โอกาสในการพัฒนาอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่

1. ภาพรวมการพัฒนาอุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จ

โมดูลชาร์จถือเป็นหัวใจสำคัญของแท่นชาร์จ DC สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ อัตราการเข้าถึงและการครอบครองรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศจีนยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการแท่นชาร์จจึงเพิ่มขึ้นเช่นกัน แท่นชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่แบ่งออกเป็น AC ชาร์จช้า และ DC ชาร์จเร็ว แท่นชาร์จ DC ชาร์จเร็วมีคุณสมบัติเด่นคือ แรงดันไฟฟ้าสูง กำลังไฟฟ้าสูง และชาร์จเร็ว ในขณะที่ตลาดกำลังมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการชาร์จ ขนาดตลาดของแท่นชาร์จ DC ชาร์จเร็ว และโมดูลชาร์จก็ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

2. ระดับเทคนิคและคุณลักษณะของอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

ปัจจุบันอุตสาหกรรมโมดูลเครื่องชาร์จ EV สำหรับยานยนต์พลังงานใหม่มีคุณลักษณะทางเทคนิค เช่น โมดูลเดี่ยวที่มีกำลังไฟสูง ความถี่สูง ขนาดเล็ก ประสิทธิภาพการแปลงสูง และช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง

ในด้านกำลังไฟฟ้าโมดูลเดี่ยว อุตสาหกรรมโมดูลชาร์จพลังงานแบบใหม่มีการพัฒนาผลิตภัณฑ์หลักที่ 7.5 กิโลวัตต์ในปี 2557 กระแสคงที่ 20 แอมป์และ 15 กิโลวัตต์ในปี 2558 และกำลังคงที่ 25 แอมป์และ 15 กิโลวัตต์ในปี 2559 โมดูลชาร์จที่ใช้งานหลักในปัจจุบันคือ 20 กิโลวัตต์และ 30 กิโลวัตต์ โซลูชันโมดูลเดี่ยวและการแปลงเป็นแหล่งจ่ายไฟโมดูลเดี่ยวสำหรับโมดูลชาร์จพลังงานแบบใหม่ขนาด 40 กิโลวัตต์ โมดูลชาร์จกำลังสูงจะกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาตลาดในอนาคต

ในส่วนของแรงดันขาออก การไฟฟ้าแห่งรัฐ (State Grid) ได้ออกมาตรฐานการตรวจสอบคุณสมบัติและความสามารถสำหรับผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle Charging Equipment Supplier) ฉบับปี 2017 โดยระบุว่าช่วงแรงดันขาออกของเครื่องชาร์จ DC อยู่ที่ 200-750V และแรงดันไฟคงที่ครอบคลุมอย่างน้อยช่วง 400-500V และ 600-750V ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตโมดูลทุกรายจึงออกแบบโมดูลสำหรับแรงดันไฟ 200-750V และตรงตามข้อกำหนดด้านกำลังไฟฟ้าคงที่ ด้วยช่วงแรงดันไฟวิ่งที่เพิ่มขึ้นของรถยนต์ไฟฟ้าและความต้องการของผู้ใช้รถยนต์พลังงานใหม่ที่ต้องการลดเวลาในการชาร์จ อุตสาหกรรมจึงได้เสนอสถาปัตยกรรมการชาร์จเร็วพิเศษ 800V และบางบริษัทได้ตระหนักถึงการจัดหาโมดูลชาร์จแบบเสาชาร์จ DC ที่มีช่วงแรงดันขาออกกว้าง 200-1000V

ในแง่ของความถี่สูงและการลดขนาดโมดูลชาร์จ พลังงานของโมดูลเครื่องเดียวของแหล่งจ่ายไฟแบบเสาชาร์จพลังงานใหม่เพิ่มขึ้น แต่ปริมาตรของโมดูลไม่สามารถขยายได้ตามสัดส่วน ดังนั้น การเพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งและการรวมส่วนประกอบแม่เหล็กจึงกลายเป็นวิธีการสำคัญในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

ในด้านประสิทธิภาพของโมดูลชาร์จ บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จพลังงานแบบใหม่มักมีประสิทธิภาพสูงสุดอยู่ที่ 95%-96% ในอนาคต ด้วยการพัฒนาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์ไฟฟ้ารุ่นที่สาม และความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 800V หรือสูงกว่า พร้อมแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูง คาดว่าอุตสาหกรรมนี้จะเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมากกว่า 98%

เมื่อความหนาแน่นของพลังงานของโมดูลชาร์จเพิ่มขึ้น ปัญหาการกระจายความร้อนก็จะยิ่งเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน ในส่วนของการกระจายความร้อนของโมดูลชาร์จ วิธีการระบายความร้อนหลักที่ใช้กันในอุตสาหกรรมปัจจุบันคือการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ (Forced Air Cooling) และยังมีวิธีการอื่นๆ เช่น ท่อลมเย็นแบบปิดและการระบายความร้อนด้วยน้ำ การระบายความร้อนด้วยอากาศมีข้อดีคือต้นทุนต่ำและโครงสร้างที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้น ข้อเสียของความสามารถในการระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีจำกัดและเสียงรบกวนสูงก็จะยิ่งปรากฏชัดขึ้น การติดตั้งระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในโมดูลชาร์จและสายปืนได้กลายเป็นแนวทางแก้ไขปัญหาที่สำคัญ

3. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเร่งโอกาสในการพัฒนาการเจาะตลาดอุตสาหกรรมพลังงานใหม่

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีอุตสาหกรรมพลังงานใหม่มีความก้าวหน้าและก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง และอัตราการเจาะตลาดที่เพิ่มขึ้นได้ส่งเสริมการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จต้นน้ำ ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญได้แก้ปัญหาระยะการเดินทางที่ไม่เพียงพอของรถยนต์พลังงานใหม่ และการประยุกต์ใช้โมดูลชาร์จกำลังสูงช่วยลดระยะเวลาในการชาร์จลงอย่างมาก จึงเร่งการเข้าถึงรถยนต์พลังงานใหม่และสร้างเสาชาร์จรองรับ ในอนาคต การบูรณาการและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การจัดเก็บแบบออปติคัล การบูรณาการการชาร์จ และการรวมเครือข่ายรถยนต์ V2G คาดว่าจะช่วยเร่งการเข้าถึงอุตสาหกรรมพลังงานใหม่และเพิ่มความนิยมในการบริโภคให้มากยิ่งขึ้น

4. ภูมิทัศน์การแข่งขันของอุตสาหกรรม: อุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จมีความสามารถในการแข่งขันสูงและพื้นที่ตลาดของผลิตภัณฑ์ก็ใหญ่

โมดูลชาร์จถือเป็นองค์ประกอบหลักของเสาชาร์จ DC ด้วยอัตราการใช้รถยนต์พลังงานใหม่ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก ผู้บริโภคจึงกังวลเกี่ยวกับระยะการชาร์จและความสะดวกในการชาร์จมากขึ้น ความต้องการเสาชาร์จ DC แบบชาร์จเร็วในตลาดเพิ่มขึ้นอย่างมาก และตลาดเสาชาร์จภายในประเทศก็เติบโตขึ้นจากเดิม ในช่วงแรกๆ การไฟฟ้ารัฐ (State Grid) เป็นกำลังสำคัญในการพัฒนาที่หลากหลาย ผู้ประกอบการทุนทางสังคมจำนวนมากที่มีทั้งความสามารถในการผลิตและการดำเนินงานเสาชาร์จได้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ผู้ผลิตโมดูลชาร์จภายในประเทศยังคงขยายขนาดการผลิตและการขายสำหรับการสร้างเสาชาร์จเสริม และความสามารถในการแข่งขันที่ครอบคลุมของพวกเขาก็ยังคงแข็งแกร่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ปัจจุบัน หลังจากการพัฒนาผลิตภัณฑ์และการพัฒนาโมดูลชาร์จมาหลายปี การแข่งขันในอุตสาหกรรมก็เข้มข้นขึ้น ผลิตภัณฑ์หลักกำลังพัฒนาไปในทิศทางของแรงดันไฟฟ้าสูงและความหนาแน่นพลังงานสูง และพื้นที่ตลาดผลิตภัณฑ์ก็กว้างใหญ่ องค์กรในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ได้รับส่วนแบ่งทางการตลาดและผลกำไรที่สูงขึ้นจากการปรับปรุงโครงสร้างผลิตภัณฑ์ อัลกอริทึมการควบคุม การปรับปรุงฮาร์ดแวร์และระบบการผลิตอย่างต่อเนื่อง เป็นต้น

5. แนวโน้มการพัฒนาโมดูลชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

ในขณะที่โมดูลการชาร์จเป็นที่ต้องการของตลาดจำนวนมาก เทคโนโลยียังคงพัฒนาต่อไปโดยมุ่งสู่ความหนาแน่นของพลังงานสูง ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง และประสิทธิภาพการแปลงสูง

1) การเปลี่ยนแปลงที่ขับเคลื่อนโดยนโยบายไปสู่การขับเคลื่อนโดยความต้องการ

เพื่อสนับสนุนและส่งเสริมการพัฒนายานยนต์พลังงานใหม่ การก่อสร้างเสาชาร์จส่วนใหญ่นำโดยรัฐบาลในช่วงแรก และค่อยๆ นำทางการพัฒนาอุตสาหกรรมไปสู่รูปแบบการขับเคลื่อนภายในผ่านการสนับสนุนทางนโยบาย นับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2564 การพัฒนายานยนต์พลังงานใหม่อย่างรวดเร็วได้สร้างความต้องการอย่างมากในการก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกและเสาชาร์จ อุตสาหกรรมเสาชาร์จกำลังดำเนินการเปลี่ยนผ่านจากนโยบายที่ขับเคลื่อนด้วยความต้องการไปสู่ความต้องการที่ขับเคลื่อนด้วยความต้องการ

เมื่อเผชิญกับจำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ที่เพิ่มขึ้น นอกจากความหนาแน่นของเสาชาร์จที่เพิ่มขึ้นแล้ว เวลาในการชาร์จยังต้องสั้นลงอีกด้วย เสาชาร์จไฟฟ้ากระแสตรงมีความเร็วในการชาร์จที่เร็วกว่าและระยะเวลาการชาร์จที่สั้นกว่า ซึ่งเหมาะสมกับความต้องการในการชาร์จทั้งชั่วคราวและฉุกเฉินของผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า และสามารถแก้ปัญหาความกังวลเกี่ยวกับระยะทางและความกังวลในการชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาดการชาร์จไฟฟ้ากระแสตรงแบบเร็วในเสาชาร์จที่สร้างขึ้นใหม่ โดยเฉพาะเสาชาร์จสาธารณะ จึงเติบโตอย่างรวดเร็วและกลายเป็นกระแสหลักในหลายเมืองใหญ่ของจีน

สรุปได้ว่า ในแง่หนึ่ง เนื่องจากจำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การก่อสร้างเสาชาร์จจึงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ในทางกลับกัน ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่นิยมใช้ระบบชาร์จเร็วแบบ DC เสาชาร์จแบบ DC ได้กลายเป็นกระแสหลัก และโมดูลชาร์จก็เข้ามามีบทบาทมากขึ้นเช่นกัน นับเป็นช่วงการพัฒนาที่แรงดึงดูดเป็นแรงขับเคลื่อนหลัก

(2) ความหนาแน่นของพลังงานสูง ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง ประสิทธิภาพการแปลงสูง

สิ่งที่เรียกว่าการชาร์จเร็ว หมายถึงกำลังชาร์จสูง ดังนั้น ภายใต้ความต้องการการชาร์จเร็วที่เพิ่มขึ้น โมดูลชาร์จจึงพัฒนาอย่างต่อเนื่องในทิศทางของกำลังชาร์จสูง พลังชาร์จสูงของแท่นชาร์จทำได้สองวิธี วิธีแรกคือการเชื่อมต่อโมดูลชาร์จหลายตัวแบบขนานเพื่อให้เกิดการซ้อนทับกำลังชาร์จ และอีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มกำลังชาร์จเดียวของโมดูลชาร์จ การเพิ่มกำลังชาร์จของโมดูลชาร์จเดียวเป็นแนวโน้มการพัฒนาในระยะยาว โดยอิงจากความต้องการทางเทคนิคในการเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า ลดพื้นที่ และลดความซับซ้อนของโครงสร้างไฟฟ้า โมดูลชาร์จในประเทศของเราผ่านการพัฒนามาแล้วสามรุ่น ตั้งแต่รุ่นแรก 7.5 กิโลวัตต์ ไปจนถึงรุ่นที่สอง 15/20 กิโลวัตต์ และปัจจุบันอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านจากรุ่นที่สองเป็นรุ่นที่สาม 30/40 กิโลวัตต์ โมดูลชาร์จกำลังสูงได้กลายเป็นกระแสหลักของตลาด ในขณะเดียวกัน ด้วยหลักการย่อส่วน ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าของโมดูลชาร์จก็เพิ่มขึ้นพร้อมกับระดับกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

มีสองวิธีในการทำให้การชาร์จเร็วแบบ DC มีระดับพลังงานที่สูงขึ้น คือ การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและการเพิ่มกระแสไฟฟ้า Tesla เป็นผู้ริเริ่มโซลูชันการชาร์จแบบกระแสสูง ข้อดีคือต้นทุนในการปรับปรุงส่วนประกอบต่ำกว่า แต่กระแสไฟฟ้าสูงจะทำให้เกิดการสูญเสียความร้อนที่สูงขึ้นและความต้องการการกระจายความร้อนที่สูงขึ้น สายไฟที่หนาขึ้นจะลดความสะดวกสบายและส่งเสริมประสิทธิภาพที่น้อยลง โซลูชันแรงดันไฟฟ้าสูงคือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทำงานสูงสุดของโมดูลการชาร์จ ปัจจุบันเป็นรุ่นที่ผู้ผลิตรถยนต์นิยมใช้กันทั่วไป ซึ่งสามารถพิจารณาข้อดีของการลดการใช้พลังงาน ยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ลดน้ำหนัก และประหยัดพื้นที่ โซลูชันแรงดันไฟฟ้าสูงจำเป็นต้องใช้แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูงสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าเพื่อรองรับแอปพลิเคชันการชาร์จเร็ว ปัจจุบันโซลูชันการชาร์จเร็วที่บริษัทรถยนต์นิยมใช้คือแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูง 400V ด้วยการวิจัยและการประยุกต์ใช้แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 800V ระดับแรงดันไฟฟ้าของโมดูลการชาร์จจะได้รับการพัฒนาต่อไป

การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงเป็นตัวชี้วัดทางเทคนิคที่โมดูลชาร์จมักจะมุ่งมั่น การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงหมายถึงประสิทธิภาพการชาร์จที่สูงขึ้นและการสูญเสียพลังงานที่ลดลง ปัจจุบันประสิทธิภาพสูงสุดของโมดูลชาร์จโดยทั่วไปอยู่ที่ 95%-96% ในอนาคต ด้วยการพัฒนาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์ไฟฟ้ารุ่นที่สาม และแรงดันไฟฟ้าขาออกของโมดูลชาร์จที่ขยับขึ้นเป็น 800V หรือแม้แต่ 1000V ประสิทธิภาพการแปลงจะได้รับการพัฒนาต่อไปอีก

(3) มูลค่าของโมดูลชาร์จ EV เพิ่มขึ้น

โมดูลชาร์จเป็นส่วนประกอบหลักของเสาชาร์จ DC ซึ่งคิดเป็นประมาณ 50% ของต้นทุนฮาร์ดแวร์ของเสาชาร์จ การเพิ่มประสิทธิภาพการชาร์จในอนาคตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการปรับปรุงประสิทธิภาพของโมดูลชาร์จ ในแง่หนึ่ง การเชื่อมต่อโมดูลชาร์จแบบขนานมากขึ้นจะช่วยเพิ่มมูลค่าของโมดูลชาร์จโดยตรง ในทางกลับกัน การปรับปรุงระดับพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของโมดูลชาร์จเดี่ยวขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ควบคุมที่เหมาะสมที่สุด รวมถึงเทคโนโลยีของส่วนประกอบสำคัญ ความก้าวหน้าเหล่านี้ถือเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการปรับปรุงพลังงานของเสาชาร์จทั้งหมด ซึ่งจะช่วยเพิ่มมูลค่าของโมดูลชาร์จต่อไป

6. อุปสรรคทางเทคนิคในอุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จพลังงาน EV

เทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟเป็นวิชาสหวิทยาการที่ผสานรวมเทคโนโลยีโทโพโลยีวงจร เทคโนโลยีดิจิทัล เทคโนโลยีแม่เหล็ก เทคโนโลยีส่วนประกอบ เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ และเทคโนโลยีการออกแบบเชิงความร้อนเข้าด้วยกัน เป็นอุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยีอย่างเข้มข้น ในฐานะหัวใจสำคัญของแท่นชาร์จไฟฟ้ากระแสตรง โมดูลชาร์จจะกำหนดประสิทธิภาพการชาร์จ เสถียรภาพในการทำงาน ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือของแท่นชาร์จโดยตรง ซึ่งมีความสำคัญและคุณค่าที่โดดเด่น ผลิตภัณฑ์หนึ่งๆ ต้องใช้การลงทุนด้านทรัพยากรและผู้เชี่ยวชาญจำนวนมาก ตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีไปจนถึงการประยุกต์ใช้งานเทอร์มินัล วิธีการเลือกส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และเค้าโครง การอัพเกรดและวนซ้ำอัลกอริทึมของซอฟต์แวร์ ความเข้าใจในสถานการณ์การใช้งานที่แม่นยำ และความสามารถของแพลตฟอร์มการควบคุมคุณภาพและการทดสอบที่สมบูรณ์แบบ ล้วนส่งผลต่อคุณภาพและความเสถียรของผลิตภัณฑ์โดยตรง ผู้ประกอบการหน้าใหม่ในอุตสาหกรรมนี้ยากที่จะรวบรวมข้อมูลเทคโนโลยี บุคลากร และข้อมูลสถานการณ์การใช้งานต่างๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ และมีอุปสรรคทางเทคนิคสูง