Nova tendência de oportunidade de desenvolvimento da indústria de módulos de carregamento de veículos de energia

1. Visão geral do desenvolvimento da indústria de módulos de carregamento

Os módulos de carregamento são o núcleo das pilhas de carregamento DC para veículos de novas energias. À medida que a taxa de penetração e a propriedade de novos veículos energéticos na China continuam a aumentar, a procura de pilhas de carregamento está a aumentar. O carregamento de veículos com novas energias é dividido em carregamento lento AC e carregamento rápido DC. O carregamento rápido DC tem as características de alta tensão, alta potência e carregamento rápido. À medida que o mercado busca eficiência de carregamento, a escala de mercado de pilhas e módulos de carregamento rápido DC continua a se expandir. .

2. Nível técnico e características da indústria de módulos de carregamento EV

A nova indústria de módulos de carregadores de pilha de carregamento de veículos de energia atualmente possui características técnicas como alta potência de módulo único, alta frequência, miniaturização, alta eficiência de conversão e ampla faixa de tensão.

Em termos de potência de módulo único, a nova indústria de módulos de carregamento de pilha de carregamento de energia experimentou o desenvolvimento de produtos convencionais de 7,5 kW em 2014, corrente constante de 20A e 15 kW em 2015 e potência constante de 25 A e 15 kW em 2016. Os atuais módulos de carregamento de aplicativos convencionais são 20 kW e 30 kW. Soluções de módulo único e conversão para novas soluções de módulo único de fonte de alimentação de pilha de carregamento de energia de 40kW. Módulos de carregamento de alta potência tornaram-se uma tendência de desenvolvimento de mercado no futuro.

Em termos de tensão de saída, a State Grid emitiu a versão 2017 dos “Padrões de verificação de qualificação e capacidade para fornecedores de equipamentos de carregamento de veículos elétricos”, afirmando que a faixa de tensão de saída dos carregadores DC é 200-750V, e a tensão de alimentação constante cobre pelo menos nas faixas de 400-500V e 600-750V. Portanto, todos os fabricantes de módulos geralmente projetam módulos para 200-750V e atendem a requisitos de energia constantes. Com o aumento da autonomia de cruzeiro dos veículos elétricos e a demanda dos novos usuários de veículos de energia para reduzir o tempo de carregamento, a indústria propôs uma arquitetura de carregamento super rápido de 800V, e algumas empresas realizaram o fornecimento de módulos de carregamento de pilha de carregamento DC com uma ampla faixa de tensão de saída de 200-1000V. .

Em termos de alta frequência e miniaturização dos módulos de carregamento, a potência dos módulos de máquina única das novas fontes de alimentação de pilha de carregamento de energia aumentou, mas seu volume não pode ser expandido proporcionalmente. Portanto, aumentar a frequência de comutação e integrar componentes magnéticos tornaram-se meios importantes para aumentar a densidade de potência.

Em termos de eficiência do módulo de carregamento, as principais empresas da nova indústria de módulos de carregamento de pilha de carregamento de energia geralmente têm uma eficiência de pico máxima de 95% -96%. No futuro, com o desenvolvimento de componentes eletrônicos, como dispositivos de energia de terceira geração e a popularização de veículos elétricos com 800V ou até mais. Com uma plataforma de alta tensão, espera-se que a indústria inaugure produtos com eficiência máxima de mais de 98% .

À medida que a densidade de potência dos módulos de carregamento aumenta, também traz maiores problemas de dissipação de calor. Em termos de dissipação de calor dos módulos de carregamento, o método atual de dissipação de calor predominante na indústria é o resfriamento com ar forçado, e também existem métodos como dutos de ar frio fechados e resfriamento a água. O resfriamento a ar tem as vantagens de baixo custo e estrutura simples. No entanto, à medida que a pressão de dissipação de calor aumenta ainda mais, as desvantagens da capacidade limitada de dissipação de calor e do alto ruído do resfriamento de ar se tornarão ainda mais aparentes. Equipar o módulo de carregamento e a linha de pistolas com refrigeração líquida tornou-se uma solução importante. direção técnica.

3. O progresso tecnológico acelera as oportunidades de desenvolvimento de novas penetrações na indústria energética

Nos últimos anos, as novas tecnologias da indústria energética continuaram a fazer progressos e avanços, e o aumento na taxa de penetração promoveu o desenvolvimento contínuo da indústria de módulos de carregamento a montante. O aumento significativo na densidade de energia da bateria resolveu o problema da autonomia de cruzeiro insuficiente dos veículos de novas energias, e a aplicação de módulos de carregamento de alta potência reduziu muito o tempo de carregamento, acelerando assim a penetração de novos veículos de energia e a construção de pilhas de carregamento de apoio . No futuro, espera-se que a integração e o aprofundamento da aplicação de tecnologias como o armazenamento óptico e a integração de carregamento e a integração da rede de veículos V2G acelerem ainda mais a penetração de novas indústrias energéticas e a popularização do consumo.

4. Cenário de competição da indústria: A indústria de módulos de carregamento é totalmente competitiva e o espaço de mercado do produto é grande.

O módulo de carregamento é o componente principal das pilhas de carregamento DC. Com o aumento da taxa de penetração de novos veículos energéticos em todo o mundo, os consumidores estão cada vez mais preocupados com a autonomia e a conveniência do carregamento. A demanda do mercado por pilhas de carregamento rápido DC explodiu, e o mercado doméstico de operação de pilhas de carregamento cresceu. Nos primeiros dias, a State Grid era a principal força no desenvolvimento diversificado. Vários operadores de capital social com capacidades operacionais e de fabricação de equipamentos de pilha de carregamento surgiram rapidamente. Os fabricantes nacionais de módulos de carregamento continuaram a expandir a sua produção e escala de vendas para a construção de pilhas de carregamento de apoio, e a sua competitividade abrangente continuou a fortalecer-se. .

Atualmente, após anos de iteração de produtos e desenvolvimento de módulos de carregamento, a concorrência da indústria é suficiente. Os produtos convencionais estão se desenvolvendo na direção de alta tensão e alta densidade de potência, e o espaço de mercado do produto é grande. As empresas do setor obtêm principalmente maior participação de mercado e níveis de lucro melhorando continuamente a topologia do produto, algoritmos de controle, otimizando hardware e sistemas de produção, etc.

5. Tendências de desenvolvimento de módulos de carregamento ev

À medida que os módulos de carregamento geram uma enorme demanda de mercado, a tecnologia continua a se desenvolver em direção a alta densidade de potência, ampla faixa de tensão e alta eficiência de conversão.

1) Mudança orientada por políticas para orientada pela procura

A fim de apoiar e promover o desenvolvimento de novos veículos energéticos, a construção de pilhas de carregamento foi liderada principalmente pelo governo na fase inicial e guiou gradualmente o desenvolvimento da indústria para um modelo de condução endógeno através de apoio político. Desde 2021, o rápido desenvolvimento de novos veículos energéticos colocou enormes exigências na construção de instalações de apoio e pilhas de carregamento. A indústria de pilhas de carregamento está completando a transformação de orientada por políticas para orientada pela demanda.

Diante do número crescente de novos veículos energéticos, além de aumentar a densidade do layout da pilha de carregamento, o tempo de carregamento deve ser ainda mais reduzido. As pilhas de carregamento DC têm velocidades de carregamento mais rápidas e tempos de carregamento mais curtos, que são mais adequados para as necessidades de carregamento temporário e de emergência dos usuários de veículos elétricos, e podem resolver efetivamente os problemas de ansiedade de autonomia e ansiedade de carregamento dos veículos elétricos. Portanto, nos últimos anos, a escala de mercado de carregamento rápido DC em pilhas de carregamento recém-construídas, especialmente em pilhas de carregamento públicas, cresceu rapidamente e se tornou uma tendência dominante em muitas cidades importantes da China.

Resumindo, por um lado, à medida que o número de novos veículos energéticos continua a crescer, a construção de apoio às pilhas de carregamento precisa de ser continuamente melhorada. Por outro lado, os usuários de veículos elétricos geralmente buscam o carregamento rápido DC. As pilhas de carregamento DC tornaram-se a tendência dominante e os módulos de carregamento também entraram na demanda. Um estágio de desenvolvimento em que a atração é a principal força motriz.

(2) Alta densidade de potência, ampla faixa de tensão, alta eficiência de conversão

O chamado carregamento rápido significa alto poder de carregamento. Portanto, sob a crescente demanda por carregamento rápido, os módulos de carregamento continuam a se desenvolver na direção de alta potência. A alta potência da pilha de carregamento é alcançada de duas maneiras. Uma é conectar vários módulos de carregamento em paralelo para obter a superposição de energia; a outra é aumentar a potência única do módulo de carregamento. Com base nas necessidades técnicas de aumentar a densidade de potência, reduzir o espaço e reduzir a complexidade da arquitetura elétrica, aumentar a potência de um único módulo de carregamento é uma tendência de desenvolvimento de longo prazo. os módulos de carregamento do meu país passaram por três gerações de desenvolvimento, da primeira geração de 7,5 kW à segunda geração de 15/20 kW, e agora estão no período de conversão da segunda geração para a terceira geração de 30/40 kW. Módulos de carregamento de alta potência tornaram-se a tendência principal do mercado. Ao mesmo tempo, com base no princípio de design da miniaturização, a densidade de potência dos módulos de carregamento também aumentou simultaneamente com o aumento do nível de potência.

Existem dois caminhos para alcançar um carregamento rápido DC de nível de potência mais alto: aumentando a tensão e aumentando a corrente. A solução de carregamento de alta corrente foi adotada pela primeira vez pela Tesla. A vantagem é que o custo de otimização do componente é menor, mas a alta corrente trará maior perda de calor e altos requisitos de dissipação de calor, e fios mais grossos reduzem a conveniência e promovem em menor grau. A solução de alta tensão é aumentar a tensão operacional máxima do módulo de carregamento. Atualmente é um modelo comumente usado pelos fabricantes de automóveis. Pode levar em consideração as vantagens de reduzir o consumo de energia, melhorar a vida útil da bateria, reduzir peso e economizar espaço. A solução de alta tensão exige que os veículos elétricos sejam equipados com uma plataforma de alta tensão para suportar aplicações de carregamento rápido. Atualmente, a solução de carregamento rápido comumente utilizada pelas montadoras é a plataforma de alta tensão de 400V. Com a pesquisa e aplicação da plataforma de tensão de 800V, o nível de tensão do módulo de carregamento será melhorado ainda mais.

A melhoria da eficiência de conversão é um indicador técnico que os módulos de carregamento sempre buscam. A melhoria da eficiência de conversão significa maior eficiência de carregamento e menores perdas. Atualmente, a eficiência máxima máxima dos módulos de carregamento é geralmente de 95% a 96%. No futuro, com o desenvolvimento de componentes eletrônicos, como dispositivos de energia de terceira geração e a tensão de saída dos módulos de carregamento avançando para 800V ou mesmo 1000V, a eficiência de conversão será ainda melhorada.

(3) O valor dos módulos de carregamento ev aumenta

O módulo de carregamento é o componente principal da pilha de carregamento DC, representando cerca de 50% do custo de hardware da pilha de carregamento. A melhoria da eficiência de carregamento no futuro depende principalmente da melhoria do desempenho dos módulos de carregamento. Por um lado, mais módulos de carregamento conectados em paralelo aumentarão diretamente o valor do módulo de carregamento; por outro lado, a melhoria do nível de potência e da densidade de potência do módulo de carregamento único depende do design otimizado dos circuitos de hardware e do software de controle, bem como da tecnologia dos componentes principais. Avanços, estas são tecnologias essenciais para melhorar a potência de toda a pilha de carregamento, o que aumentará ainda mais o valor do módulo de carregamento.

6. Barreiras técnicas na indústria de módulos de carregamento de energia ev

A tecnologia de fonte de alimentação é um assunto interdisciplinar que integra tecnologia de topologia de circuito, tecnologia digital, tecnologia magnética, tecnologia de componentes, tecnologia de semicondutores e tecnologia de design térmico. É uma indústria intensiva em tecnologia. Como o coração da pilha de carregamento DC, o módulo de carregamento determina diretamente a eficiência de carregamento, estabilidade operacional, segurança e confiabilidade da pilha de carregamento, e sua importância e valor são excelentes. Um produto requer um grande investimento de recursos e profissionais, desde pesquisa e desenvolvimento tecnológico até aplicação em terminal. Como selecionar componentes eletrônicos e layout, atualização e iteração de algoritmo de software, compreensão precisa dos cenários de aplicação e controle de qualidade maduro e recursos de plataforma de teste afetarão a qualidade e a estabilidade do produto e terão um impacto direto. É difícil para os novos participantes na indústria acumular várias tecnologias, pessoal e dados de cenários de aplicação num curto período de tempo, e eles enfrentam grandes barreiras técnicas.