اتجاه فرص تطوير صناعة وحدات شحن المركبات بالطاقة الجديدة

1. نظرة عامة على تطور صناعة وحدات الشحن

تُعدّ وحدات الشحن جوهر أكوام شحن التيار المستمر لمركبات الطاقة الجديدة. ومع استمرار تزايد انتشار وامتلاك مركبات الطاقة الجديدة في الصين، يتزايد الطلب على أكوام الشحن. ينقسم شحن مركبات الطاقة الجديدة إلى شحن بطيء بالتيار المتردد وشحن سريع بالتيار المستمر. يتميز الشحن السريع بالتيار المستمر بخصائص الجهد العالي والطاقة العالية والشحن السريع. ومع سعي السوق نحو كفاءة الشحن، يستمر حجم سوق أكوام ووحدات الشحن السريع بالتيار المستمر في التوسع.

2. المستوى التقني وخصائص صناعة وحدات شحن السيارات الكهربائية

تتميز صناعة وحدات شحن المركبات ذات الطاقة الجديدة حاليًا بميزات تقنية مثل الطاقة العالية للوحدة الواحدة، والتردد العالي، والتصغير، وكفاءة التحويل العالية، ونطاق الجهد الواسع.

فيما يتعلق بطاقة الوحدة الواحدة، شهدت صناعة وحدات شحن الطاقة الجديدة تطويرًا رئيسيًا لمنتجات بقدرة 7.5 كيلوواط في عام 2014، و20 أمبير و15 كيلوواط بتيار ثابت في عام 2015، و25 أمبير و15 كيلوواط بتيار ثابت في عام 2016. وحدات الشحن الشائعة حاليًا هي بقدرة 20 كيلوواط و30 كيلوواط. حلول الوحدة الواحدة، والتحويل إلى حلول إمداد طاقة وحدة واحدة بقدرة 40 كيلوواط لوحدات شحن الطاقة الجديدة. أصبحت وحدات الشحن عالية الطاقة اتجاهًا رئيسيًا لتطوير السوق في المستقبل.

فيما يتعلق بجهد الخرج، أصدرت شبكة الكهرباء الحكومية نسخة عام ٢٠١٧ من "معايير التحقق من الأهلية والقدرة لموردي معدات شحن المركبات الكهربائية"، مشيرةً إلى أن نطاق جهد الخرج لشواحن التيار المستمر يتراوح بين ٢٠٠ و٧٥٠ فولت، وأن جهد الطاقة الثابت يغطي نطاقي ٤٠٠-٥٠٠ فولت و٦٠٠-٧٥٠ فولت على الأقل. لذلك، يصمم جميع مصنعي الوحدات وحدات بجهد ٢٠٠-٧٥٠ فولت لتلبية متطلبات الطاقة الثابتة. مع ازدياد مدى سير المركبات الكهربائية وحاجة مستخدمي مركبات الطاقة الجديدة إلى تقليل وقت الشحن، اقترحت الصناعة بنية شحن فائقة السرعة بجهد ٨٠٠ فولت، ووفرت بعض الشركات وحدات شحن تيار مستمر بنطاق جهد خرج واسع يتراوح بين ٢٠٠ و١٠٠٠ فولت.

فيما يتعلق بالتردد العالي وتصغير وحدات الشحن، ازدادت قدرة وحدات الآلة الواحدة لإمدادات طاقة كومة شحن الطاقة الجديدة، ولكن لا يمكن زيادة حجمها بشكل متناسب. لذلك، أصبحت زيادة تردد التبديل ودمج المكونات المغناطيسية وسيلةً مهمةً لزيادة كثافة الطاقة.

فيما يتعلق بكفاءة وحدات الشحن، تتراوح ذروة كفاءة الشركات الكبرى في صناعة وحدات شحن الطاقة الجديدة عادةً بين 95% و96%. في المستقبل، مع تطور المكونات الإلكترونية مثل أجهزة الطاقة من الجيل الثالث، وانتشار المركبات الكهربائية ذات الجهد العالي (800 فولت أو أعلى)، من المتوقع أن تُطلق الصناعة منتجات ذات ذروة كفاءة تتجاوز 98%.

مع ازدياد كثافة طاقة وحدات الشحن، تزداد مشاكل تبديد الحرارة. وفيما يتعلق بتبديد حرارة وحدات الشحن، فإن طريقة تبديد الحرارة السائدة حاليًا في الصناعة هي التبريد الهوائي القسري، بالإضافة إلى طرق أخرى مثل قنوات الهواء البارد المغلقة والتبريد المائي. يتميز التبريد الهوائي بانخفاض تكلفته وبساطة هيكله. ومع ذلك، مع زيادة ضغط تبديد الحرارة، تتضح عيوب قدرة التبريد الهوائي المحدودة على تبديد الحرارة وارتفاع مستوى الضوضاء. لذا، أصبح تزويد وحدة الشحن وخط المدفع بالتبريد السائل حلاً رئيسيًا. في هذا الصدد، يُنظر إلى الاتجاه التقني على أنه "التوجه التقني".

3. التقدم التكنولوجي يسرع فرص تطوير اختراق صناعة الطاقة الجديدة

في السنوات الأخيرة، واصلت تكنولوجيا صناعة الطاقة الجديدة إحراز تقدم وإنجازات كبيرة، وعززت زيادة معدل الانتشار التطور المستمر لصناعة وحدات الشحن الأولية. وقد ساهم الارتفاع الكبير في كثافة طاقة البطاريات في حل مشكلة عدم كفاية مدى سير مركبات الطاقة الجديدة، كما أدى استخدام وحدات الشحن عالية الطاقة إلى تقصير وقت الشحن بشكل كبير، مما ساهم في تسريع انتشار مركبات الطاقة الجديدة وبناء أكوام الشحن الداعمة. ومن المتوقع في المستقبل أن يؤدي تكامل وتعميق تطبيقات تقنيات مثل التخزين البصري وتكامل الشحن وتكامل شبكات مركبات V2G إلى تسريع انتشار صناعات الطاقة الجديدة وزيادة انتشار استهلاكها.

4. المنافسة في الصناعة: صناعة وحدات الشحن تنافسية بالكامل ومساحة سوق المنتجات كبيرة.

وحدة الشحن هي المكون الأساسي لأكوام شحن التيار المستمر. مع تزايد انتشار مركبات الطاقة الجديدة حول العالم، يزداد قلق المستهلكين بشأن مدى الشحن وسهولة الشحن. وقد شهد الطلب على أكوام شحن التيار المستمر السريع نموًا هائلاً، ونما سوق تشغيل أكوام الشحن المحلي منذ بداياته. في البداية، كانت شبكة الكهرباء الحكومية القوة الرئيسية في التنمية المتنوعة. وظهر بسرعة عدد من مشغلي رأس المال الاجتماعي ذوي القدرات التصنيعية والتشغيلية لمعدات أكوام الشحن. وواصل مصنعو وحدات الشحن المحليون توسيع نطاق إنتاجهم ومبيعاتهم لبناء أكوام الشحن الداعمة، واستمرت قدرتهم التنافسية الشاملة في تعزيز.

في الوقت الحاضر، وبعد سنوات من تكرار المنتجات وتطوير وحدات الشحن، أصبحت المنافسة في هذا القطاع قوية. تتطور المنتجات الرئيسية نحو الجهد العالي وكثافة الطاقة العالية، وتتمتع بمساحة سوقية واسعة. وتسعى الشركات العاملة في هذا القطاع بشكل رئيسي إلى زيادة حصتها السوقية ومستويات أرباحها من خلال التحسين المستمر لبنية المنتج، وخوارزميات التحكم، وتحسين الأجهزة وأنظمة الإنتاج، وما إلى ذلك.

5. اتجاهات تطوير وحدات شحن السيارات الكهربائية

مع الطلب الهائل الذي تحظى به وحدات الشحن في السوق، تستمر التكنولوجيا في التطور نحو كثافة طاقة عالية ونطاق جهد واسع وكفاءة تحويل عالية.

1) التحول من السياسات الموجهة إلى السياسات الموجهة نحو الطلب

لدعم وتعزيز تطوير مركبات الطاقة الجديدة، قادت الحكومة بشكل رئيسي بناء أكوام الشحن في المراحل المبكرة، ووجهت تطوير الصناعة تدريجيًا نحو نموذج قيادة ذاتي من خلال دعم السياسات. منذ عام ٢٠٢١، فرض التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة متطلبات هائلة على بناء المرافق الداعمة وأكوام الشحن. ويستكمل قطاع أكوام الشحن تحوله من كونه مدفوعًا بالسياسات إلى كونه مدفوعًا بالطلب.

في ظل تزايد عدد مركبات الطاقة الجديدة، بالإضافة إلى زيادة كثافة تصميم أكوام الشحن، يجب تقصير مدة الشحن بشكل أكبر. تتميز أكوام شحن التيار المستمر بسرعات شحن أسرع وأوقات شحن أقصر، مما يجعلها أكثر ملاءمة لاحتياجات الشحن المؤقتة والطارئة لمستخدمي المركبات الكهربائية، ويمكنها حل مشاكل قلق المسافة المقطوعة وقلق الشحن بفعالية. لذلك، في السنوات الأخيرة، شهد سوق الشحن السريع بالتيار المستمر في أكوام الشحن الحديثة، وخاصةً أكوام الشحن العامة، نموًا سريعًا وأصبح اتجاهًا شائعًا في العديد من المدن الرئيسية في الصين.

باختصار، مع استمرار تزايد عدد مركبات الطاقة الجديدة، من ناحية، يتطلب بناء أعمدة الشحن تحسينًا مستمرًا. من ناحية أخرى، يسعى مستخدمو المركبات الكهربائية عمومًا إلى الشحن السريع بالتيار المستمر. وقد أصبحت أعمدة الشحن بالتيار المستمر الاتجاه السائد، كما ازداد الطلب على وحدات الشحن. مرحلة من التطور يُمثل فيها الجذب القوة الدافعة الرئيسية.

(2) كثافة طاقة عالية، نطاق جهد واسع، كفاءة تحويل عالية

الشحن السريع يعني طاقة شحن عالية. لذلك، في ظل الطلب المتزايد على الشحن السريع، تستمر وحدات الشحن في التطور نحو الطاقة العالية. يتم تحقيق الطاقة العالية لكومة الشحن بطريقتين. الأولى هي توصيل وحدات شحن متعددة بالتوازي لتحقيق تراكب الطاقة؛ والأخرى هي زيادة الطاقة الفردية لوحدة الشحن. بناءً على الاحتياجات التقنية لزيادة كثافة الطاقة، وتقليل المساحة، وتقليل تعقيد البنية الكهربائية، فإن زيادة طاقة وحدة الشحن الواحدة هي اتجاه تطوير طويل الأجل. لقد مرت وحدات الشحن في بلدي بثلاثة أجيال من التطوير، من الجيل الأول 7.5 كيلو واط إلى الجيل الثاني 15/20 كيلو واط، وهي الآن في فترة التحول من الجيل الثاني إلى الجيل الثالث 30/40 كيلو واط. أصبحت وحدات الشحن عالية الطاقة هي السائدة في السوق. في الوقت نفسه، واستنادًا إلى مبدأ التصميم المصغر، زادت كثافة طاقة وحدات الشحن أيضًا بالتزامن مع زيادة مستوى الطاقة.

هناك طريقتان لتحقيق مستوى طاقة أعلى للشحن السريع للتيار المستمر: زيادة الجهد وزيادة التيار. تم اعتماد حل الشحن عالي التيار لأول مرة من قبل شركة Tesla. تتمثل الميزة في أن تكلفة تحسين المكونات أقل، ولكن التيار العالي سيجلب فقدانًا أكبر للحرارة ومتطلبات عالية لتبديد الحرارة، كما أن الأسلاك الأكثر سمكًا تقلل من الراحة وتعزز بدرجة أقل. يتمثل حل الجهد العالي في زيادة الحد الأقصى لجهد التشغيل لوحدة الشحن. إنه حاليًا نموذج شائع الاستخدام من قبل مصنعي السيارات. يمكن أن يأخذ في الاعتبار مزايا تقليل استهلاك الطاقة وتحسين عمر البطارية وتقليل الوزن وتوفير المساحة. يتطلب حل الجهد العالي أن تكون المركبات الكهربائية مجهزة بمنصة عالية الجهد لدعم تطبيقات الشحن السريع. حاليًا، حل الشحن السريع الذي تستخدمه شركات السيارات بشكل شائع هو منصة الجهد العالي 400 فولت. مع البحث وتطبيق منصة الجهد 800 فولت، سيتم تحسين مستوى جهد وحدة الشحن بشكل أكبر.

يُعد تحسين كفاءة التحويل مؤشرًا فنيًا تسعى وحدات الشحن دائمًا إلى تحقيقه. ويعني تحسين كفاءة التحويل كفاءة شحن أعلى وخسائر أقل. حاليًا، تتراوح ذروة كفاءة وحدات الشحن عادةً بين 95% و96%. وفي المستقبل، مع تطور المكونات الإلكترونية، مثل أجهزة الطاقة من الجيل الثالث، ووصول جهد خرج وحدات الشحن إلى 800 فولت أو حتى 1000 فولت، ستتحسن كفاءة التحويل بشكل أكبر.

(3) تزداد قيمة وحدات شحن السيارات الكهربائية

وحدة الشحن هي المكون الأساسي لعمود شحن التيار المستمر، وتمثل حوالي 50% من تكلفة عتاده. يعتمد تحسين كفاءة الشحن مستقبلًا بشكل أساسي على تحسين أداء وحدات الشحن. فمن ناحية، سيزيد توصيل المزيد من وحدات الشحن على التوازي من قيمتها بشكل مباشر؛ ومن ناحية أخرى، يعتمد تحسين مستوى الطاقة وكثافة الطاقة لوحدة الشحن الواحدة على التصميم الأمثل لدوائر الأجهزة وبرامج التحكم، بالإضافة إلى تقنية المكونات الرئيسية. تُعدّ هذه التطورات تقنيات رئيسية لتحسين طاقة عمود الشحن بأكمله، مما سيزيد من قيمة وحدة الشحن.

6. العوائق التقنية في صناعة وحدات شحن الطاقة الكهربائية

تكنولوجيا إمدادات الطاقة هي موضوع متعدد التخصصات يدمج تكنولوجيا طوبولوجيا الدوائر والتكنولوجيا الرقمية والتكنولوجيا المغناطيسية وتكنولوجيا المكونات وتكنولوجيا أشباه الموصلات وتكنولوجيا التصميم الحراري. إنها صناعة كثيفة التكنولوجيا. وباعتبارها قلب كومة شحن التيار المستمر، تحدد وحدة الشحن بشكل مباشر كفاءة الشحن والاستقرار التشغيلي والسلامة والموثوقية لكومة الشحن، وأهميتها وقيمتها بارزة. يتطلب المنتج استثمارًا كبيرًا في الموارد والمهنيين من البحث والتطوير التكنولوجي إلى التطبيق النهائي. ستؤثر كيفية اختيار المكونات الإلكترونية والتخطيط، وترقية خوارزمية البرنامج وتكرارها، والفهم الدقيق لسيناريوهات التطبيق، وقدرات منصة مراقبة الجودة والاختبار الناضجة جميعها على جودة المنتج واستقراره لهما تأثير مباشر. من الصعب على الوافدين الجدد إلى الصناعة تجميع مختلف التقنيات والموظفين وبيانات سيناريوهات التطبيق في فترة زمنية قصيرة، ولديهم حواجز تقنية عالية.