Tendința oportunităților de dezvoltare a industriei modulelor de încărcare a vehiculelor energetice noi

1. Prezentare generală a dezvoltării industriei modulelor de încărcare

Modulele de încărcare sunt nucleul pilelor de încărcare în curent continuu pentru vehiculele cu energie nouă. Pe măsură ce rata de penetrare și deținerea de vehicule cu energie nouă în China continuă să crească, cererea de piloni de încărcare este în creștere. Încărcarea vehiculelor cu energie nouă este împărțită în încărcare lentă AC și încărcare rapidă DC. Încărcarea rapidă DC are caracteristici de înaltă tensiune, putere mare și încărcare rapidă. Pe măsură ce piața urmărește eficiența încărcării, scara pieței pilelor de încărcare rapidă DC și a modulelor de încărcare continuă să se extindă.

2. Nivelul tehnic și caracteristicile industriei modulelor de încărcare pentru vehicule electrice

Industria de module de încărcare pentru vehicule electrice (EV) are în prezent caracteristici tehnice precum putere mare la un singur modul, frecvență înaltă, miniaturizare, eficiență ridicată de conversie și gamă largă de tensiune.

În ceea ce privește puterea unui singur modul, industria noilor module de încărcare cu pile de energie a cunoscut dezvoltarea de produse mainstream de 7,5 kW în 2014, curent constant de 20A și 15 kW în 2015 și putere constantă de 25A și 15 kW în 2016. Modulele de încărcare cu aplicații mainstream actuale sunt de 20 kW și 30 kW. Soluții cu un singur modul și conversia la soluții cu un singur modul de alimentare cu energie de 40 kW pentru noi pile de încărcare. Modulele de încărcare de mare putere au devenit o tendință de dezvoltare a pieței în viitor.

În ceea ce privește tensiunea de ieșire, State Grid a emis versiunea din 2017 a „Standardelor de calificare și verificare a abilităților pentru furnizorii de echipamente de încărcare a vehiculelor electrice”, precizând că intervalul de tensiune de ieșire al încărcătoarelor de curent continuu este de 200-750V, iar tensiunea de alimentare constantă acoperă cel puțin intervalele 400-500V și 600-750V. Prin urmare, toți producătorii de module proiectează în general module pentru 200-750V și îndeplinesc cerințele de putere constantă. Odată cu creșterea autonomiei vehiculelor electrice și cererea utilizatorilor de vehicule cu energie nouă de a reduce timpul de încărcare, industria a propus o arhitectură de încărcare super rapidă de 800V, iar unele companii au realizat furnizarea de module de încărcare cu pilă de curent continuu cu o gamă largă de tensiune de ieșire de 200-1000V.

În ceea ce privește frecvența înaltă și miniaturizarea modulelor de încărcare, puterea modulelor cu o singură mașină ale noilor surse de alimentare cu pile de încărcare a crescut, dar volumul acestora nu poate fi extins proporțional. Prin urmare, creșterea frecvenței de comutare și integrarea componentelor magnetice au devenit mijloace importante pentru creșterea densității de putere.

În ceea ce privește eficiența modulelor de încărcare, marile companii din industria modulelor de încărcare pentru noi pile de energie au, în general, o eficiență maximă de vârf de 95%-96%. În viitor, odată cu dezvoltarea de componente electronice, cum ar fi dispozitivele de alimentare de a treia generație, și popularizarea vehiculelor electrice cu 800V sau chiar mai mult, cu o platformă de înaltă tensiune, se așteaptă ca industria să introducă produse cu o eficiență maximă de peste 98%.

Pe măsură ce densitatea de putere a modulelor de încărcare crește, aceasta aduce și probleme mai mari de disipare a căldurii. În ceea ce privește disiparea căldurii de către modulele de încărcare, metoda principală de disipare a căldurii în industrie este răcirea cu aer forțat, existând și metode precum conductele de aer rece închise și răcirea cu apă. Răcirea cu aer are avantajele costului redus și ale structurii simple. Cu toate acestea, pe măsură ce presiunea de disipare a căldurii crește în continuare, dezavantajele capacității limitate de disipare a căldurii și ale zgomotului ridicat al răcirii cu aer vor deveni și mai evidente. Echiparea modulului de încărcare și a liniei de tun cu răcire cu lichid a devenit o soluție majoră în direcția tehnică.

3. Progresul tehnologic accelerează oportunitățile de dezvoltare ale penetrării noilor industrii energetice

În ultimii ani, noile tehnologii din industria energetică au continuat să înregistreze progrese și descoperiri inovatoare, iar creșterea ratei de penetrare a promovat dezvoltarea continuă a industriei modulelor de încărcare în amonte. Creșterea semnificativă a densității energiei bateriilor a rezolvat problema autonomiei insuficiente a vehiculelor cu energie nouă, iar aplicarea modulelor de încărcare de mare putere a scurtat considerabil timpul de încărcare, accelerând astfel penetrarea vehiculelor cu energie nouă și construirea de stive de încărcare de susținere. În viitor, se așteaptă ca integrarea și aprofundarea aplicării tehnologiilor precum stocarea optică și integrarea încărcării și integrarea rețelei de vehicule V2G să accelereze și mai mult penetrarea noilor industrii energetice și popularizarea consumului.

4. Peisajul concurențial al industriei: Industria modulelor de încărcare este complet competitivă, iar piața produsului este vastă.

Modulul de încărcare este componenta principală a pilelor de încărcare în curent continuu. Odată cu creșterea ratei de penetrare a vehiculelor cu energie nouă în întreaga lume, consumatorii sunt din ce în ce mai îngrijorați de autonomia de încărcare și de confortul încărcării. Cererea de pe piață pentru pilele de încărcare rapidă în curent continuu a explodat, iar piața internă de operare a pilelor de încărcare a crescut de la... În primele zile, Rețeaua de Stat era principala forță în dezvoltarea diversificată. Au apărut rapid o serie de operatori de capital social cu capacități atât de fabricare, cât și de operare a echipamentelor pentru pilele de încărcare. Producătorii interni de module de încărcare au continuat să își extindă producția și scara de vânzări pentru construirea pilelor de încărcare de susținere, iar competitivitatea lor globală a continuat să se consolideze.

În prezent, după ani de iterații de produse și dezvoltare a modulelor de încărcare, concurența în industrie este suficientă. Produsele mainstream se dezvoltă în direcția tensiunii înalte și a densității de putere ridicate, iar spațiul de piață al produsului este vast. Întreprinderile din industrie obțin în principal o cotă de piață și niveluri de profit mai mari prin îmbunătățirea continuă a topologiei produsului, a algoritmilor de control, optimizarea hardware-ului și a sistemelor de producție etc.

5. Tendințe de dezvoltare a modulelor de încărcare pentru vehicule electrice

Pe măsură ce modulele de încărcare atrag o cerere uriașă pe piață, tehnologia continuă să se dezvolte către o densitate mare de putere, o gamă largă de tensiune și o eficiență ridicată de conversie.

1) Trecerea la o abordare bazată pe politici, la una bazată pe cerere

Pentru a sprijini și promova dezvoltarea vehiculelor cu energie nouă, construcția de stații de încărcare a fost condusă în principal de guvern în stadiul incipient și a ghidat treptat dezvoltarea industriei către un model de conducere endogen prin sprijin politic. Din 2021, dezvoltarea rapidă a vehiculelor cu energie nouă a impus cerințe uriașe în ceea ce privește construcția de instalații de sprijin și stații de încărcare. Industria stațiilor de încărcare finalizează transformarea de la cea determinată de politici la cea determinată de cerere.

Având în vedere numărul tot mai mare de vehicule cu energie nouă, pe lângă creșterea densității amplasării pilelor de încărcare, timpul de încărcare trebuie redus și mai mult. Pilele de încărcare în curent continuu au viteze de încărcare mai mari și timpi de încărcare mai scurți, fiind mai potrivite pentru nevoile de încărcare temporară și de urgență ale utilizatorilor de vehicule electrice și putând rezolva eficient problemele legate de anxietatea față de autonomia vehiculelor electrice și anxietatea față de încărcare. Prin urmare, în ultimii ani, scara pieței de încărcare rapidă în curent continuu în pile de încărcare nou construite, în special în pilele de încărcare publice, a crescut rapid și a devenit o tendință principală în multe orașe importante din China.

Pe scurt, pe de o parte, pe măsură ce numărul vehiculelor cu energie nouă continuă să crească, construcția de susținere a pilelor de încărcare trebuie îmbunătățită continuu. Pe de altă parte, utilizatorii de vehicule electrice urmăresc, în general, încărcarea rapidă în curent continuu. Piloții de încărcare în curent continuu au devenit tendința principală, iar modulele de încărcare au intrat și ele în cerere. O etapă de dezvoltare în care tracțiunea este principala forță motrice.

(2) Densitate mare de putere, gamă largă de tensiune, eficiență ridicată de conversie

Așa-numita încărcare rapidă înseamnă putere de încărcare mare. Prin urmare, având în vedere cererea tot mai mare de încărcare rapidă, modulele de încărcare continuă să se dezvolte în direcția unei puteri mari. Puterea mare a pilei de încărcare se obține în două moduri. Una este conectarea mai multor module de încărcare în paralel pentru a realiza suprapunerea puterii; cealaltă este creșterea puterii individuale a modulului de încărcare. Pe baza nevoilor tehnice de creștere a densității de putere, reducerea spațiului și reducerea complexității arhitecturii electrice, creșterea puterii unui singur modul de încărcare este o tendință de dezvoltare pe termen lung. Modulele de încărcare din țara mea au trecut prin trei generații de dezvoltare, de la prima generație de 7,5 kW la a doua generație de 15/20 kW și se află acum în perioada de conversie de la a doua generație la a treia generație de 30/40 kW. Modulele de încărcare de mare putere au devenit mainstream pe piață. În același timp, pe baza principiului de proiectare al miniaturizării, densitatea de putere a modulelor de încărcare a crescut, de asemenea, simultan cu creșterea nivelului de putere.

Există două căi pentru a obține o încărcare rapidă DC cu un nivel de putere mai ridicat: creșterea tensiunii și creșterea curentului. Soluția de încărcare cu curent ridicat a fost adoptată pentru prima dată de Tesla. Avantajul este că costul optimizării componentelor este mai mic, dar curentul ridicat va aduce pierderi de căldură mai mari și cerințe ridicate pentru disiparea căldurii, iar firele mai groase reduc confortul și promovează într-o măsură mai mică. Soluția de înaltă tensiune constă în creșterea tensiunii maxime de funcționare a modulului de încărcare. În prezent, este un model utilizat în mod obișnuit de producătorii de automobile. Poate lua în considerare avantajele reducerii consumului de energie, îmbunătățirii duratei de viață a bateriei, reducerii greutății și economisirii spațiului. Soluția de înaltă tensiune necesită ca vehiculele electrice să fie echipate cu o platformă de înaltă tensiune pentru a susține aplicațiile de încărcare rapidă. În prezent, soluția de încărcare rapidă utilizată în mod obișnuit de companiile auto este platforma de înaltă tensiune de 400V. Prin cercetarea și aplicarea platformei de tensiune de 800V, nivelul de tensiune al modulului de încărcare va fi îmbunătățit în continuare.

Îmbunătățirea eficienței conversiei este un indicator tehnic pe care modulele de încărcare îl urmăresc întotdeauna. Îmbunătățirea eficienței conversiei înseamnă o eficiență de încărcare mai mare și pierderi mai mici. În prezent, eficiența maximă de vârf a modulelor de încărcare este în general de 95%~96%. În viitor, odată cu dezvoltarea componentelor electronice, cum ar fi dispozitivele de alimentare de a treia generație, și cu tendința de ieșire a modulelor de încărcare care se deplasează spre 800V sau chiar 1000V, eficiența conversiei va fi îmbunătățită și mai mult.

(3) Valoarea modulelor de încărcare pentru vehicule electrice crește

Modulul de încărcare este componenta principală a pilei de încărcare DC, reprezentând aproximativ 50% din costul hardware al pilei de încărcare. Îmbunătățirea eficienței încărcării în viitor depinde în principal de îmbunătățirea performanței modulelor de încărcare. Pe de o parte, mai multe module de încărcare conectate în paralel vor crește direct valoarea modulului de încărcare; pe de altă parte, îmbunătățirea nivelului de putere și a densității de putere a unui singur modul de încărcare depinde de designul optimizat al circuitelor hardware și al software-ului de control, precum și de tehnologia componentelor cheie. Acestea sunt tehnologii cheie pentru îmbunătățirea puterii întregii pile de încărcare, ceea ce va crește și mai mult valoarea modulului de încărcare.

6. Bariere tehnice în industria modulelor de încărcare pentru vehicule electrice

Tehnologia alimentării cu energie este un domeniu interdisciplinar care integrează tehnologia topologiei circuitelor, tehnologia digitală, tehnologia magnetică, tehnologia componentelor, tehnologia semiconductorilor și tehnologia de proiectare termică. Este o industrie cu utilizare intensivă a tehnologiei. Fiind inima pilei de încărcare în curent continuu, modulul de încărcare determină direct eficiența încărcării, stabilitatea operațională, siguranța și fiabilitatea pilei de încărcare, iar importanța și valoarea sa sunt remarcabile. Un produs necesită o investiție mare de resurse și profesioniști, de la cercetarea și dezvoltarea tehnologică până la aplicațiile terminale. Modul de selectare a componentelor electronice și a aspectului, actualizarea și iterația algoritmului software, înțelegerea precisă a scenariilor de aplicare și capacitățile platformei mature de control al calității și testare vor afecta direct calitatea și stabilitatea produsului. Este dificil pentru noii intrați în industrie să acumuleze diverse tehnologii, personal și date despre scenariile de aplicații într-o perioadă scurtă de timp și se confruntă cu bariere tehnice ridicate.