Tren peluang pengembangan industri modul pengisian daya kendaraan energi baru

1. Gambaran umum perkembangan industri modul pengisian daya

Modul pengisian daya merupakan inti dari tiang pengisian daya DC untuk kendaraan energi baru. Seiring dengan terus meningkatnya tingkat penetrasi dan kepemilikan kendaraan energi baru di Tiongkok, permintaan akan tiang pengisian daya pun meningkat. Pengisian daya kendaraan energi baru dibagi menjadi pengisian daya lambat AC dan pengisian daya cepat DC. Pengisian daya cepat DC memiliki karakteristik tegangan tinggi, daya tinggi, dan pengisian daya yang cepat. Seiring dengan upaya pasar untuk meningkatkan efisiensi pengisian daya, skala pasar tiang pengisian daya cepat DC dan modul pengisian daya terus berkembang.

2. Tingkat teknis dan karakteristik industri modul pengisian daya kendaraan listrik

Industri modul pengisi daya kendaraan energi baru (EV charger) saat ini memiliki fitur teknis seperti daya tinggi modul tunggal, frekuensi tinggi, miniaturisasi, efisiensi konversi tinggi, dan rentang tegangan yang luas.

Dari segi daya modul tunggal, industri modul pengisian daya tiang energi baru telah mengalami perkembangan produk utama sebesar 7,5kW pada tahun 2014, arus konstan 20A dan 15kW pada tahun 2015, dan daya konstan 25A dan 15kW pada tahun 2016. Modul pengisian daya aplikasi utama saat ini adalah 20kW dan 30kW. Solusi modul tunggal dan konversi ke solusi modul tunggal catu daya tiang pengisian daya energi baru 40kW. Modul pengisian daya daya tinggi telah menjadi tren perkembangan pasar di masa depan.

Dalam hal tegangan keluaran, State Grid mengeluarkan versi 2017 dari “Standar Kualifikasi dan Verifikasi Kemampuan untuk Pemasok Peralatan Pengisian Kendaraan Listrik” yang menyatakan bahwa rentang tegangan keluaran pengisi daya DC adalah 200-750V, dan tegangan daya konstan mencakup setidaknya rentang 400-500V dan 600-750V. Oleh karena itu, semua produsen modul umumnya mendesain modul untuk 200-750V dan memenuhi persyaratan daya konstan. Dengan meningkatnya jangkauan jelajah kendaraan listrik dan permintaan pengguna kendaraan energi baru untuk mengurangi waktu pengisian daya, industri telah mengusulkan arsitektur pengisian daya super cepat 800V, dan beberapa perusahaan telah mewujudkan pasokan modul pengisian daya tiang DC dengan rentang tegangan keluaran yang luas yaitu 200-1000V.

Dalam hal frekuensi tinggi dan miniaturisasi modul pengisian daya, daya modul mesin tunggal dari catu daya tiang pengisian energi baru telah meningkat, tetapi volumenya tidak dapat diperluas secara proporsional. Oleh karena itu, peningkatan frekuensi switching dan pengintegrasian komponen magnetik telah menjadi cara penting untuk meningkatkan kepadatan daya.

Dalam hal efisiensi modul pengisian daya, perusahaan-perusahaan besar di industri modul pengisian daya tiang energi baru umumnya memiliki efisiensi puncak maksimum 95%-96%. Di masa depan, dengan perkembangan komponen elektronik seperti perangkat daya generasi ketiga dan semakin populernya kendaraan listrik dengan platform tegangan tinggi 800V atau bahkan lebih tinggi, industri ini diharapkan akan menghadirkan produk dengan efisiensi puncak lebih dari 98%.

Seiring meningkatnya kepadatan daya modul pengisian daya, masalah pembuangan panas pun semakin besar. Dalam hal pembuangan panas modul pengisian daya, metode pembuangan panas utama di industri saat ini adalah pendinginan udara paksa, dan ada juga metode lain seperti saluran udara dingin tertutup dan pendinginan air. Pendinginan udara memiliki keunggulan biaya rendah dan struktur sederhana. Namun, seiring meningkatnya tekanan pembuangan panas, kelemahan pendinginan udara seperti kapasitas pembuangan panas yang terbatas dan kebisingan yang tinggi akan semakin terlihat. Melengkapi modul pengisian daya dan jalur pengisian dengan pendinginan cairan telah menjadi solusi utama dan arah teknis yang penting.

3. Kemajuan teknologi mempercepat peluang pengembangan penetrasi industri energi baru.

Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi industri energi baru terus mengalami kemajuan dan terobosan, dan peningkatan tingkat penetrasi telah mendorong perkembangan berkelanjutan industri modul pengisian daya hulu. Peningkatan signifikan dalam kepadatan energi baterai telah memecahkan masalah jangkauan jelajah yang tidak mencukupi pada kendaraan energi baru, dan penerapan modul pengisian daya berdaya tinggi telah sangat mempersingkat waktu pengisian, sehingga mempercepat penetrasi kendaraan energi baru dan pembangunan stasiun pengisian daya pendukung. Di masa depan, integrasi dan pendalaman penerapan teknologi seperti penyimpanan optik dan integrasi pengisian daya serta integrasi jaringan kendaraan V2G diharapkan akan semakin mempercepat penetrasi industri energi baru dan popularisasi konsumsi.

4. Lanskap persaingan industri: Industri modul pengisian daya sangat kompetitif dan ruang pasar produknya besar.

Modul pengisian daya adalah komponen inti dari tiang pengisian daya DC. Dengan meningkatnya tingkat penetrasi kendaraan energi baru di seluruh dunia, konsumen semakin khawatir tentang jangkauan pengisian daya dan kemudahan pengisian. Permintaan pasar untuk tiang pengisian daya cepat DC telah meledak, dan pasar operasi tiang pengisian daya domestik telah berkembang pesat. Pada awalnya, State Grid merupakan kekuatan utama dalam pengembangan yang beragam. Sejumlah operator modal sosial dengan kemampuan manufaktur dan pengoperasian peralatan tiang pengisian daya muncul dengan cepat. Produsen modul pengisian daya domestik terus memperluas skala produksi dan penjualan mereka untuk pembangunan tiang pengisian daya pendukung, dan daya saing komprehensif mereka terus menguat.

Saat ini, setelah bertahun-tahun iterasi produk dan pengembangan modul pengisian daya, persaingan industri sudah cukup ketat. Produk-produk utama berkembang ke arah tegangan tinggi dan kepadatan daya tinggi, dan ruang pasar produknya besar. Perusahaan-perusahaan di industri ini terutama memperoleh pangsa pasar dan tingkat keuntungan yang lebih tinggi dengan terus meningkatkan topologi produk, algoritma kontrol, mengoptimalkan perangkat keras dan sistem produksi, dan lain sebagainya.

5. Tren perkembangan modul pengisian daya kendaraan listrik

Seiring dengan meningkatnya permintaan pasar untuk modul pengisian daya, teknologi terus berkembang menuju kepadatan daya tinggi, rentang tegangan yang luas, dan efisiensi konversi yang tinggi.

1) Pergeseran yang didorong oleh kebijakan ke pergeseran yang didorong oleh permintaan

Untuk mendukung dan mempromosikan pengembangan kendaraan energi baru, pembangunan stasiun pengisian daya pada awalnya sebagian besar dipimpin oleh pemerintah, dan secara bertahap mengarahkan perkembangan industri menuju model penggerak endogen melalui dukungan kebijakan. Sejak tahun 2021, perkembangan pesat kendaraan energi baru telah menempatkan tuntutan besar pada pembangunan fasilitas pendukung dan stasiun pengisian daya. Industri stasiun pengisian daya sedang menyelesaikan transformasi dari yang didorong kebijakan menjadi yang didorong permintaan.

Menghadapi peningkatan jumlah kendaraan energi baru, selain meningkatkan kepadatan tata letak stasiun pengisian daya, waktu pengisian daya juga harus dipersingkat. Stasiun pengisian daya DC memiliki kecepatan pengisian yang lebih cepat dan waktu pengisian yang lebih singkat, yang lebih cocok untuk kebutuhan pengisian daya sementara dan darurat pengguna kendaraan listrik, dan dapat secara efektif mengatasi masalah kekhawatiran jarak tempuh dan kekhawatiran pengisian daya kendaraan listrik. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, skala pasar pengisian cepat DC pada stasiun pengisian daya yang baru dibangun, terutama stasiun pengisian daya publik, telah tumbuh pesat dan menjadi tren utama di banyak kota inti di Tiongkok.

Kesimpulannya, di satu sisi, seiring dengan terus bertambahnya jumlah kendaraan energi baru, konstruksi pendukung tiang pengisian daya perlu terus ditingkatkan. Di sisi lain, pengguna kendaraan listrik umumnya menginginkan pengisian daya cepat DC. Tiang pengisian daya DC telah menjadi tren utama, dan modul pengisian daya juga telah memasuki tahap perkembangan di mana permintaan menjadi kekuatan pendorong utama.

(2) Kepadatan daya tinggi, rentang tegangan lebar, efisiensi konversi tinggi

Yang disebut pengisian cepat berarti daya pengisian yang tinggi. Oleh karena itu, di tengah meningkatnya permintaan akan pengisian cepat, modul pengisian daya terus berkembang ke arah daya tinggi. Daya tinggi pada tumpukan pengisian daya dicapai dengan dua cara. Pertama, dengan menghubungkan beberapa modul pengisian daya secara paralel untuk mencapai superposisi daya; kedua, dengan meningkatkan daya tunggal modul pengisian daya. Berdasarkan kebutuhan teknis untuk meningkatkan kepadatan daya, mengurangi ruang, dan mengurangi kompleksitas arsitektur listrik, peningkatan daya modul pengisian daya tunggal merupakan tren pengembangan jangka panjang. Modul pengisian daya di negara kita telah melalui tiga generasi pengembangan, dari generasi pertama 7,5kW ke generasi kedua 15/20kW, dan sekarang berada dalam periode transisi dari generasi kedua ke generasi ketiga 30/40kW. Modul pengisian daya daya tinggi telah menjadi arus utama pasar. Pada saat yang sama, berdasarkan prinsip desain miniaturisasi, kepadatan daya modul pengisian daya juga meningkat bersamaan dengan peningkatan tingkat daya.

Ada dua cara untuk mencapai pengisian cepat DC dengan daya lebih tinggi: meningkatkan tegangan dan meningkatkan arus. Solusi pengisian arus tinggi pertama kali diadopsi oleh Tesla. Keuntungannya adalah biaya optimasi komponen lebih rendah, tetapi arus tinggi akan menyebabkan kehilangan panas yang lebih tinggi dan persyaratan pembuangan panas yang tinggi, serta kabel yang lebih tebal mengurangi kenyamanan dan kurang efektif. Solusi tegangan tinggi adalah meningkatkan tegangan operasi maksimum modul pengisian. Saat ini, ini adalah model yang umum digunakan oleh produsen mobil. Solusi ini dapat mempertimbangkan keuntungan pengurangan konsumsi energi, peningkatan umur baterai, pengurangan berat, dan penghematan ruang. Solusi tegangan tinggi membutuhkan kendaraan listrik untuk dilengkapi dengan platform tegangan tinggi untuk mendukung aplikasi pengisian cepat. Saat ini, solusi pengisian cepat yang umum digunakan oleh perusahaan mobil adalah platform tegangan tinggi 400V. Dengan penelitian dan penerapan platform tegangan 800V, tingkat tegangan modul pengisian akan semakin ditingkatkan.

Peningkatan efisiensi konversi merupakan indikator teknis yang selalu diupayakan oleh modul pengisian daya. Peningkatan efisiensi konversi berarti efisiensi pengisian daya yang lebih tinggi dan kerugian yang lebih rendah. Saat ini, efisiensi puncak maksimum modul pengisian daya umumnya adalah 95%~96%. Di masa mendatang, dengan perkembangan komponen elektronik seperti perangkat daya generasi ketiga dan tegangan keluaran modul pengisian daya yang bergerak menuju 800V atau bahkan 1000V, efisiensi konversi akan semakin meningkat.

(3) Nilai modul pengisian daya kendaraan listrik meningkat

Modul pengisian daya adalah komponen inti dari tumpukan pengisian daya DC, yang menyumbang sekitar 50% dari biaya perangkat keras tumpukan pengisian daya. Peningkatan efisiensi pengisian daya di masa depan terutama bergantung pada peningkatan kinerja modul pengisian daya. Di satu sisi, semakin banyak modul pengisian daya yang terhubung secara paralel akan secara langsung meningkatkan nilai modul pengisian daya; di sisi lain, peningkatan tingkat daya dan kepadatan daya dari modul pengisian daya tunggal bergantung pada desain sirkuit perangkat keras dan perangkat lunak kontrol yang dioptimalkan serta teknologi komponen kunci. Terobosan-terobosan ini merupakan teknologi kunci untuk meningkatkan daya seluruh tumpukan pengisian daya, yang selanjutnya akan meningkatkan nilai modul pengisian daya.

6. Hambatan teknis dalam industri modul pengisian daya kendaraan listrik

Teknologi catu daya adalah bidang interdisipliner yang mengintegrasikan teknologi topologi sirkuit, teknologi digital, teknologi magnetik, teknologi komponen, teknologi semikonduktor, dan teknologi desain termal. Ini adalah industri yang padat teknologi. Sebagai jantung dari tumpukan pengisian daya DC, modul pengisian daya secara langsung menentukan efisiensi pengisian daya, stabilitas operasional, keamanan, dan keandalan tumpukan pengisian daya, dan pentingnya serta nilainya sangat luar biasa. Sebuah produk membutuhkan investasi sumber daya dan tenaga profesional yang besar mulai dari penelitian dan pengembangan teknologi hingga aplikasi terminal. Bagaimana memilih komponen elektronik dan tata letak, peningkatan dan iterasi algoritma perangkat lunak, pemahaman yang akurat tentang skenario aplikasi, dan kemampuan platform kontrol kualitas dan pengujian yang matang semuanya akan berdampak langsung pada kualitas dan stabilitas produk. Sulit bagi pendatang baru di industri ini untuk mengumpulkan berbagai teknologi, personel, dan data skenario aplikasi dalam waktu singkat, dan mereka memiliki hambatan teknis yang tinggi.