新エネルギー車充電モジュール産業の発展機会動向

1. 充電モジュール産業の発展概要

充電モジュールは、新エネルギー車用DC充電ステーションの中核を成す部品です。中国における新エネルギー車の普及率と保有台数の増加に伴い、充電ステーションの需要も増加しています。新エネルギー車の充電は、AC低速充電とDC高速充電に分けられます。DC高速充電は、高電圧、高出力、高速充電という特徴を備えています。市場が充電効率を追求するにつれ、DC高速充電ステーションと充電モジュールの市場規模は拡大を続けています。

2. 電気自動車充電モジュール産業の技術水準と特徴

新エネルギー車用充電モジュール業界は現在、単一モジュールの高出力、高周波、小型化、高変換効率、広い電圧範囲などの技術的特徴を備えている。

単一モジュール出力に関して言えば、新エネルギー充電ステーションの充電モジュール業界は、2014年に7.5kW、2015年に定電流20Aおよび15kW、2016年に定電力25Aおよび15kWという製品開発の主流を経験してきました。現在の主流アプリケーション充電モジュールは20kWおよび30kWです。単一モジュールソリューションと、40kWの新エネルギー充電ステーション電源供給単一モジュールソリューションへの変換が進められています。高出力充電モジュールは、今後の市場開発のトレンドとなっています。

出力電圧に関しては、国家電網は「電気自動車充電設備供給業者の資格および能力検証基準」の2017年版を発行し、DC充電器の出力電圧範囲は200～750V、定電力電圧は少なくとも400～500Vと600～750Vの範囲をカバーすると規定している。そのため、すべてのモジュールメーカーは一般的に200～750Vのモジュールを設計し、定電力要件を満たしている。電気自動車の航続距離の延長と、新エネルギー車ユーザーの充電時間短縮の要求に伴い、業界では800Vの超高速充電アーキテクチャが提案され、一部の企業は200～1000Vの広い出力電圧範囲を持つDC充電モジュールの供給を実現している。

充電モジュールの高周波化と小型化が進むにつれ、新エネルギー充電ステーション用電源の単体モジュールの出力は向上したが、その体積は比例して拡大できない。そのため、スイッチング周波数の向上と磁気部品の統合が、電力密度を高めるための重要な手段となっている。

充電モジュールの効率に関して言えば、新エネルギー充電モジュール業界の大手企業は一般的に最大95～96%のピーク効率を実現しています。今後は、第3世代電源デバイスなどの電子部品の開発や、800V以上の高電圧プラットフォームを備えた電気自動車の普及に伴い、業界は98%を超えるピーク効率の製品を導入することが期待されます。

充電モジュールの電力密度が増加するにつれて、放熱の問題も大きくなります。充電モジュールの放熱に関して、業界で現在主流となっている放熱方法は強制空冷ですが、密閉型冷気ダクトや水冷などの方法もあります。空冷は低コストで構造がシンプルという利点があります。しかし、放熱圧力がさらに高まると、空冷の放熱能力の限界と騒音の高さという欠点がより顕著になります。充電モジュールとガンラインに液体冷却を搭載することが、主要な解決策の技術的方向性となっています。

3. 技術進歩は新エネルギー産業の普及機会を加速させる

近年、新エネルギー産業の技術は着実に進歩と飛躍を遂げ、普及率の上昇に伴い、上流の充電モジュール産業も継続的に発展しています。バッテリーエネルギー密度の著しい向上により、新エネルギー車の航続距離不足という課題が解決され、高出力充電モジュールの導入によって充電時間が大幅に短縮されたことで、新エネルギー車の普及と充電設備の整備が加速しています。今後は、光ストレージと充電の統合、V2G車両ネットワークの統合といった技術の統合と応用深化により、新エネルギー産業の普及と消費の普及がさらに加速することが期待されます。

4. 業界の競争状況：充電モジュール業界は完全に競争が激しく、製品市場の余地が大きい。

充電モジュールは、DC充電ステーションの中核となる部品です。世界中で新エネルギー車の普及率が上昇するにつれ、消費者は充電範囲と充電の利便性についてますます不安を募らせています。DC急速充電ステーションの市場需要は爆発的に増加し、国内の充電ステーション運営市場は、初期の頃は国家電網が多角化開発の主力でしたが、充電ステーション機器の製造と運営の両方の能力を持つ社会資本事業者が急速に台頭しました。国内の充電モジュールメーカーは、サポート充電ステーションの構築に向けて生産と販売規模を拡大し続け、総合的な競争力を強化し続けています。

現在、充電モジュールの製品改良と開発が長年にわたり重ねられてきた結果、業界内の競争は十分に激化している。主流製品は高電圧・高電力密度の方向へと発展しており、製品市場の規模は大きい。業界各社は、製品構造や制御アルゴリズムの継続的な改善、ハードウェアや生産システムの最適化などを通じて、市場シェアと利益水準の向上を図っている。

5. 電気自動車充電モジュールの開発動向

充電モジュールが巨大な市場需要をもたらすにつれ、技術は高電力密度、広い電圧範囲、高変換効率を目指して発展を続けている。

1) 政策主導型から需要主導型への転換

新エネルギー車の開発を支援・促進するため、充電ステーションの建設は初期段階では主に政府主導で行われ、政策支援を通じて徐々に産業の発展を内発的な推進モデルへと導いてきた。2021年以降、新エネルギー車の急速な発展に伴い、支援施設や充電ステーションの建設に対する需要が急増している。充電ステーション業界は、政策主導型から需要主導型への転換を完了しつつある。

新エネルギー車の増加に伴い、充電ステーションの設置密度を高めるだけでなく、充電時間をさらに短縮する必要が生じています。直流（DC）充電ステーションは充電速度が速く、充電時間も短いため、電気自動車ユーザーの一時的な緊急充電ニーズに最適であり、電気自動車の航続距離不安や充電不安といった問題を効果的に解決できます。そのため、近年、新設の充電ステーション、特に公共充電ステーションにおけるDC急速充電の市場規模は急速に拡大し、中国の多くの主要都市で主流のトレンドとなっています。

要約すると、一方では、新エネルギー車の台数が増加し続けるにつれて、充電ステーションの整備を継続的に改善していく必要がある。他方では、電気自動車の利用者は一般的に直流急速充電を求めている。直流充電ステーションは主流となり、充電モジュールも需要が高まる段階に入っており、需要が主な推進力となっている。

（２）高電力密度、広い電圧範囲、高変換効率

いわゆる急速充電とは、高出力充電を意味します。そのため、急速充電に対する需要の高まりを受けて、充電モジュールは高出力の方向へと発展を続けています。充電モジュールの高出力化は、2つの方法で実現されます。1つは、複数の充電モジュールを並列接続して電力の重ね合わせを実現すること、もう1つは、充電モジュール単体の出力を上げることです。電力密度の向上、スペースの削減、電気アーキテクチャの複雑さの軽減という技術的ニーズに基づき、充電モジュール単体の出力を上げることは、長期的な発展のトレンドとなっています。我が国の充電モジュールは、第1世代の7.5kWから第2世代の15/20kWへと3世代にわたる発展を遂げ、現在は第2世代から第3世代の30/40kWへの移行期にあります。高出力充電モジュールは、市場の主流となっています。同時に、小型化の設計原理に基づき、充電モジュールの電力密度も出力レベルの向上と同時に向上しています。

高出力レベルのDC急速充電を実現するには、電圧を上げる方法と電流を上げる方法の2つがあります。高電流充電方式はテスラが最初に採用しました。利点は、部品最適化のコストが低いことですが、高電流は発熱量の増加と放熱に対する要求の高まりをもたらし、太い配線は利便性を低下させ、効果をある程度軽減します。高電圧方式は、充電モジュールの最大動作電圧を上げる方法です。これは現在、自動車メーカーが一般的に採用している方式です。エネルギー消費量の削減、バッテリー寿命の向上、軽量化、省スペース化といった利点を考慮に入れることができます。高電圧方式では、電気自動車に急速充電アプリケーションをサポートする高電圧プラットフォームを搭載する必要があります。現在、自動車メーカーが一般的に採用している急速充電方式は400V高電圧プラットフォームです。800V電圧プラットフォームの研究と応用により、充電モジュールの電圧レベルはさらに向上するでしょう。

変換効率の向上は、充電モジュールが常に追求する技術指標です。変換効率の向上は、充電効率の向上と損失の低減を意味します。現在、充電モジュールの最大ピーク効率は一般的に95%～96%です。今後、第3世代電源デバイスなどの電子部品の開発や、充電モジュールの出力電圧が800V、さらには1000Vへと上昇するにつれて、変換効率はさらに向上していくでしょう。

（３）EV充電モジュールの価値が上昇する

充電モジュールはDC充電ステーションの中核となるコンポーネントであり、充電ステーションのハードウェアコストの約50%を占めています。今後の充電効率の向上は、主に充電モジュールの性能向上にかかっています。一方では、並列接続する充電モジュールの数を増やすことで、充電モジュールの価値が直接的に高まります。他方では、個々の充電モジュールの電力レベルと電力密度の向上は、ハードウェア回路と制御ソフトウェアの最適化設計、および主要コンポーネントの技術革新に依存します。これらは充電ステーション全体の電力向上に不可欠な技術であり、充電モジュールの価値をさらに高めることにつながります。

6．EV充電モジュール業界における技術的障壁

電源技術は、回路トポロジー技術、デジタル技術、磁気技術、部品技術、半導体技術、熱設計技術を統合した学際的な分野であり、技術集約型の産業です。DC充電ステーションの中核となる充電モジュールは、充電効率、動作安定性、安全性、信頼性を直接左右するため、その重要性と価値は際立っています。製品開発には、技術研究開発から端末アプリケーションに至るまで、多大なリソースと専門家の投資が必要です。電子部品の選定とレイアウト、ソフトウェアアルゴリズムのアップグレードと反復、アプリケーションシナリオの正確な把握、成熟した品質管理およびテストプラットフォームの能力はすべて、製品の品質と安定性に直接影響を与えます。この業界に新規参入する企業が、短期間で様々な技術、人材、アプリケーションシナリオのデータを蓄積することは難しく、高い技術的障壁が存在します。