Nuove opportunità di sviluppo del settore dei moduli di ricarica per veicoli energetici

1. Panoramica dello sviluppo del settore dei moduli di ricarica

I moduli di ricarica sono il cuore delle colonnine di ricarica in corrente continua (CC) per veicoli a energia rinnovabile. Con il continuo aumento del tasso di penetrazione e della proprietà di veicoli a energia rinnovabile in Cina, la domanda di colonnine di ricarica è in aumento. La ricarica dei veicoli a energia rinnovabile si divide in ricarica lenta in corrente alternata (CA) e ricarica rapida in corrente continua (CC). La ricarica rapida in corrente continua (CC) presenta le caratteristiche di alta tensione, alta potenza e ricarica rapida. Con la ricerca dell'efficienza di ricarica da parte del mercato, la portata del mercato delle colonnine e dei moduli di ricarica rapida in corrente continua continua ad espandersi.

2. Livello tecnico e caratteristiche del settore dei moduli di ricarica per veicoli elettrici

Il nuovo settore dei moduli di ricarica per veicoli elettrici presenta attualmente caratteristiche tecniche quali elevata potenza del singolo modulo, alta frequenza, miniaturizzazione, elevata efficienza di conversione e ampio intervallo di tensione.

In termini di potenza del singolo modulo, il nuovo settore dei moduli di ricarica a palo ha visto lo sviluppo di prodotti di largo consumo da 7,5 kW nel 2014, a corrente costante da 20 A e 15 kW nel 2015 e a potenza costante da 25 A e 15 kW nel 2016. Gli attuali moduli di ricarica per applicazioni di largo consumo sono da 20 kW e 30 kW. Soluzioni a singolo modulo e conversione a 40 kW di nuova potenza alimentano soluzioni a singolo modulo. I moduli di ricarica ad alta potenza sono diventati una tendenza di sviluppo del mercato in futuro.

In termini di tensione di uscita, la State Grid ha pubblicato la versione 2017 degli "Standard di verifica della qualificazione e dell'abilità per i fornitori di apparecchiature di ricarica per veicoli elettrici", affermando che l'intervallo di tensione di uscita dei caricabatterie CC è 200-750 V e che la tensione di potenza costante copre almeno gli intervalli 400-500 V e 600-750 V. Pertanto, tutti i produttori di moduli generalmente progettano moduli per 200-750 V e soddisfano i requisiti di potenza costante. Con l'aumento dell'autonomia dei veicoli elettrici e la richiesta da parte degli utenti di veicoli a nuova energia di ridurre i tempi di ricarica, l'industria ha proposto un'architettura di ricarica superveloce a 800 V e alcune aziende hanno realizzato la fornitura di moduli di ricarica a palo CC con un ampio intervallo di tensione di uscita di 200-1000 V.

In termini di alta frequenza e miniaturizzazione dei moduli di ricarica, la potenza dei moduli monoblocco dei nuovi alimentatori a pila di ricarica è aumentata, ma il loro volume non può essere aumentato proporzionalmente. Pertanto, l'aumento della frequenza di commutazione e l'integrazione di componenti magnetici sono diventati strumenti importanti per aumentare la densità di potenza.

In termini di efficienza dei moduli di ricarica, le principali aziende del nuovo settore dei moduli di ricarica a palo di ricarica energetica hanno generalmente un'efficienza di picco massima del 95%-96%. In futuro, con lo sviluppo di componenti elettronici come i dispositivi di alimentazione di terza generazione e la diffusione di veicoli elettrici con 800 V o anche superiori con una piattaforma ad alta tensione, si prevede che il settore introdurrà prodotti con un'efficienza di picco superiore al 98%.

Con l'aumento della densità di potenza dei moduli di ricarica, aumentano anche i problemi di dissipazione del calore. Per quanto riguarda la dissipazione del calore dei moduli di ricarica, il metodo di dissipazione del calore attualmente più diffuso nel settore è il raffreddamento ad aria forzata, ma esistono anche metodi come i condotti dell'aria fredda chiusi e il raffreddamento ad acqua. Il raffreddamento ad aria presenta i vantaggi di un costo contenuto e di una struttura semplice. Tuttavia, con l'ulteriore aumento della pressione di dissipazione del calore, gli svantaggi della limitata capacità di dissipazione del calore e dell'elevata rumorosità del raffreddamento ad aria diventeranno ancora più evidenti. Dotare il modulo di ricarica e la linea di pistole di raffreddamento a liquido è diventata una soluzione importante. direzione tecnica.

3. Il progresso tecnologico accelera le opportunità di sviluppo della penetrazione del nuovo settore energetico

Negli ultimi anni, le nuove tecnologie del settore energetico hanno continuato a fare progressi e a fare progressi, e l'aumento del tasso di penetrazione ha promosso il continuo sviluppo del settore dei moduli di ricarica a monte. Il significativo aumento della densità energetica delle batterie ha risolto il problema dell'autonomia insufficiente dei veicoli a nuova energia, e l'applicazione di moduli di ricarica ad alta potenza ha notevolmente ridotto i tempi di ricarica, accelerando così la penetrazione dei veicoli a nuova energia e la costruzione di colonnine di ricarica di supporto. In futuro, si prevede che l'integrazione e l'approfondimento dell'applicazione di tecnologie come l'integrazione ottica di accumulo e ricarica e l'integrazione della rete veicolare V2G accelereranno ulteriormente la penetrazione dei nuovi settori energetici e la diffusione dei consumi.

4. Panorama competitivo del settore: il settore dei moduli di ricarica è pienamente competitivo e lo spazio di mercato del prodotto è ampio.

Il modulo di ricarica è il componente principale delle colonnine di ricarica in corrente continua (CC). Con l'aumento del tasso di penetrazione dei veicoli a nuova energia in tutto il mondo, i consumatori sono sempre più preoccupati per l'autonomia e la praticità di ricarica. La domanda di mercato per le colonnine di ricarica rapida in corrente continua è esplosa e il mercato nazionale delle colonnine di ricarica è cresciuto da... Inizialmente, la rete elettrica statale era la forza principale nello sviluppo diversificato. Sono emersi rapidamente diversi operatori di capitale sociale con capacità sia di produzione che operative di attrezzature per colonnine di ricarica. I produttori nazionali di moduli di ricarica hanno continuato ad espandere la loro scala di produzione e vendita per la costruzione di colonnine di ricarica di supporto e la loro competitività complessiva ha continuato a rafforzarsi.

Attualmente, dopo anni di iterazione e sviluppo di moduli di ricarica, la concorrenza nel settore è adeguata. I prodotti tradizionali si stanno evolvendo verso l'alta tensione e l'alta densità di potenza, e lo spazio di mercato è ampio. Le aziende del settore ottengono quote di mercato e profitti più elevati principalmente migliorando costantemente la topologia dei prodotti, gli algoritmi di controllo, ottimizzando hardware e sistemi di produzione, ecc.

5. Tendenze di sviluppo dei moduli di ricarica per veicoli elettrici

Mentre i moduli di ricarica incontrano un'enorme domanda di mercato, la tecnologia continua a evolversi verso un'elevata densità di potenza, un'ampia gamma di tensioni e un'elevata efficienza di conversione.

1) Passaggio guidato dalle politiche a un modello guidato dalla domanda

Per supportare e promuovere lo sviluppo di veicoli a nuova energia, la costruzione di stazioni di ricarica è stata inizialmente guidata principalmente dal governo, che ha gradualmente guidato lo sviluppo del settore verso un modello di guida endogeno attraverso il supporto politico. Dal 2021, il rapido sviluppo di veicoli a nuova energia ha posto enormi esigenze in termini di costruzione di strutture di supporto e stazioni di ricarica. Il settore delle stazioni di ricarica sta completando la trasformazione da un modello guidato dalle politiche a uno guidato dalla domanda.

Di fronte al crescente numero di veicoli a nuova energia, oltre ad aumentare la densità delle colonnine di ricarica, è necessario ridurre ulteriormente i tempi di ricarica. Le colonnine di ricarica in corrente continua (CC) offrono velocità di ricarica più elevate e tempi di ricarica più brevi, il che le rende più adatte alle esigenze di ricarica temporanea e di emergenza degli utenti di veicoli elettrici e può risolvere efficacemente i problemi di ansia da autonomia e di ricarica dei veicoli elettrici. Pertanto, negli ultimi anni, la diffusione della ricarica rapida in CC nelle colonnine di nuova costruzione, in particolare quelle pubbliche, è cresciuta rapidamente, diventando una tendenza diffusa in molte città principali della Cina.

In sintesi, da un lato, con la continua crescita del numero di veicoli alimentati da nuove fonti energetiche, è necessario migliorare costantemente la struttura portante delle colonnine di ricarica. Dall'altro, gli utenti di veicoli elettrici generalmente optano per la ricarica rapida in corrente continua (CC). Le colonnine di ricarica in corrente continua sono diventate la tendenza prevalente e anche i moduli di ricarica sono entrati a far parte della domanda. Una fase di sviluppo in cui la forza trainante è la forza trainante principale.

(2) Elevata densità di potenza, ampio intervallo di tensione, elevata efficienza di conversione

La cosiddetta ricarica rapida si traduce in un'elevata potenza di ricarica. Pertanto, a fronte della crescente domanda di ricarica rapida, i moduli di ricarica continuano a svilupparsi verso l'alta potenza. L'elevata potenza della colonna di ricarica si ottiene in due modi. Il primo consiste nel collegare più moduli di ricarica in parallelo per ottenere una sovrapposizione di potenza; il secondo consiste nell'aumentare la potenza del singolo modulo di ricarica. In base alle esigenze tecniche di aumento della densità di potenza, riduzione degli spazi e riduzione della complessità dell'architettura elettrica, l'aumento della potenza di un singolo modulo di ricarica è una tendenza di sviluppo a lungo termine. I moduli di ricarica del mio Paese hanno attraversato tre generazioni di sviluppo, dalla prima generazione da 7,5 kW alla seconda generazione da 15/20 kW, e sono ora in fase di conversione dalla seconda generazione alla terza generazione da 30/40 kW. I moduli di ricarica ad alta potenza sono diventati la soluzione standard del mercato. Allo stesso tempo, grazie al principio di progettazione della miniaturizzazione, anche la densità di potenza dei moduli di ricarica è aumentata contemporaneamente all'aumento del livello di potenza.

Esistono due percorsi per ottenere una ricarica rapida in corrente continua a potenza più elevata: aumentare la tensione e aumentare la corrente. La soluzione di ricarica ad alta corrente è stata adottata per la prima volta da Tesla. Il vantaggio è che il costo di ottimizzazione dei componenti è inferiore, ma l'elevata corrente comporta una maggiore perdita di calore e requisiti elevati per la dissipazione del calore, mentre i cavi più spessi riducono la praticità e promuovono in misura minore la ricarica. La soluzione ad alta tensione consiste nell'aumentare la tensione operativa massima del modulo di ricarica. È attualmente un modello comunemente utilizzato dalle case automobilistiche. Può tenere conto dei vantaggi di riduzione del consumo energetico, miglioramento della durata della batteria, riduzione del peso e risparmio di spazio. La soluzione ad alta tensione richiede che i veicoli elettrici siano dotati di una piattaforma ad alta tensione per supportare le applicazioni di ricarica rapida. Attualmente, la soluzione di ricarica rapida comunemente utilizzata dalle case automobilistiche è la piattaforma ad alta tensione da 400 V. Con la ricerca e l'applicazione della piattaforma di tensione da 800 V, il livello di tensione del modulo di ricarica sarà ulteriormente migliorato.

Il miglioramento dell'efficienza di conversione è un indicatore tecnico che i moduli di ricarica perseguono costantemente. Il miglioramento dell'efficienza di conversione si traduce in una maggiore efficienza di ricarica e minori perdite. Attualmente, l'efficienza massima di picco dei moduli di ricarica è generalmente del 95%~96%. In futuro, con lo sviluppo di componenti elettronici come i dispositivi di potenza di terza generazione e l'avvicinamento della tensione di uscita dei moduli di ricarica a 800 V o addirittura 1000 V, l'efficienza di conversione sarà ulteriormente migliorata.

(3) Il valore dei moduli di ricarica per veicoli elettrici aumenta

Il modulo di ricarica è il componente principale della stazione di ricarica in corrente continua (CC) e rappresenta circa il 50% del costo hardware della stazione stessa. Il miglioramento dell'efficienza di ricarica in futuro dipenderà principalmente dal miglioramento delle prestazioni dei moduli di ricarica. Da un lato, un maggior numero di moduli di ricarica collegati in parallelo aumenterà direttamente il valore del modulo di ricarica; dall'altro, il miglioramento del livello di potenza e della densità di potenza del singolo modulo di ricarica dipende dall'ottimizzazione della progettazione dei circuiti hardware e del software di controllo, nonché dalla tecnologia dei componenti chiave. Si tratta di innovazioni tecnologiche chiave per migliorare la potenza dell'intera stazione di ricarica, che aumenterà ulteriormente il valore del modulo di ricarica.

6. Barriere tecniche nel settore dei moduli di ricarica per veicoli elettrici

La tecnologia di alimentazione è un argomento interdisciplinare che integra la tecnologia della topologia dei circuiti, la tecnologia digitale, la tecnologia magnetica, la tecnologia dei componenti, la tecnologia dei semiconduttori e la tecnologia di progettazione termica. È un settore ad alta intensità tecnologica. Essendo il cuore della pila di ricarica in corrente continua, il modulo di ricarica determina direttamente l'efficienza di ricarica, la stabilità operativa, la sicurezza e l'affidabilità della pila di ricarica, e la sua importanza e il suo valore sono eccezionali. Un prodotto richiede un ingente investimento di risorse e professionisti, dalla ricerca e sviluppo tecnologico all'applicazione finale. La selezione dei componenti elettronici e del layout, l'aggiornamento e l'iterazione degli algoritmi software, la comprensione accurata degli scenari applicativi e le capacità mature della piattaforma di controllo qualità e test influiranno tutti sulla qualità e la stabilità del prodotto. È difficile per i nuovi entranti nel settore accumulare dati su diverse tecnologie, personale e scenari applicativi in ​​un breve periodo di tempo, e presentano elevate barriere tecniche.