraad van nieuwe energievoertuigen over de hele wereld maken consumenten zich steeds meer zorgen over het laadbereik en het laadgemak. De marktvraag naar DC-snellaadpalen is geëxplodeerd en de binnenlandse markt voor laadpalen is gegroeid. In de begindagen was het State Grid de belangrijkste kracht in de gediversifieerde ontwikkeling. Er ontstond snel een aantal exploitanten van sociaal kapitaal met zowel de productie van laadpaalapparatuur als operationele capaciteiten. Binnenlandse fabrikanten van laadmodules bleven hun productie- en verkoopschaal voor de constructie van ondersteunende laadpalen uitbreiden, en hun alomvattende concurrentievermogen bleef versterken. .

Op dit moment, na jaren van productherhaling en ontwikkeling van laadmodules, is de concurrentie binnen de sector voldoende. Reguliere producten ontwikkelen zich in de richting van hoge spanning en hoge vermogensdichtheid, en de productmarktruimte is groot. Bedrijven in de industrie behalen voornamelijk een hoger marktaandeel en winstniveau door voortdurend de producttopologie, besturingsalgoritmen, het optimaliseren van hardware en productiesystemen, enz. te verbeteren.

5. Ontwikkelingstrends van EV-laadmodules

Terwijl laadmodules een enorme marktvraag inluiden, blijft de technologie zich ontwikkelen in de richting van een hoge vermogensdichtheid, een breed spanningsbereik en een hoge conversie-efficiëntie.

1) Beleidsgestuurde verschuiving naar vraaggestuurd

Om de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen te ondersteunen en te bevorderen, werd de bouw van laadpalen in een vroeg stadium voornamelijk geleid door de overheid, en werd geleidelijk de ontwikkeling van de industrie naar een endogeen rijmodel geleid door middel van beleidsondersteuning. Sinds 2021 heeft de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen enorme eisen gesteld aan de constructie van ondersteunende faciliteiten en laadpalen. De laadpalenindustrie voltooit de transformatie van beleidsgestuurd naar vraaggestuurd.

Geconfronteerd met het toenemende aantal nieuwe energievoertuigen moet de laadtijd, naast het vergroten van de dichtheid van de laadpalen, ook verder worden verkort. DC-laadpalen hebben hogere laadsnelheden en kortere oplaadtijden, die beter geschikt zijn voor de tijdelijke en noodlaadbehoeften van gebruikers van elektrische voertuigen, en kunnen de problemen van bereikangst en oplaadangst voor elektrische voertuigen effectief oplossen. Daarom is de marktomvang van DC-snelladen in nieuw gebouwde laadpalen, vooral openbare laadpalen, de afgelopen jaren snel gegroeid en een mainstream trend geworden in veel kernsteden in China.

Samenvattend: enerzijds moet, omdat het aantal nieuwe energievoertuigen blijft groeien, de ondersteunende constructie van laadpalen voortdurend worden verbeterd. Aan de andere kant streven gebruikers van elektrische voertuigen over het algemeen naar DC-snelladen. DC-laadpalen zijn de mainstream trend geworden en er is ook steeds meer vraag naar laadmodules. Een ontwikkelingsfase waarin trek de belangrijkste drijvende kracht is.

(2) Hoge vermogensdichtheid, breed spanningsbereik, hoge conversie-efficiëntie

Het zogenaamde snelladen betekent een hoog laadvermogen. Daarom blijven laadmodules zich onder de groeiende vraag naar snelladen ontwikkelen in de richting van hoog vermogen. Het hoge vermogen van de laadpaal wordt op twee manieren bereikt. Eén daarvan is het parallel aansluiten van meerdere oplaadmodules om vermogenssuperpositie te bereiken; de andere is om het enkele vermogen van de oplaadmodule te vergroten. Gebaseerd op de technische behoeften van het verhogen van de vermogensdichtheid, het verminderen van de ruimte en het verminderen van de complexiteit van de elektrische architectuur, is het vergroten van het vermogen van een enkele laadmodule een ontwikkelingstrend op de lange termijn. De laadmodules van mijn land hebben drie generaties ontwikkeling doorgemaakt, van de eerste generatie 7,5 kW tot de tweede generatie 15/20 kW, en bevinden zich nu in de conversieperiode van de tweede generatie naar de derde generatie 30/40 kW. Oplaadmodules met hoog vermogen zijn de mainstream van de markt geworden. Tegelijkertijd is, op basis van het ontwerpprincipe van miniaturisatie, de vermogensdichtheid van laadmodules tegelijkertijd toegenomen met de toename van het vermogensniveau.

Er zijn twee manieren om DC-snelladen met een hoger vermogensniveau te bereiken: het verhogen van de spanning en het verhogen van de stroom. De oplossing voor opladen met hoge stroomsterkte werd voor het eerst toegepast door Tesla. Het voordeel is dat de kosten van componentoptimalisatie lager zijn, maar een hoge stroomsterkte zal een hoger warmteverlies en hoge eisen aan warmteafvoer met zich meebrengen, en dikkere draden verminderen het gemak en bevorderen het in mindere mate. De hoogspanningsoplossing is het verhogen van de maximale bedrijfsspanning van de laadmodule. Het is momenteel een veelgebruikt model door autofabrikanten. Er kan rekening worden gehouden met de voordelen van het verminderen van het energieverbruik, het verbeteren van de levensduur van de batterij, het verminderen van het gewicht en het besparen van ruimte. De hoogspanningsoplossing vereist dat elektrische voertuigen worden uitgerust met een hoogspanningsplatform ter ondersteuning van snellaadtoepassingen. Momenteel is de snellaadoplossing die veel door autobedrijven wordt gebruikt het 400V-hoogspanningsplatform. Met het onderzoek en de toepassing van het 800V-spanningsplatform zal het spanningsniveau van de laadmodule verder worden verbeterd.

De verbetering van de conversie-efficiëntie is een technische indicator die laadmodules altijd nastreven. De verbetering van de conversie-efficiëntie betekent een hogere laadefficiëntie en lagere verliezen. Momenteel is de maximale piekefficiëntie van laadmodules over het algemeen 95% ~ 96%. In de toekomst, met de ontwikkeling van elektronische componenten zoals stroomapparaten van de derde generatie en de uitgangsspanning van laadmodules die richting 800V of zelfs 1000V gaat, zal de conversie-efficiëntie verder worden verbeterd.

(3) De waarde van EV-laadmodules neemt toe

De oplaadmodule is het kernonderdeel van de DC-laadstapel en is verantwoordelijk voor ongeveer 50% van de hardwarekosten van de laadstapel. De verbetering van de laadefficiëntie in de toekomst hangt vooral af van de prestatieverbetering van laadmodules. Enerzijds zullen meer parallel geschakelde laadmodules de waarde van de laadmodule direct verhogen; aan de andere kant hangt de verbetering van het vermogensniveau en de vermogensdichtheid van de enkele oplaadmodule af van het geoptimaliseerde ontwerp van hardwarecircuits en besturingssoftware, evenals van de technologie van de belangrijkste componenten. Doorbraken, dit zijn sleuteltechnologieën om het vermogen van de gehele laadstapel te verbeteren, waardoor de waarde van de laadmodule verder toeneemt.

6. Technische barrières in de sector van ev-laadmodules

Voedingstechnologie is een interdisciplinair onderwerp dat circuittopologietechnologie, digitale technologie, magnetische technologie, componenttechnologie, halfgeleidertechnologie en thermische ontwerptechnologie integreert. Het is een technologie-intensieve industrie. Als hart van de DC-laadpaal bepaalt de laadmodule rechtstreeks de laadefficiëntie, operationele stabiliteit, veiligheid en betrouwbaarheid van de laadpaal, en het belang en de waarde ervan zijn uitstekend. Een product vereist een grote investering van middelen en professionals, van technologisch onderzoek en ontwikkeling tot terminaltoepassing. Hoe elektronische componenten en lay-out moeten worden geselecteerd, upgrades en iteraties van software-algoritmen, nauwkeurig inzicht in toepassingsscenario's en volwassen kwaliteitscontrole- en testplatformmogelijkheden zullen allemaal van invloed zijn. Productkwaliteit en -stabiliteit hebben een directe impact. Het is moeilijk voor nieuwkomers in de sector om in korte tijd gegevens over verschillende technologieën, personeel en toepassingsscenario's te verzamelen, en ze hebben hoge technische barrières.