แนวโน้มโอกาสในการพัฒนาอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่

1. ภาพรวมของการพัฒนาอุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จ

โมดูลการชาร์จเป็นหัวใจสำคัญของแท่นชาร์จ DC สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ เนื่องจากอัตราการใช้งานและการครอบครองรถยนต์พลังงานใหม่ในจีนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการแท่นชาร์จจึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วย การชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่แบ่งออกเป็น การชาร์จแบบช้าด้วยกระแสสลับ (AC) และการชาร์จแบบเร็วด้วยกระแสตรง (DC) การชาร์จแบบเร็วด้วยกระแสตรงมีลักษณะเด่นคือ แรงดันสูง กำลังสูง และชาร์จเร็ว เนื่องจากตลาดมุ่งเน้นประสิทธิภาพการชาร์จ ตลาดแท่นชาร์จแบบเร็วด้วยกระแสตรงและโมดูลการชาร์จจึงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

2. ระดับเทคโนโลยีและลักษณะเฉพาะของอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

ปัจจุบันอุตสาหกรรมโมดูลเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานใหม่มีคุณสมบัติทางเทคนิคที่โดดเด่น เช่น กำลังสูงต่อโมดูล ความถี่สูง ขนาดเล็ก ประสิทธิภาพการแปลงสูง และช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง

ในแง่ของกำลังไฟต่อโมดูล อุตสาหกรรมโมดูลชาร์จไฟแบบเสาพลังงานใหม่ได้เห็นการพัฒนาผลิตภัณฑ์หลัก โดยเริ่มจากขนาด 7.5 กิโลวัตต์ในปี 2014 ขนาดกระแสคงที่ 20 แอมป์และ 15 กิโลวัตต์ในปี 2015 และขนาดกำลังคงที่ 25 แอมป์และ 15 กิโลวัตต์ในปี 2016 ปัจจุบันโมดูลชาร์จไฟที่ใช้งานหลักคือขนาด 20 กิโลวัตต์และ 30 กิโลวัตต์ โซลูชันแบบโมดูลเดี่ยวและการเปลี่ยนไปใช้โซลูชันแบบโมดูลเดี่ยวสำหรับแหล่งจ่ายไฟเสาพลังงานใหม่ขนาด 40 กิโลวัตต์ โมดูลชาร์จไฟกำลังสูงได้กลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาตลาดในอนาคต

ในแง่ของแรงดันไฟฟ้าขาออก การไฟฟ้าแห่งรัฐได้ออกมาตรฐาน “มาตรฐานการตรวจสอบคุณสมบัติและความสามารถสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า” ฉบับปี 2017 โดยระบุว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องชาร์จ DC อยู่ที่ 200-750 โวลต์ และแรงดันไฟฟ้ากำลังคงที่ครอบคลุมช่วงอย่างน้อย 400-500 โวลต์ และ 600-750 โวลต์ ดังนั้น ผู้ผลิตโมดูลส่วนใหญ่จึงออกแบบโมดูลสำหรับช่วง 200-750 โวลต์ และตรงตามข้อกำหนดกำลังคงที่ ด้วยระยะทางการวิ่งที่เพิ่มขึ้นของรถยนต์ไฟฟ้าและความต้องการของผู้ใช้รถยนต์พลังงานใหม่ในการลดเวลาการชาร์จ อุตสาหกรรมจึงได้เสนอสถาปัตยกรรมการชาร์จเร็วพิเศษ 800 โวลต์ และบางบริษัทได้ผลิตโมดูลชาร์จ DC แบบหลายขั้วที่มีช่วงแรงดันไฟฟ้าขาออกกว้างตั้งแต่ 200-1000 โวลต์

ในแง่ของความถี่สูงและการย่อขนาดของโมดูลการชาร์จ กำลังของโมดูลเครื่องเดี่ยวของแหล่งจ่ายไฟแบบกองชาร์จพลังงานใหม่เพิ่มขึ้น แต่ปริมาตรไม่สามารถขยายได้ตามสัดส่วน ดังนั้น การเพิ่มความถี่ในการสวิตช์และการรวมส่วนประกอบแม่เหล็กจึงกลายเป็นวิธีการสำคัญในการเพิ่มความหนาแน่นของกำลัง

ในแง่ของประสิทธิภาพของโมดูลการชาร์จ บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จแบบแท่นชาร์จพลังงานใหม่โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพสูงสุดอยู่ที่ 95%-96% ในอนาคต ด้วยการพัฒนาชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟรุ่นที่สาม และการแพร่หลายของรถยนต์ไฟฟ้าที่มีแพลตฟอร์มแรงดันสูง 800V หรือสูงกว่านั้น คาดว่าอุตสาหกรรมจะนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมากกว่า 98%

เมื่อความหนาแน่นของพลังงานในโมดูลชาร์จเพิ่มขึ้น ปัญหาการระบายความร้อนก็จะเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน ในแง่ของการระบายความร้อนของโมดูลชาร์จ วิธีการระบายความร้อนหลักในปัจจุบันในอุตสาหกรรมคือการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ และยังมีวิธีการอื่นๆ เช่น ท่ออากาศเย็นแบบปิด และการระบายความร้อนด้วยน้ำ การระบายความร้อนด้วยอากาศมีข้อดีคือต้นทุนต่ำและโครงสร้างเรียบง่าย อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ข้อเสียของการระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีความสามารถในการระบายความร้อนจำกัดและเสียงดังก็จะปรากฏชัดเจนมากขึ้น การติดตั้งระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวให้กับโมดูลชาร์จและสายปืนจึงกลายเป็นแนวทางแก้ปัญหาหลักทางเทคนิค

3. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีช่วยเร่งโอกาสในการพัฒนาและขยายอุตสาหกรรมพลังงานรูปแบบใหม่

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ได้ก้าวหน้าและเกิดการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และอัตราการใช้งานที่เพิ่มขึ้นได้ส่งเสริมการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมโมดูลการชาร์จต้นน้ำ การเพิ่มขึ้นอย่างมากของความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ได้แก้ปัญหาเรื่องระยะทางการวิ่งที่ไม่เพียงพอของรถยนต์พลังงานใหม่ และการประยุกต์ใช้โมดูลการชาร์จกำลังสูงได้ลดเวลาในการชาร์จลงอย่างมาก จึงเร่งการใช้งานรถยนต์พลังงานใหม่และการสร้างสถานีชาร์จที่รองรับ ในอนาคต คาดว่าการบูรณาการและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การบูรณาการการจัดเก็บและการชาร์จด้วยแสง และการบูรณาการเครือข่ายยานยนต์ V2G จะช่วยเร่งการใช้งานอุตสาหกรรมพลังงานใหม่และการแพร่หลายของการบริโภคให้เร็วขึ้นไปอีก

4. ภาพรวมการแข่งขันในอุตสาหกรรม: อุตสาหกรรมโมดูลชาร์จมีการแข่งขันสูงและมีตลาดผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่

โมดูลชาร์จเป็นส่วนประกอบหลักของสถานีชาร์จ DC ด้วยอัตราการใช้งานรถยนต์พลังงานใหม่ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก ผู้บริโภคจึงให้ความสำคัญกับระยะทางการชาร์จและความสะดวกในการชาร์จมากขึ้น ความต้องการสถานีชาร์จเร็ว DC จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และตลาดการดำเนินงานสถานีชาร์จในประเทศก็เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว ในยุคแรกเริ่ม การไฟฟ้าแห่งรัฐเป็นแรงขับเคลื่อนหลักในการพัฒนาที่หลากหลาย ผู้ประกอบการภาคเอกชนที่มีทั้งความสามารถในการผลิตและดำเนินงานอุปกรณ์สถานีชาร์จเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ผู้ผลิตโมดูลชาร์จในประเทศยังคงขยายขนาดการผลิตและการขายเพื่อรองรับการก่อสร้างสถานีชาร์จ และความสามารถในการแข่งขันโดยรวมของพวกเขาก็แข็งแกร่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ในปัจจุบัน หลังจากผ่านการพัฒนาและปรับปรุงผลิตภัณฑ์โมดูลการชาร์จมาหลายปี การแข่งขันในอุตสาหกรรมก็ค่อนข้างเข้มข้น ผลิตภัณฑ์หลักกำลังพัฒนาไปในทิศทางของแรงดันสูงและความหนาแน่นของกำลังสูง และตลาดผลิตภัณฑ์มีขนาดใหญ่ บริษัทในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ได้รับส่วนแบ่งการตลาดและระดับกำไรที่สูงขึ้นโดยการปรับปรุงโครงสร้างผลิตภัณฑ์ อัลกอริทึมควบคุม การเพิ่มประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์และระบบการผลิตอย่างต่อเนื่อง เป็นต้น

5. แนวโน้มการพัฒนาของโมดูลการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

เนื่องจากโมดูลชาร์จไฟได้รับความต้องการอย่างมากในตลาด เทคโนโลยีจึงพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปสู่ความหนาแน่นของพลังงานสูง ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง

1) การเปลี่ยนผ่านจากนโยบายไปสู่ความต้องการ

เพื่อสนับสนุนและส่งเสริมการพัฒนารถยนต์พลังงานใหม่ ในระยะแรก การก่อสร้างสถานีชาร์จส่วนใหญ่จึงนำโดยภาครัฐ และค่อยๆ ชี้นำการพัฒนาอุตสาหกรรมไปสู่รูปแบบการขับเคลื่อนด้วยตนเองผ่านการสนับสนุนทางนโยบาย ตั้งแต่ปี 2021 เป็นต้นมา การพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ได้สร้างความต้องการอย่างมากต่อการก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกและสถานีชาร์จ อุตสาหกรรมสถานีชาร์จกำลังเปลี่ยนผ่านจากที่ขับเคลื่อนด้วยนโยบายไปสู่การขับเคลื่อนด้วยความต้องการ

เมื่อเผชิญกับจำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ที่เพิ่มขึ้น นอกจากการเพิ่มความหนาแน่นของสถานีชาร์จแล้ว ยังต้องลดเวลาในการชาร์จให้สั้นลงอีกด้วย สถานีชาร์จ DC มีความเร็วในการชาร์จที่เร็วกว่าและเวลาในการชาร์จที่สั้นกว่า ซึ่งเหมาะสมกว่าสำหรับความต้องการในการชาร์จชั่วคราวและฉุกเฉินของผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า และสามารถแก้ปัญหาความกังวลเรื่องระยะทางและเวลาในการชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ขนาดตลาดของสถานีชาร์จเร็ว DC ที่สร้างใหม่ โดยเฉพาะสถานีชาร์จสาธารณะ จึงเติบโตอย่างรวดเร็วและกลายเป็นกระแสหลักในเมืองสำคัญหลายแห่งของจีน

โดยสรุปแล้ว ในด้านหนึ่ง เนื่องจากจำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โครงสร้างพื้นฐานของสถานีชาร์จจึงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ในอีกด้านหนึ่ง ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องการการชาร์จเร็วแบบ DC สถานีชาร์จ DC จึงกลายเป็นกระแสหลัก และโมดูลชาร์จก็เข้าสู่ช่วงการพัฒนาที่มีความต้องการสูง โดยมีแรงดึงเป็นแรงขับเคลื่อนหลัก

(2) ความหนาแน่นพลังงานสูง ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง ประสิทธิภาพการแปลงสูง

การชาร์จเร็วที่กล่าวถึงนั้นหมายถึงกำลังการชาร์จสูง ดังนั้น ภายใต้ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการชาร์จเร็ว โมดูลการชาร์จจึงพัฒนาไปในทิศทางของกำลังสูงอย่างต่อเนื่อง กำลังสูงของชุดชาร์จสามารถทำได้สองวิธี วิธีแรกคือการเชื่อมต่อโมดูลการชาร์จหลายโมดูลแบบขนานเพื่อให้ได้กำลังเสริม และอีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มกำลังของโมดูลการชาร์จแต่ละตัว โดยพิจารณาจากความต้องการทางเทคนิคในการเพิ่มความหนาแน่นของกำลัง ลดพื้นที่ และลดความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมทางไฟฟ้า การเพิ่มกำลังของโมดูลการชาร์จแต่ละตัวจึงเป็นแนวโน้มการพัฒนาในระยะยาว โมดูลการชาร์จของประเทศเราได้ผ่านการพัฒนามาแล้วสามรุ่น จากรุ่นแรก 7.5 กิโลวัตต์ ไปสู่รุ่นที่สอง 15/20 กิโลวัตต์ และขณะนี้อยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านจากรุ่นที่สองไปสู่รุ่นที่สาม 30/40 กิโลวัตต์ โมดูลการชาร์จกำลังสูงได้กลายเป็นกระแสหลักของตลาด ในขณะเดียวกัน โดยอิงจากหลักการออกแบบของการย่อขนาด ความหนาแน่นของกำลังของโมดูลการชาร์จก็เพิ่มขึ้นพร้อมกับการเพิ่มระดับกำลังด้วย

มีสองแนวทางในการเพิ่มระดับพลังงานสำหรับการชาร์จเร็วแบบ DC คือ การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและการเพิ่มกระแสไฟฟ้า เทสลาเป็นผู้ริเริ่มใช้โซลูชันการชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าสูง ข้อดีคือต้นทุนในการปรับปรุงส่วนประกอบต่ำกว่า แต่กระแสไฟฟ้าสูงจะทำให้เกิดการสูญเสียความร้อนมากขึ้นและต้องการการระบายความร้อนสูง และสายไฟที่หนาขึ้นจะลดความสะดวกและส่งเสริมการใช้งานน้อยลง ส่วนโซลูชันแรงดันไฟฟ้าสูงคือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการทำงานของโมดูลการชาร์จ ปัจจุบันเป็นรูปแบบที่ผู้ผลิตรถยนต์นิยมใช้ ซึ่งสามารถนำมาพิจารณาถึงข้อดีของการลดการใช้พลังงาน ยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ลดน้ำหนัก และประหยัดพื้นที่ โซลูชันแรงดันไฟฟ้าสูงต้องการให้รถยนต์ไฟฟ้าติดตั้งแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อรองรับการชาร์จเร็ว ปัจจุบันโซลูชันการชาร์จเร็วที่บริษัทรถยนต์ใช้กันทั่วไปคือแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูง 400V ด้วยการวิจัยและการประยุกต์ใช้แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 800V ระดับแรงดันไฟฟ้าของโมดูลการชาร์จจะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเป็นตัวชี้วัดทางเทคนิคที่โมดูลการชาร์จพยายามพัฒนาอยู่เสมอ การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานหมายถึงประสิทธิภาพการชาร์จที่สูงขึ้นและการสูญเสียที่ลดลง ปัจจุบัน ประสิทธิภาพสูงสุดของโมดูลการชาร์จโดยทั่วไปอยู่ที่ 95%~96% ในอนาคต ด้วยการพัฒนาชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟรุ่นที่สาม และแรงดันไฟฟ้าขาออกของโมดูลการชาร์จที่กำลังเข้าใกล้ 800V หรือแม้แต่ 1000V ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

(3) มูลค่าของโมดูลการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

โมดูลชาร์จเป็นส่วนประกอบหลักของชุดชาร์จ DC โดยคิดเป็นประมาณ 50% ของต้นทุนฮาร์ดแวร์ของชุดชาร์จ การปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จในอนาคตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการปรับปรุงประสิทธิภาพของโมดูลชาร์จ ในด้านหนึ่ง การเชื่อมต่อโมดูลชาร์จแบบขนานมากขึ้นจะเพิ่มมูลค่าของโมดูลชาร์จโดยตรง ในอีกด้านหนึ่ง การปรับปรุงระดับพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของโมดูลชาร์จแต่ละตัวขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ควบคุมที่เหมาะสมที่สุด รวมถึงเทคโนโลยีของส่วนประกอบสำคัญ สิ่งเหล่านี้เป็นเทคโนโลยีสำคัญในการปรับปรุงพลังงานของชุดชาร์จทั้งหมด ซึ่งจะเพิ่มมูลค่าของโมดูลชาร์จให้สูงขึ้นไปอีก

6. อุปสรรคทางเทคนิคในอุตสาหกรรมโมดูลชาร์จพลังงานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

เทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟเป็นศาสตร์สหวิทยาการที่บูรณาการเทคโนโลยีด้านวงจร เทคโนโลยีดิจิทัล เทคโนโลยีแม่เหล็ก เทคโนโลยีชิ้นส่วน เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ และเทคโนโลยีการออกแบบความร้อน จึงเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยีเข้มข้น โมดูลการชาร์จซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องชาร์จ DC นั้น มีบทบาทโดยตรงในการกำหนดประสิทธิภาพการชาร์จ ความเสถียรในการทำงาน ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือของเครื่องชาร์จ ดังนั้นจึงมีความสำคัญและคุณค่าอย่างมาก ผลิตภัณฑ์หนึ่งชิ้นต้องใช้ทรัพยากรและผู้เชี่ยวชาญจำนวนมาก ตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีไปจนถึงการใช้งานจริง การเลือกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และการจัดวาง การอัปเกรดและปรับปรุงอัลกอริธึมซอฟต์แวร์ การทำความเข้าใจสถานการณ์การใช้งานอย่างแม่นยำ และความสามารถของแพลตฟอร์มการควบคุมคุณภาพและการทดสอบที่ครบวงจร ล้วนส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ เป็นเรื่องยากสำหรับผู้เข้ามาใหม่ในอุตสาหกรรมที่จะสะสมเทคโนโลยี บุคลากร และข้อมูลสถานการณ์การใช้งานต่างๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ และพวกเขามีอุปสรรคทางเทคนิคสูง