Nowy trend w rozwoju branży modułów ładowania pojazdów energetycznych

1. Przegląd rozwoju branży modułów ładujących

Moduły ładowania stanowią rdzeń stosów ładowania DC dla pojazdów nowych źródeł energii. Wraz ze wzrostem wskaźnika penetracji i liczby nowych pojazdów energetycznych w Chinach, rośnie zapotrzebowanie na pale do ładowania. Ładowanie pojazdów wykorzystujących nową energię dzieli się na wolne ładowanie prądem przemiennym i szybkie ładowanie prądem stałym. Szybkie ładowanie DC charakteryzuje się wysokim napięciem, dużą mocą i szybkim ładowaniem. W miarę jak rynek dąży do wydajności ładowania, skala rynku stosów szybkiego ładowania DC i modułów ładowania stale się powiększa. .

2. Poziom techniczny i charakterystyka branży modułów ładowania ev

Nowy przemysł modułów ładowania pojazdów elektrycznych ma obecnie cechy techniczne, takie jak jednomodułowa duża moc, wysoka częstotliwość, miniaturyzacja, wysoka wydajność konwersji i szeroki zakres napięcia.

Jeśli chodzi o moc pojedynczego modułu, w branży nowych modułów ładowania stosów do ładowania energii wprowadzono główny produkt o mocy 7,5 kW w 2014 r., prąd stały 20 A i 15 kW w 2015 r. oraz stałą moc 25 A i 15 kW w 2016 r. Obecne moduły ładowania głównego nurtu są 20kW i 30kW. Rozwiązania jednomodułowe i konwersja na nowe rozwiązania jednomodułowe do zasilania stosów ładujących o mocy 40 kW. Moduły ładowania dużej mocy stały się w przyszłości trendem rozwoju rynku.

W zakresie napięcia wyjściowego Sieć Państwowa wydała wersję „Standardów kwalifikacji i weryfikacji umiejętności dostawców sprzętu do ładowania pojazdów elektrycznych” z 2017 r., w której stwierdzono, że zakres napięcia wyjściowego ładowarek prądu stałego wynosi 200–750 V, a stałe napięcie zasilania pokrywa co najmniej zakresach 400-500V i 600-750V. Dlatego wszyscy producenci modułów zazwyczaj projektują moduły na napięcie 200–750 V i spełniają wymagania dotyczące stałej mocy. Wraz ze wzrostem zasięgu pojazdów elektrycznych i zapotrzebowaniem nowych użytkowników pojazdów energetycznych na skrócenie czasu ładowania, branża zaproponowała architekturę superszybkiego ładowania 800 V, a niektóre firmy zrealizowały dostawę modułów ładowania stosów prądu stałego o szerokim zakresie zakres napięcia wyjściowego 200-1000V. .

W zakresie wysokiej częstotliwości i miniaturyzacji modułów ładujących wzrosła moc jednomaszynowych modułów nowych zasilaczy stosów ładowania energii, ale jej objętości nie można proporcjonalnie zwiększać. Dlatego zwiększenie częstotliwości przełączania i integracja elementów magnetycznych stały się ważnymi sposobami zwiększenia gęstości mocy.

Jeśli chodzi o wydajność modułów ładowania, największe firmy z branży nowych modułów ładowania stosów energii zazwyczaj osiągają maksymalną wydajność szczytową na poziomie 95–96%. W przyszłości, wraz z rozwojem komponentów elektronicznych, takich jak urządzenia zasilające trzeciej generacji i popularyzacją pojazdów elektrycznych o napięciu 800 V i wyższym. Oczekuje się, że dzięki platformie wysokiego napięcia przemysł wprowadzi produkty o szczytowej sprawności przekraczającej 98%. .

Wraz ze wzrostem gęstości mocy modułów ładujących powoduje to również większe problemy z rozpraszaniem ciepła. Jeśli chodzi o odprowadzanie ciepła z modułów ładujących, obecnie popularną w branży metodą rozpraszania ciepła jest wymuszone chłodzenie powietrzem. Istnieją również metody takie jak zamknięte kanały zimnego powietrza i chłodzenie wodą. Chłodzenie powietrzem ma zalety niskiego kosztu i prostej konstrukcji. Jednakże w miarę dalszego wzrostu ciśnienia rozpraszania ciepła, wady ograniczonej zdolności rozpraszania ciepła i wysokiego poziomu hałasu w chłodzeniu powietrzem staną się jeszcze bardziej widoczne. Najważniejszym rozwiązaniem stało się wyposażenie modułu ładowania i linii pistoletu w chłodzenie cieczą. kierunek techniczny.

3. Postęp technologiczny przyspiesza możliwości rozwoju penetracji nowej energetyki

W ostatnich latach nowe technologie przemysłu energetycznego nadal poczyniły postępy i dokonywały przełomów, a wzrost wskaźnika penetracji sprzyjał ciągłemu rozwojowi branży modułów ładowania upstream. Znaczący wzrost gęstości energii akumulatorów rozwiązał problem niewystarczającego zasięgu przejazdu pojazdów nowej energii, a zastosowanie modułów ładujących dużej mocy znacznie skróciło czas ładowania, przyspieszając tym samym penetrację pojazdów nowej energii i budowę wsporczych pali ładujących . Oczekuje się, że w przyszłości integracja i pogłębienie zastosowania technologii takich jak integracja magazynowania i ładowania optycznego oraz integracja sieci pojazdów V2G jeszcze bardziej przyspieszą penetrację nowych gałęzi przemysłu energetycznego i popularyzację konsumpcji.

4. Krajobraz konkurencji w branży: Branża modułów ładowania jest w pełni konkurencyjna, a przestrzeń rynkowa produktów jest duża.

Moduł ładowania jest głównym elementem stosów ładowania DC. Wraz ze wzrostem wskaźnika penetracji nowych pojazdów energetycznych na całym świecie, konsumenci coraz bardziej niepokoją się zasięgiem ładowania i wygodą ładowania. Popyt rynkowy na pale do szybkiego ładowania prądem stałym eksplodował, a krajowy rynek obsługi pali do ładowania wzrósł. Na początku główną siłą napędową zróżnicowanego rozwoju była sieć państwowa. Szybko pojawiło się wielu operatorów kapitału społecznego, posiadających zarówno możliwości produkcyjne, jak i operacyjne sprzętu do ładowania pali. Krajowi producenci modułów ładujących w dalszym ciągu zwiększali skalę produkcji i sprzedaży konstrukcji wsporczych pali ładujących, a ich wszechstronna konkurencyjność stale się wzmacniała. .

Obecnie, po latach iteracji produktów i rozwoju modułów ładujących, wystarczająca jest konkurencja w branży. Produkty głównego nurtu rozwijają się w kierunku wysokiego napięcia i dużej gęstości mocy, a przestrzeń rynkowa produktów jest duża. Przedsiębiorstwa w branży uzyskują wyższy udział w rynku i poziomy zysków głównie poprzez ciągłe ulepszanie topologii produktów, algorytmów sterowania, optymalizację sprzętu i systemów produkcyjnych itp.

5. Trendy rozwojowe modułów ładowania ev

Ponieważ moduły ładujące powodują ogromne zapotrzebowanie rynku, technologia stale się rozwija w kierunku dużej gęstości mocy, szerokiego zakresu napięcia i wysokiej wydajności konwersji.

1) Zmiana wynikająca z polityki na popyt

Aby wspierać i promować rozwój nowych pojazdów napędzanych energią, na wczesnym etapie budową słupów ładujących kierował głównie rząd i stopniowo kierował on rozwojem branży w kierunku endogenicznego modelu jazdy poprzez wsparcie polityczne. Od 2021 roku szybki rozwój nowych pojazdów energetycznych postawił ogromne wymagania w zakresie budowy obiektów pomocniczych i pali ładujących. Branża pali do ładowania kończy transformację z opartej na polityce na popyt.

W obliczu rosnącej liczby nowych pojazdów energetycznych, oprócz zwiększenia gęstości układu stosów ładowania, należy jeszcze bardziej skrócić czas ładowania. Stosy ładowania prądem stałym charakteryzują się większą szybkością ładowania i krótszym czasem ładowania, co jest bardziej odpowiednie dla tymczasowych i awaryjnych potrzeb użytkowników pojazdów elektrycznych w zakresie ładowania i może skutecznie rozwiązać problemy związane z niepokojem związanym z zasięgiem pojazdu elektrycznego i niepokojem związanym z ładowaniem. Dlatego w ostatnich latach skala rynku szybkiego ładowania prądem stałym w nowo budowanych stacjach ładowania, zwłaszcza w publicznych stacjach ładowania, szybko wzrosła i stała się głównym trendem w wielu głównych miastach Chin.

Reasumując, z jednej strony, wraz ze wzrostem liczby nowych pojazdów energetycznych, należy stale udoskonalać konstrukcję nośną pali ładujących. Z drugiej strony użytkownicy pojazdów elektrycznych na ogół preferują szybkie ładowanie prądem stałym. Pale do ładowania DC stały się głównym trendem, a zapotrzebowanie na moduły ładujące również weszło. Etap rozwoju, w którym główną siłą napędową jest przyciąganie.

(2) Wysoka gęstość mocy, szeroki zakres napięcia, wysoka wydajność konwersji

Tak zwane szybkie ładowanie oznacza dużą moc ładowania. Dlatego w obliczu rosnącego zapotrzebowania na szybkie ładowanie, moduły ładujące nadal rozwijają się w kierunku dużej mocy. Wysoką moc stosu ładującego osiąga się na dwa sposoby. Jednym z nich jest równoległe podłączenie wielu modułów ładujących w celu uzyskania superpozycji mocy; drugim jest zwiększenie pojedynczej mocy modułu ładującego. Wychodząc z potrzeb technicznych zwiększania gęstości mocy, zmniejszania przestrzeni i zmniejszania złożoności architektury elektrycznej, zwiększanie mocy pojedynczego modułu ładującego jest długoterminowym trendem rozwojowym. Moduły ładowania w moim kraju przeszły trzy generacje rozwoju, od pierwszej generacji 7,5 kW do drugiej generacji 15/20 kW, a obecnie znajdują się w okresie konwersji z drugiej generacji do trzeciej generacji 30/40 kW. Moduły ładujące dużej mocy stały się głównym nurtem rynku. Jednocześnie, w oparciu o zasadę miniaturyzacji, gęstość mocy modułów ładujących rosła jednocześnie ze wzrostem poziomu mocy.

Istnieją dwie ścieżki szybkiego ładowania prądem stałym o wyższym poziomie mocy: zwiększenie napięcia i zwiększenie prądu. Rozwiązanie do ładowania wysokoprądowego zostało po raz pierwszy zastosowane przez Teslę. Zaletą jest to, że koszt optymalizacji komponentów jest niższy, ale wysoki prąd spowoduje większe straty ciepła i wysokie wymagania dotyczące rozpraszania ciepła, a grubsze przewody zmniejszają wygodę i promują w mniejszym stopniu. Rozwiązaniem wysokonapięciowym jest zwiększenie maksymalnego napięcia roboczego modułu ładującego. Jest to obecnie powszechnie stosowany model przez producentów samochodów. Może uwzględniać zalety zmniejszenia zużycia energii, poprawy żywotności baterii, zmniejszenia masy i oszczędności miejsca. Rozwiązanie wysokiego napięcia wymaga wyposażenia pojazdów elektrycznych w platformę wysokiego napięcia do obsługi zastosowań szybkiego ładowania. Obecnie rozwiązaniem szybkiego ładowania powszechnie stosowanym przez firmy samochodowe jest platforma wysokiego napięcia 400 V. Dzięki badaniom i zastosowaniu platformy napięcia 800 V poziom napięcia modułu ładującego ulegnie dalszej poprawie.

Poprawa efektywności konwersji jest wskaźnikiem technicznym, do którego zawsze dążą moduły ładujące. Poprawa efektywności konwersji oznacza wyższą wydajność ładowania i mniejsze straty. Obecnie maksymalna wydajność szczytowa modułów ładujących wynosi zazwyczaj 95% ~ 96%. W przyszłości, wraz z rozwojem komponentów elektronicznych, takich jak urządzenia zasilające trzeciej generacji i zbliżaniem się napięcia wyjściowego modułów ładujących do 800 V, a nawet 1000 V, wydajność konwersji ulegnie dalszej poprawie.

(3) Wartość modułów ładujących ev wzrasta

Moduł ładowania jest głównym elementem stosu ładowania prądem stałym, stanowiącym około 50% kosztu sprzętu stosu ładowania. Poprawa efektywności ładowania w przyszłości zależy głównie od poprawy wydajności modułów ładujących. Z jednej strony więcej modułów ładujących podłączonych równolegle bezpośrednio zwiększy wartość modułu ładującego; z drugiej strony poprawa poziomu mocy i gęstości mocy pojedynczego modułu ładującego zależy od zoptymalizowanej konstrukcji obwodów sprzętowych i oprogramowania sterującego, a także technologii kluczowych komponentów. Przełomy, to kluczowe technologie poprawiające moc całego stosu ładującego, co jeszcze bardziej podniesie wartość modułu ładującego.

6. Bariery techniczne w branży modułów ładowania mocy ev

Technologia zasilania to przedmiot interdyscyplinarny, który integruje technologię topologii obwodów, technologię cyfrową, technologię magnetyczną, technologię komponentów, technologię półprzewodników i technologię projektowania termicznego. Jest to branża intensywnie wykorzystująca technologię. Jako serce stosu ładowania DC, moduł ładowania bezpośrednio określa wydajność ładowania, stabilność operacyjną, bezpieczeństwo i niezawodność stosu ładowania, a jego znaczenie i wartość są wyjątkowe. Produkt wymaga dużej inwestycji zasobów i specjalistów, od badań i rozwoju technologii po aplikację terminalową. Wybór komponentów i układu elektronicznego, aktualizacja i iteracja algorytmu oprogramowania, dokładne zrozumienie scenariuszy zastosowań oraz dojrzałe możliwości platformy kontroli jakości i testowania będą miały bezpośredni wpływ na jakość i stabilność produktu. Nowym podmiotom w branży trudno jest zgromadzić w krótkim czasie dane dotyczące różnych technologii, personelu i scenariuszy zastosowań, a ponadto borykają się z wysokimi barierami technicznymi.