Yeni enerji araç şarj modülü endüstrisi geliştirme fırsatı trendi

1. Şarj modülü endüstrisinin gelişimine genel bakış

Şarj modülleri, yeni enerji araçları için DC şarj istasyonlarının temelini oluşturmaktadır. Çin'de yeni enerji araçlarının yaygınlaşması ve sahipliği artmaya devam ettikçe, şarj istasyonlarına olan talep de artmaktadır. Yeni enerji araçlarının şarjı, AC yavaş şarj ve DC hızlı şarj olmak üzere ikiye ayrılır. DC hızlı şarj, yüksek voltaj, yüksek güç ve hızlı şarj özelliklerine sahiptir. Piyasa şarj verimliliğini hedefledikçe, DC hızlı şarj istasyonları ve şarj modüllerinin pazar ölçeği de genişlemeye devam etmektedir.

2. Elektrikli araç şarj modülü endüstrisinin teknik seviyesi ve özellikleri

Yeni nesil enerji araçları şarj istasyonu (EV şarj modülü) endüstrisi şu anda tek modülde yüksek güç, yüksek frekans, minyatürleştirme, yüksek dönüştürme verimliliği ve geniş voltaj aralığı gibi teknik özelliklere sahiptir.

Tek modül gücü açısından, yeni enerji şarj istasyonu şarj modülü endüstrisi, 2014 yılında 7,5 kW, 2015 yılında sabit akım 20A ve 15 kW, 2016 yılında ise sabit güç 25A ve 15 kW'lık ana ürün geliştirme süreçlerini yaşamıştır. Mevcut ana uygulama şarj modülleri 20 kW ve 30 kW'lık tek modül çözümleridir ve 40 kW'lık yeni enerji şarj istasyonu güç kaynağına dönüştürülebilen tek modül çözümleri mevcuttur. Yüksek güçlü şarj modülleri, gelecekteki pazar geliştirme trendi haline gelmiştir.

Çıkış voltajı açısından, Devlet Şebekesi, "Elektrikli Araç Şarj Ekipmanı Tedarikçileri için Nitelik ve Yetenek Doğrulama Standartları"nın 2017 versiyonunu yayınlayarak, DC şarj cihazlarının çıkış voltajı aralığının 200-750V olduğunu ve sabit güç voltajının en az 400-500V ve 600-750V aralıklarını kapsadığını belirtmiştir. Bu nedenle, tüm modül üreticileri genellikle 200-750V için modüller tasarlamakta ve sabit güç gereksinimlerini karşılamaktadır. Elektrikli araçların menzilinin artması ve yeni enerji araç kullanıcılarının şarj süresini azaltma talebiyle birlikte, sektör 800V süper hızlı şarj mimarisi önermiş ve bazı şirketler 200-1000V geniş çıkış voltajı aralığına sahip DC şarj modülleri tedarik etmeyi başarmıştır.

Şarj modüllerinin yüksek frekanslı ve minyatürleştirilmesi açısından, yeni enerji şarj istasyonu güç kaynaklarının tek makine modüllerinin gücü artmıştır, ancak hacmi orantılı olarak genişletilememektedir. Bu nedenle, güç yoğunluğunu artırmak için anahtarlama frekansını artırmak ve manyetik bileşenleri entegre etmek önemli yöntemler haline gelmiştir.

Şarj modülü verimliliği açısından, yeni enerji şarj istasyonu şarj modülü sektöründeki büyük şirketler genellikle %95-96'lık maksimum tepe verimliliğine sahiptir. Gelecekte, üçüncü nesil güç cihazları gibi elektronik bileşenlerin gelişmesi ve 800V veya daha yüksek voltaj platformuna sahip elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, sektörün %98'in üzerinde tepe verimliliğine sahip ürünler sunması beklenmektedir.

Şarj modüllerinin güç yoğunluğu arttıkça, ısı dağıtım sorunları da artmaktadır. Şarj modüllerinin ısı dağıtımında, sektördeki mevcut ana yöntem cebri hava soğutmadır; ayrıca kapalı soğuk hava kanalları ve su soğutma gibi yöntemler de mevcuttur. Hava soğutma, düşük maliyet ve basit yapı avantajlarına sahiptir. Bununla birlikte, ısı dağıtım basıncı daha da arttıkça, hava soğutmanın sınırlı ısı dağıtım kapasitesi ve yüksek gürültü gibi dezavantajları daha da belirgin hale gelecektir. Şarj modülü ve şarj hattının sıvı soğutma ile donatılması, önemli bir teknik çözüm haline gelmiştir.

3. Teknolojik ilerleme, yeni enerji sektörünün yaygınlaşma fırsatlarını hızlandırıyor.

Son yıllarda, yeni enerji endüstrisi teknolojisi sürekli ilerleme ve atılımlar kaydetmiş olup, yaygınlaşma oranındaki artış, şarj modülü endüstrisinin sürekli gelişimini desteklemiştir. Batarya enerji yoğunluğundaki önemli artış, yeni enerji araçlarının yetersiz menzil sorununu çözmüş ve yüksek güçlü şarj modüllerinin kullanımı şarj süresini büyük ölçüde kısaltarak yeni enerji araçlarının yaygınlaşmasını ve destekleyici şarj istasyonlarının inşasını hızlandırmıştır. Gelecekte, optik depolama ve şarj entegrasyonu ile V2G araç ağı entegrasyonu gibi teknolojilerin entegrasyonu ve daha derin uygulamalarının, yeni enerji endüstrilerinin yaygınlaşmasını ve tüketimin yaygınlaşmasını daha da hızlandırması beklenmektedir.

4. Sektör rekabet ortamı: Şarj modülü sektörü tamamen rekabetçi ve ürün pazar alanı geniştir.

Şarj modülü, DC şarj istasyonlarının temel bileşenidir. Dünyada yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranının artmasıyla birlikte, tüketiciler şarj menzili ve şarj kolaylığı konusunda giderek daha fazla endişe duymaktadır. DC hızlı şarj istasyonlarına olan pazar talebi patlamış ve yerli şarj istasyonu işletme pazarı, başlangıçta devlet şebekesinin çeşitlendirilmiş gelişiminde ana güç olduğu dönemden hızla büyümüştür. Hem şarj istasyonu ekipmanı üretimi hem de işletme yeteneklerine sahip bir dizi sosyal sermaye işletmecisi hızla ortaya çıkmıştır. Yerli şarj modülü üreticileri, destekleyici şarj istasyonlarının inşası için üretim ve satış ölçeklerini genişletmeye devam etmiş ve kapsamlı rekabet güçleri artmaya devam etmiştir.

Yıllar süren ürün geliştirme ve iyileştirme çalışmalarının ardından, günümüzde sektördeki rekabet yeterli düzeydedir. Ana akım ürünler yüksek voltaj ve yüksek güç yoğunluğu yönünde gelişmekte olup, ürün pazar alanı geniştir. Sektördeki işletmeler, ürün topolojisini, kontrol algoritmalarını sürekli iyileştirerek, donanım ve üretim sistemlerini optimize ederek vb. yöntemlerle daha yüksek pazar payı ve kar seviyeleri elde etmektedir.

5. Elektrikli araç şarj modüllerinin gelişim trendleri

Şarj modüllerine yönelik büyük pazar talebiyle birlikte, teknoloji yüksek güç yoğunluğu, geniş voltaj aralığı ve yüksek dönüştürme verimliliği yönünde gelişmeye devam ediyor.

1) Politika odaklı yaklaşımdan talep odaklı yaklaşıma geçiş

Yeni enerji araçlarının gelişimini desteklemek ve teşvik etmek amacıyla, şarj istasyonlarının inşası başlangıçta ağırlıklı olarak hükümet tarafından yönlendirildi ve politika desteğiyle sektörün gelişimini kademeli olarak içsel bir itici güç modeline doğru yönlendirdi. 2021'den bu yana, yeni enerji araçlarının hızlı gelişimi, destekleyici tesislerin ve şarj istasyonlarının inşasına büyük talepler getirdi. Şarj istasyonu sektörü, politika odaklıdan talep odaklıya dönüşümünü tamamlıyor.

Yeni enerji araçlarının sayısının artmasıyla birlikte, şarj istasyonlarının yoğunluğunun artırılmasının yanı sıra, şarj süresinin de daha da kısaltılması gerekmektedir. DC şarj istasyonları, daha yüksek şarj hızları ve daha kısa şarj süreleri sunarak, elektrikli araç kullanıcılarının geçici ve acil şarj ihtiyaçları için daha uygundur ve elektrikli araçların menzil kaygısı ve şarj kaygısı sorunlarını etkili bir şekilde çözebilir. Bu nedenle, son yıllarda, özellikle kamuya açık şarj istasyonlarında olmak üzere, yeni inşa edilen şarj istasyonlarında DC hızlı şarjın pazar ölçeği hızla büyümüş ve Çin'deki birçok büyük şehirde ana akım bir trend haline gelmiştir.

Özetle, bir yandan yeni enerji araçlarının sayısı artmaya devam ettikçe, şarj istasyonlarının destekleyici yapısının sürekli olarak iyileştirilmesi gerekiyor. Öte yandan, elektrikli araç kullanıcıları genellikle DC hızlı şarjı tercih ediyor. DC şarj istasyonları ana akım trend haline geldi ve şarj modülleri de talep gören bir aşamaya girdi; bu aşamada itici güç talep gücüdür.

(2) Yüksek güç yoğunluğu, geniş voltaj aralığı, yüksek dönüşüm verimliliği

Hızlı şarj olarak adlandırılan şey, yüksek şarj gücü anlamına gelir. Bu nedenle, hızlı şarja olan artan talep karşısında, şarj modülleri yüksek güç yönünde gelişmeye devam etmektedir. Şarj ünitesinin yüksek gücü iki şekilde elde edilir. Birincisi, güç süperpozisyonu sağlamak için birden fazla şarj modülünü paralel olarak bağlamak; ikincisi ise şarj modülünün tek gücünü artırmaktır. Güç yoğunluğunu artırma, alanı azaltma ve elektrik mimarisinin karmaşıklığını azaltma gibi teknik ihtiyaçlara dayanarak, tek bir şarj modülünün gücünü artırmak uzun vadeli bir gelişim trendidir. Ülkemizin şarj modülleri, ilk nesil 7,5kW'tan ikinci nesil 15/20kW'a kadar üç nesil gelişim geçirmiş olup, şu anda ikinci nesilden üçüncü nesil 30/40kW'a geçiş dönemindedir. Yüksek güçlü şarj modülleri pazarın ana akımı haline gelmiştir. Aynı zamanda, minyatürleştirme tasarım prensibine dayanarak, şarj modüllerinin güç yoğunluğu da güç seviyesindeki artışla eş zamanlı olarak artmıştır.

Daha yüksek güç seviyesinde DC hızlı şarj elde etmenin iki yolu vardır: voltajı artırmak ve akımı artırmak. Yüksek akımlı şarj çözümü ilk olarak Tesla tarafından benimsenmiştir. Avantajı, bileşen optimizasyon maliyetinin daha düşük olmasıdır, ancak yüksek akım daha yüksek ısı kaybına ve yüksek ısı dağıtım gereksinimlerine yol açar ve daha kalın kablolar kullanım kolaylığını azaltır ve daha az ölçüde destekler. Yüksek voltaj çözümü, şarj modülünün maksimum çalışma voltajını artırmaktır. Şu anda otomobil üreticileri tarafından yaygın olarak kullanılan bir modeldir. Enerji tüketimini azaltma, pil ömrünü uzatma, ağırlığı azaltma ve yerden tasarruf etme avantajlarını bir arada sunar. Yüksek voltaj çözümü, elektrikli araçların hızlı şarj uygulamalarını desteklemek için yüksek voltajlı bir platformla donatılmasını gerektirir. Şu anda otomobil şirketleri tarafından yaygın olarak kullanılan hızlı şarj çözümü 400V yüksek voltaj platformudur. 800V voltaj platformunun araştırılması ve uygulanmasıyla, şarj modülünün voltaj seviyesi daha da iyileştirilecektir.

Şarj modüllerinin her zaman hedeflediği teknik göstergelerden biri, dönüştürme verimliliğinin iyileştirilmesidir. Dönüştürme verimliliğinin artması, daha yüksek şarj verimliliği ve daha düşük kayıplar anlamına gelir. Şu anda, şarj modüllerinin maksimum tepe verimliliği genellikle %95~%96 civarındadır. Gelecekte, üçüncü nesil güç cihazları gibi elektronik bileşenlerin gelişmesi ve şarj modüllerinin çıkış voltajının 800V hatta 1000V'a doğru ilerlemesiyle, dönüştürme verimliliği daha da artacaktır.

(3) Elektrikli araç şarj modüllerinin değeri artar

Şarj modülü, DC şarj istasyonunun temel bileşenidir ve şarj istasyonunun donanım maliyetinin yaklaşık %50'sini oluşturur. Gelecekte şarj verimliliğinin iyileştirilmesi, esas olarak şarj modüllerinin performansının iyileştirilmesine bağlıdır. Bir yandan, paralel bağlanan daha fazla şarj modülü, şarj modülünün değerini doğrudan artıracaktır; diğer yandan, tek bir şarj modülünün güç seviyesinin ve güç yoğunluğunun iyileştirilmesi, donanım devrelerinin ve kontrol yazılımının optimize edilmiş tasarımına ve temel bileşenlerin teknolojisindeki atılımlara bağlıdır. Bunlar, tüm şarj istasyonunun gücünü artırmak için kilit teknolojilerdir ve şarj modülünün değerini daha da artıracaktır.

6. Elektrikli araç şarj modülü sektöründeki teknik engeller

Güç kaynağı teknolojisi, devre topolojisi teknolojisi, dijital teknoloji, manyetik teknoloji, bileşen teknolojisi, yarı iletken teknolojisi ve termal tasarım teknolojisini entegre eden disiplinler arası bir alandır. Teknoloji yoğun bir sektördür. DC şarj istasyonunun kalbi olan şarj modülü, şarj istasyonunun şarj verimliliğini, çalışma kararlılığını, güvenliğini ve güvenilirliğini doğrudan belirler ve önemi ve değeri olağanüstüdür. Bir ürün, teknoloji araştırma ve geliştirmesinden nihai uygulamaya kadar büyük bir kaynak ve profesyonel yatırımı gerektirir. Elektronik bileşenlerin ve yerleşimin seçimi, yazılım algoritması yükseltmesi ve yinelemesi, uygulama senaryolarının doğru kavranması ve olgun kalite kontrol ve test platformu yeteneklerinin tümü, ürün kalitesini ve kararlılığını doğrudan etkiler. Sektöre yeni girenlerin kısa sürede çeşitli teknolojileri, personeli ve uygulama senaryosu verilerini biriktirmesi zordur ve yüksek teknik engellerle karşılaşırlar.