Ny trend for utvikling av lademoduler for energibiler

1. Oversikt over utviklingen av lademodulindustrien

Lademoduler er kjernen i DC-ladestabler for nye energikjøretøyer. Etter hvert som penetrasjonsraten og eierskapet av nye energikjøretøyer i Kina fortsetter å øke, øker etterspørselen etter ladestabler. Lading av nye energikjøretøyer er delt inn i AC-langsomlading og DC-hurtiglading. DC-hurtiglading har egenskapene høyspenning, høy effekt og hurtiglading. Etter hvert som markedet forfølger ladeeffektivitet, fortsetter markedsskalaen for DC-hurtigladestabler og lademoduler å utvide seg.

2. Teknisk nivå og egenskaper ved lademodulindustrien for elbiler

Den nye industrien for lademoduler for energikjøretøy har for tiden tekniske funksjoner som høy effekt, høy frekvens, miniatyrisering, høy konverteringseffektivitet og bredt spenningsområde for enkeltmoduler.

Når det gjelder enkeltmoduleffekt, har den nye industrien for lademoduler for energiladestabler opplevd en mainstream-produktutvikling på 7,5 kW i 2014, konstant strøm 20 A og 15 kW i 2015, og konstant effekt 25 A og 15 kW i 2016. De nåværende mainstream-applikasjonslademodulene er 20 kW og 30 kW. Enkeltmodulløsninger og konvertering til 40 kW nye enkeltmodulløsninger for energiladestabler. Høyeffektslademoduler har blitt en markedsutviklingstrend i fremtiden.

Når det gjelder utgangsspenning, utstedte State Grid 2017-versjonen av «Kvalifiserings- og evneverifiseringsstandarder for leverandører av ladeutstyr for elektriske kjøretøy», som sier at utgangsspenningsområdet for likestrømsladere er 200–750 V, og at den konstante strømspenningen dekker minst områdene 400–500 V og 600–750 V. Derfor designer alle modulprodusenter generelt moduler for 200–750 V og oppfyller krav til konstant strøm. Med økningen i rekkevidden til elbiler og etterspørselen fra brukere av nye energikjøretøyer om å redusere ladetiden, har industrien foreslått en 800 V superhurtigladearkitektur, og noen selskaper har innsett tilbudet av DC-lademoduler med et bredt utgangsspenningsområde på 200–1000 V.

Når det gjelder høyfrekvente og miniatyrisering av lademoduler, har effekten til enkeltmaskinmoduler i nye energiladestabelstrømforsyninger økt, men volumet kan ikke utvides proporsjonalt. Derfor har økning av svitsjefrekvensen og integrering av magnetiske komponenter blitt viktige virkemidler for å øke effekttettheten.

Når det gjelder effektivitet for lademoduler, har store selskaper i den nye industrien for lademoduler for energiladere generelt en maksimal toppeffektivitet på 95 %–96 %. I fremtiden, med utviklingen av elektroniske komponenter som tredje generasjons strømforsyninger og populariseringen av elektriske kjøretøy med 800 V eller høyere med en høyspenningsplattform, forventes det at industrien vil innføre produkter med en toppeffektivitet på mer enn 98 %.

Etter hvert som effekttettheten til lademoduler øker, fører det også til større varmespredningsproblemer. Når det gjelder varmespredning av lademoduler, er den nåværende vanlige varmespredningsmetoden i bransjen tvungen luftkjøling, og det finnes også metoder som lukkede kaldluftkanaler og vannkjøling. Luftkjøling har fordelene med lav kostnad og enkel struktur. Men etter hvert som varmespredningstrykket øker ytterligere, vil ulempene med luftkjølingens begrensede varmespredningskapasitet og høye støynivåer bli ytterligere tydelige. Å utstyre lademodulen og pistolledningen med væskekjøling har blitt en viktig løsning i den tekniske retningen.

3. Teknologiske fremskritt akselererer utviklingsmulighetene for ny energiindustri

I de senere årene har ny teknologi i energibransjen fortsatt å gjøre fremskritt og gjennombrudd, og økningen i penetrasjonsraten har fremmet den kontinuerlige utviklingen av oppstrøms lademodulindustrien. Den betydelige økningen i batteriets energitetthet har løst problemet med utilstrekkelig rekkevidde for nye energikjøretøyer, og bruken av høyeffektslademoduler har forkortet ladetiden betraktelig, og dermed akselerert penetrasjonen av nye energikjøretøyer og byggingen av støttende ladestabler. I fremtiden forventes integrering og fordypning av teknologier som optisk lagring og ladeintegrasjon og V2G-kjøretøynettverksintegrasjon å ytterligere akselerere penetrasjonen av nye energiindustrier og populariseringen av forbruk.

4. Konkurranselandskapet i bransjen: Lademodulbransjen er fullt konkurransepreget, og produktmarkedet er stort.

Lademodulen er kjernekomponenten i likestrømsladepæler. Med økningen i penetrasjonsraten for nye energikjøretøyer rundt om i verden, er forbrukerne stadig mer bekymret for laderekkevidde og ladekomfort. Markedetsetterspørselen etter hurtigladepæler for likestrøm har eksplodert, og markedet for drift av ladepæler innenlands har vokst fra ... I de tidlige dager var State Grid den viktigste kraften i diversifisert utvikling. En rekke sosiale kapitalaktører med både produksjons- og driftskapasitet for ladepæleutstyr dukket raskt opp. Innenlandske lademodulprodusenter fortsatte å utvide sin produksjons- og salgsskala for bygging av støttende ladepæler, og deres omfattende konkurranseevne fortsatte å styrke seg.

Etter årevis med produktiterasjon og utvikling av lademoduler er det for tiden tilstrekkelig konkurranse i bransjen. Vanlige produkter utvikler seg i retning av høy spenning og høy effekttetthet, og produktmarkedet er stort. Bedrifter i bransjen oppnår hovedsakelig høyere markedsandeler og profittnivåer ved kontinuerlig å forbedre produkttopologi, kontrollalgoritmer, optimalisere maskinvare og produksjonssystemer, osv.

5. Utviklingstrender for lademoduler for elbiler

Etter hvert som lademoduler innleder enorm markedsetterspørsel, fortsetter teknologien å utvikle seg mot høy effekttetthet, bredt spenningsområde og høy konverteringseffektivitet.

1) Politisk drevet overgang til etterspørselsdrevet

For å støtte og fremme utviklingen av nye energikjøretøyer, ble byggingen av ladestasjoner hovedsakelig ledet av myndighetene i den tidlige fasen, og gradvis styrt utviklingen av industrien mot en endogen kjøremodell gjennom politisk støtte. Siden 2021 har den raske utviklingen av nye energikjøretøyer stilt store krav til bygging av støtteanlegg og ladestasjoner. Ladestasjonindustrien fullfører transformasjonen fra politisk drevet til etterspørselsdrevet.

Stilt overfor det økende antallet nye energikjøretøy, må ladetiden forkortes ytterligere i tillegg til å øke tettheten av ladestabler. DC-ladestabler har raskere ladehastigheter og kortere ladetider, noe som er mer egnet for midlertidige og nødladebehov for elbilbrukere, og kan effektivt løse problemene med rekkeviddeangst og ladeangst for elbiler. Derfor har markedet for DC-hurtiglading i nybygde ladestabler, spesielt offentlige ladestabler, vokst raskt de siste årene og har blitt en vanlig trend i mange kjernebyer i Kina.

For å oppsummere, på den ene siden, ettersom antallet nye energikjøretøy fortsetter å øke, må støttekonstruksjonen for ladestabler kontinuerlig forbedres. På den annen side foretrekker elbilbrukere generelt DC-hurtiglading. DC-ladestabler har blitt den vanlige trenden, og lademoduler har også blitt etterspurt. Et utviklingsstadium der pull er den viktigste drivkraften.

(2) Høy effekttetthet, bredt spenningsområde, høy konverteringseffektivitet

Såkalt hurtiglading betyr høy ladeeffekt. Derfor, med den økende etterspørselen etter hurtiglading, fortsetter lademodulene å utvikle seg i retning av høy effekt. Høy effekt i ladestaben oppnås på to måter. Den ene er å koble flere lademoduler parallelt for å oppnå effektsuperposisjon; den andre er å øke den enkelte effekten til lademodulen. Basert på de tekniske behovene for å øke effekttettheten, redusere plass og redusere kompleksiteten i elektrisk arkitektur, er det å øke effekten til en enkelt lademodul en langsiktig utviklingstrend. Mitt lands lademoduler har gått gjennom tre generasjoner med utvikling, fra første generasjon 7,5 kW til andre generasjon 15/20 kW, og er nå i konverteringsperioden fra andre generasjon til tredje generasjon 30/40 kW. Høyeffektslademoduler har blitt hovedstrømmen i markedet. Samtidig, basert på designprinsippet om miniatyrisering, har effekttettheten til lademoduler også økt samtidig som effektnivået øker.

Det finnes to veier for å oppnå hurtiglading med likestrøm med høyere effektnivå: å øke spenningen og å øke strømmen. Høystrømsladeløsningen ble først tatt i bruk av Tesla. Fordelen er at kostnaden for komponentoptimalisering er lavere, men høy strøm vil føre til høyere varmetap og høye krav til varmespredning, og tykkere ledninger reduserer bekvemmeligheten og fremmer varmeavledning i mindre grad. Høyspenningsløsningen er å øke den maksimale driftsspenningen til lademodulen. Det er for tiden en vanlig modell av bilprodusenter. Den kan ta hensyn til fordelene ved å redusere energiforbruket, forbedre batterilevetiden, redusere vekten og spare plass. Høyspenningsløsningen krever at elektriske kjøretøy er utstyrt med en høyspenningsplattform for å støtte hurtigladeapplikasjoner. For tiden er den vanligste hurtigladeløsningen for bilprodusenter 400V høyspenningsplattformen. Med forskningen og anvendelsen av 800V spenningsplattformen vil spenningsnivået til lademodulen bli ytterligere forbedret.

Forbedring av konverteringseffektivitet er en teknisk indikator som lademoduler alltid streber etter. Forbedring av konverteringseffektivitet betyr høyere ladeeffektivitet og lavere tap. For tiden er den maksimale toppeffektiviteten til lademoduler generelt 95 % ~ 96 %. I fremtiden, med utviklingen av elektroniske komponenter som tredje generasjons strømforsyninger og utgangsspenningen til lademoduler som beveger seg mot 800 V eller til og med 1000 V, vil konverteringseffektiviteten bli ytterligere forbedret.

(3) Verdien av lademoduler for elbiler øker

Lademodulen er kjernekomponenten i DC-ladestakken og står for omtrent 50 % av maskinvarekostnadene til ladestakken. Forbedringen av ladeeffektiviteten i fremtiden avhenger hovedsakelig av ytelsesforbedringen til lademodulene. På den ene siden vil flere lademoduler koblet parallelt øke verdien av lademodulen direkte; på den andre siden avhenger forbedringen av effektnivået og effekttettheten til den enkelte lademodulen av optimalisert design av maskinvarekretser og kontrollprogramvare, samt teknologien til nøkkelkomponentene. Gjennombrudd, dette er nøkkelteknologier for å forbedre effekten til hele ladestakken, noe som ytterligere vil øke verdien av lademodulen.

6. Tekniske barrierer i bransjen for lademoduler for elbiler

Strømforsyningsteknologi er et tverrfaglig emne som integrerer kretstopologiteknologi, digital teknologi, magnetisk teknologi, komponentteknologi, halvlederteknologi og termisk designteknologi. Det er en teknologiintensiv industri. Som hjertet i DC-ladehaugen bestemmer lademodulen direkte ladeeffektiviteten, driftsstabiliteten, sikkerheten og påliteligheten til ladehaugen, og dens betydning og verdi er enestående. Et produkt krever store investeringer av ressurser og fagfolk fra teknologiforskning og -utvikling til terminalapplikasjon. Hvordan velge elektroniske komponenter og layout, oppgradering og iterasjon av programvarealgoritmer, nøyaktig forståelse av applikasjonsscenarier og modne kvalitetskontroll- og testplattformfunksjoner vil alle påvirke produktkvalitet og -stabilitet direkte. Det er vanskelig for nye aktører i bransjen å samle ulike teknologier, personell og applikasjonsscenariedata på kort tid, og de har høye tekniske barrierer.