Xu hướng phát triển ngành công nghiệp mô-đun sạc xe năng lượng mới

1. Tổng quan về sự phát triển của ngành công nghiệp mô-đun sạc

Mô-đun sạc là cốt lõi của cọc sạc DC cho xe năng lượng mới. Khi tỷ lệ thâm nhập và sở hữu xe năng lượng mới tại Trung Quốc tiếp tục tăng, nhu cầu về cọc sạc cũng ngày càng tăng. Sạc xe năng lượng mới được chia thành sạc chậm AC và sạc nhanh DC. Sạc nhanh DC có các đặc điểm là điện áp cao, công suất cao và sạc nhanh. Khi thị trường theo đuổi hiệu quả sạc, quy mô thị trường cọc sạc nhanh DC và mô-đun sạc tiếp tục mở rộng.

2. Trình độ kỹ thuật và đặc điểm của ngành công nghiệp mô-đun sạc xe điện

Ngành công nghiệp mô-đun sạc xe điện năng lượng mới hiện nay có các đặc điểm kỹ thuật như công suất cao, tần số cao, thu nhỏ, hiệu suất chuyển đổi cao và phạm vi điện áp rộng.

Về công suất mô-đun đơn, ngành công nghiệp mô-đun sạc cọc năng lượng mới đã trải qua sự phát triển sản phẩm chủ đạo với công suất 7,5kW vào năm 2014, dòng điện không đổi 20A và 15kW vào năm 2015, và công suất không đổi 25A và 15kW vào năm 2016. Các mô-đun sạc ứng dụng chủ đạo hiện nay là 20kW và 30kW. Giải pháp mô-đun đơn và chuyển đổi sang nguồn điện cọc sạc năng lượng mới 40kW là giải pháp mô-đun đơn. Mô-đun sạc công suất cao đã trở thành xu hướng phát triển thị trường trong tương lai.

Về điện áp đầu ra, Tổng công ty Điện lực Quốc gia đã ban hành phiên bản năm 2017 của "Tiêu chuẩn Kiểm tra Năng lực và Trình độ cho Nhà cung cấp Thiết bị Sạc Xe Điện", nêu rõ phạm vi điện áp đầu ra của bộ sạc DC là 200-750V, và điện áp nguồn không đổi bao gồm ít nhất phạm vi 400-500V và 600-750V. Do đó, tất cả các nhà sản xuất mô-đun thường thiết kế mô-đun cho phạm vi 200-750V và đáp ứng các yêu cầu về công suất không đổi. Với việc tăng phạm vi hoạt động của xe điện và nhu cầu rút ngắn thời gian sạc của người dùng xe năng lượng mới, ngành công nghiệp đã đề xuất kiến ​​trúc sạc siêu nhanh 800V, và một số công ty đã hiện thực hóa việc cung cấp mô-đun sạc cọc sạc DC với phạm vi điện áp đầu ra rộng từ 200-1000V.

Về mặt tần số cao và thu nhỏ mô-đun sạc, công suất của mô-đun máy đơn của bộ nguồn sạc năng lượng mới đã tăng lên, nhưng thể tích của nó không thể mở rộng theo tỷ lệ thuận. Do đó, việc tăng tần số chuyển mạch và tích hợp các linh kiện từ tính đã trở thành phương tiện quan trọng để tăng mật độ công suất.

Về hiệu suất mô-đun sạc, các công ty lớn trong ngành mô-đun sạc cọc năng lượng mới thường có hiệu suất cực đại đạt 95%-96%. Trong tương lai, với sự phát triển của các linh kiện điện tử như thiết bị điện thế hệ thứ ba và sự phổ biến của xe điện với nền tảng điện áp cao 800V hoặc thậm chí cao hơn, ngành công nghiệp này dự kiến ​​sẽ cho ra mắt các sản phẩm có hiệu suất cực đại trên 98%.

Khi mật độ công suất của mô-đun sạc tăng lên, vấn đề tản nhiệt cũng tăng theo. Về tản nhiệt của mô-đun sạc, phương pháp tản nhiệt chủ đạo hiện nay trong ngành là làm mát cưỡng bức bằng không khí, ngoài ra còn có các phương pháp như ống dẫn khí lạnh kín và làm mát bằng nước. Làm mát bằng không khí có ưu điểm là chi phí thấp và cấu trúc đơn giản. Tuy nhiên, khi áp suất tản nhiệt tăng lên, nhược điểm của làm mát bằng không khí là khả năng tản nhiệt hạn chế và tiếng ồn cao sẽ ngày càng rõ ràng. Việc trang bị làm mát bằng chất lỏng cho mô-đun sạc và dây súng đã trở thành một giải pháp chủ chốt. Hướng kỹ thuật.

3. Tiến bộ công nghệ thúc đẩy cơ hội phát triển của ngành công nghiệp năng lượng mới

Trong những năm gần đây, công nghệ ngành năng lượng mới liên tục đạt được những tiến bộ và đột phá, và tốc độ thâm nhập ngày càng tăng đã thúc đẩy sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp mô-đun sạc thượng nguồn. Mật độ năng lượng pin tăng đáng kể đã giải quyết vấn đề phạm vi hoạt động không đủ của xe năng lượng mới, và việc ứng dụng các mô-đun sạc công suất cao đã rút ngắn đáng kể thời gian sạc, từ đó đẩy nhanh sự thâm nhập của xe năng lượng mới và xây dựng các cột sạc hỗ trợ. Trong tương lai, việc tích hợp và ứng dụng sâu rộng các công nghệ như tích hợp lưu trữ và sạc quang học, tích hợp mạng lưới xe V2G, dự kiến ​​sẽ thúc đẩy hơn nữa sự thâm nhập của các ngành công nghiệp năng lượng mới và phổ biến tiêu dùng.

4. Bối cảnh cạnh tranh trong ngành: Ngành mô-đun sạc có tính cạnh tranh cao và thị trường sản phẩm có dung lượng lớn.

Mô-đun sạc là thành phần cốt lõi của cọc sạc DC. Với sự gia tăng tỷ lệ thâm nhập của xe năng lượng mới trên toàn thế giới, người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến phạm vi sạc và sự tiện lợi khi sạc. Nhu cầu thị trường về cọc sạc nhanh DC đã bùng nổ, và thị trường vận hành cọc sạc trong nước đã phát triển mạnh mẽ. Ngay từ những ngày đầu, Lưới điện Quốc gia là động lực chính trong sự phát triển đa dạng. Một số nhà khai thác vốn xã hội có năng lực sản xuất và vận hành thiết bị cọc sạc đã nhanh chóng xuất hiện. Các nhà sản xuất mô-đun sạc trong nước tiếp tục mở rộng quy mô sản xuất và bán hàng để xây dựng cọc sạc hỗ trợ, và khả năng cạnh tranh toàn diện của họ tiếp tục được củng cố.

Hiện nay, sau nhiều năm liên tục cải tiến và phát triển sản phẩm mô-đun sạc, cạnh tranh trong ngành đã đủ mạnh. Các sản phẩm chủ đạo đang phát triển theo hướng điện áp cao và mật độ công suất cao, và không gian thị trường sản phẩm rất rộng lớn. Các doanh nghiệp trong ngành chủ yếu đạt được thị phần và lợi nhuận cao hơn bằng cách liên tục cải tiến cấu trúc sản phẩm, thuật toán điều khiển, tối ưu hóa phần cứng và hệ thống sản xuất, v.v.

5. Xu hướng phát triển của mô-đun sạc xe điện

Khi các mô-đun sạc mở ra nhu cầu thị trường lớn, công nghệ tiếp tục phát triển theo hướng mật độ công suất cao, dải điện áp rộng và hiệu suất chuyển đổi cao.

1) Chuyển đổi từ chính sách sang nhu cầu

Để hỗ trợ và thúc đẩy sự phát triển của xe năng lượng mới, việc xây dựng các trạm sạc chủ yếu do chính phủ chỉ đạo ngay từ giai đoạn đầu, và dần dần định hướng sự phát triển của ngành theo mô hình lái xe nội sinh thông qua hỗ trợ chính sách. Từ năm 2021, sự phát triển nhanh chóng của xe năng lượng mới đã đặt ra nhu cầu rất lớn đối với việc xây dựng các cơ sở hỗ trợ và trạm sạc. Ngành công nghiệp trạm sạc đang hoàn thiện quá trình chuyển đổi từ định hướng chính sách sang định hướng nhu cầu.

Đối mặt với sự gia tăng số lượng xe năng lượng mới, ngoài việc tăng mật độ bố trí trạm sạc, thời gian sạc cần được rút ngắn hơn nữa. Trạm sạc DC có tốc độ sạc nhanh hơn và thời gian sạc ngắn hơn, phù hợp hơn với nhu cầu sạc tạm thời và khẩn cấp của người dùng xe điện, đồng thời có thể giải quyết hiệu quả vấn đề lo lắng về phạm vi hoạt động và lo lắng về việc sạc của xe điện. Do đó, trong những năm gần đây, quy mô thị trường sạc nhanh DC tại các trạm sạc mới xây dựng, đặc biệt là các trạm sạc công cộng, đã tăng trưởng nhanh chóng và trở thành xu hướng chủ đạo tại nhiều thành phố trọng điểm của Trung Quốc.

Tóm lại, một mặt, khi số lượng xe năng lượng mới tiếp tục tăng, việc xây dựng các trạm sạc hỗ trợ cần được cải thiện liên tục. Mặt khác, người dùng xe điện thường hướng đến sạc nhanh DC. Trạm sạc DC đã trở thành xu hướng chủ đạo, và nhu cầu về mô-đun sạc cũng đã bắt đầu tăng lên. Đây là giai đoạn phát triển mà lực kéo là động lực chính.

(2) Mật độ công suất cao, dải điện áp rộng, hiệu suất chuyển đổi cao

Cái gọi là sạc nhanh có nghĩa là công suất sạc cao. Do đó, trước nhu cầu ngày càng tăng về sạc nhanh, các mô-đun sạc tiếp tục phát triển theo hướng công suất cao. Công suất cao của cọc sạc đạt được theo hai cách. Một là kết nối nhiều mô-đun sạc song song để đạt được sự chồng chập công suất; cách khác là tăng công suất đơn của mô-đun sạc. Dựa trên nhu cầu kỹ thuật về việc tăng mật độ công suất, giảm không gian và giảm độ phức tạp của kiến ​​trúc điện, việc tăng công suất của một mô-đun sạc đơn là xu hướng phát triển lâu dài. Các mô-đun sạc của nước tôi đã trải qua ba thế hệ phát triển, từ thế hệ đầu tiên 7,5kW lên thế hệ thứ hai 15/20kW và hiện đang trong giai đoạn chuyển đổi từ thế hệ thứ hai lên thế hệ thứ ba 30/40kW. Các mô-đun sạc công suất cao đã trở thành xu hướng chủ đạo của thị trường. Đồng thời, dựa trên nguyên lý thiết kế thu nhỏ, mật độ công suất của các mô-đun sạc cũng tăng đồng thời với việc tăng mức công suất.

Có hai cách để đạt được mức công suất cao hơn khi sạc nhanh DC: tăng điện áp và tăng dòng điện. Giải pháp sạc dòng điện cao lần đầu tiên được Tesla áp dụng. Ưu điểm là chi phí tối ưu hóa linh kiện thấp hơn, nhưng dòng điện cao sẽ dẫn đến thất thoát nhiệt nhiều hơn và yêu cầu tản nhiệt cao hơn, dây dày hơn sẽ làm giảm sự tiện lợi và phát huy ở mức độ thấp hơn. Giải pháp điện áp cao là tăng điện áp hoạt động tối đa của mô-đun sạc. Hiện tại, đây là mô hình được các nhà sản xuất ô tô sử dụng phổ biến. Nó có thể tính đến các ưu điểm như giảm mức tiêu thụ năng lượng, cải thiện tuổi thọ pin, giảm trọng lượng và tiết kiệm không gian. Giải pháp điện áp cao yêu cầu xe điện phải được trang bị nền tảng điện áp cao để hỗ trợ các ứng dụng sạc nhanh. Hiện tại, giải pháp sạc nhanh thường được các hãng ô tô sử dụng là nền tảng điện áp cao 400V. Với việc nghiên cứu và ứng dụng nền tảng điện áp 800V, mức điện áp của mô-đun sạc sẽ được cải thiện hơn nữa.

Việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi là một chỉ số kỹ thuật mà các mô-đun sạc luôn theo đuổi. Việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi đồng nghĩa với việc hiệu suất sạc cao hơn và tổn thất thấp hơn. Hiện tại, hiệu suất đỉnh tối đa của các mô-đun sạc thường đạt 95%~96%. Trong tương lai, với sự phát triển của các linh kiện điện tử như thiết bị nguồn thế hệ thứ ba và điện áp đầu ra của mô-đun sạc hướng tới 800V hoặc thậm chí 1000V, hiệu suất chuyển đổi sẽ được cải thiện hơn nữa.

(3) Giá trị của mô-đun sạc xe điện tăng lên

Mô-đun sạc là thành phần cốt lõi của cọc sạc DC, chiếm khoảng 50% chi phí phần cứng của cọc sạc. Việc cải thiện hiệu suất sạc trong tương lai chủ yếu phụ thuộc vào việc cải thiện hiệu suất của các mô-đun sạc. Một mặt, việc kết nối nhiều mô-đun sạc song song sẽ trực tiếp làm tăng giá trị của mô-đun sạc; mặt khác, việc cải thiện mức công suất và mật độ công suất của mô-đun sạc đơn lẻ phụ thuộc vào thiết kế tối ưu của mạch phần cứng và phần mềm điều khiển cũng như công nghệ của các thành phần chính. Đây là những công nghệ then chốt để cải thiện công suất của toàn bộ cọc sạc, từ đó làm tăng thêm giá trị của mô-đun sạc.

6. Rào cản kỹ thuật trong ngành công nghiệp mô-đun sạc điện EV

Công nghệ cung cấp điện là một môn học liên ngành tích hợp công nghệ cấu trúc mạch, công nghệ số, công nghệ từ tính, công nghệ linh kiện, công nghệ bán dẫn và công nghệ thiết kế nhiệt. Đây là một ngành công nghiệp đòi hỏi nhiều công nghệ. Là trái tim của cọc sạc DC, mô-đun sạc quyết định trực tiếp hiệu suất sạc, độ ổn định vận hành, độ an toàn và độ tin cậy của cọc sạc, đồng thời tầm quan trọng và giá trị của nó là vô cùng to lớn. Một sản phẩm đòi hỏi sự đầu tư lớn về nguồn lực và chuyên môn từ nghiên cứu và phát triển công nghệ đến ứng dụng đầu cuối. Cách lựa chọn linh kiện và bố trí điện tử, nâng cấp và lặp lại thuật toán phần mềm, nắm bắt chính xác các tình huống ứng dụng và khả năng của nền tảng kiểm soát chất lượng và thử nghiệm trưởng thành đều sẽ ảnh hưởng đến Chất lượng và độ ổn định của sản phẩm có tác động trực tiếp. Những người mới tham gia ngành khó có thể tích lũy nhiều công nghệ, nhân sự và dữ liệu tình huống ứng dụng khác nhau trong thời gian ngắn và họ có những rào cản kỹ thuật cao.