ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์เข้าสู่ตลาดกองชาร์จพันล้านดอลลาร์ได้อย่างไร

"ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความทันสมัยของรถยนต์ใหม่ทั้งสี่รุ่น เช่น การใช้พลังงานไฟฟ้า ระบบเครือข่าย ระบบอัจฉริยะ และการแบ่งปัน ได้กลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานยนต์ หลังจากกว่าสิบปีของการวางแผนและการเพาะปลูก อุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ของจีนมีความได้เปรียบในระดับหนึ่ง และได้คว้าโอกาสใน “การปรับปรุงใหม่ทั้งสี่” ของรถยนต์

"

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความทันสมัยของรถยนต์ใหม่ทั้งสี่รุ่น เช่น การใช้พลังงานไฟฟ้า ระบบเครือข่าย ระบบอัจฉริยะ และการแบ่งปัน ได้กลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานยนต์ หลังจากกว่าสิบปีของการวางแผนและการเพาะปลูก อุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ของจีนมีความได้เปรียบในระดับหนึ่ง และได้คว้าโอกาสใน “การปรับปรุงใหม่ทั้งสี่” ของรถยนต์

ข้อมูลจากเว็บไซต์กระทรวงอุตสาหกรรมและสารสนเทศ เทคโนโลยี: ตั้งแต่เดือนมกราคมถึงธันวาคม 2020 การผลิตและการขายรถยนต์โดยสารในประเทศอยู่ที่ 19,994 ล้าน และ 20.178 ล้าน ลดลง 6.5% และ 6% เมื่อเทียบเป็นรายปี ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม รถยนต์พลังงานใหม่ได้ออกมาจากตลาดที่แตกต่างออกไป ตั้งแต่เดือนมกราคมถึงธันวาคม การผลิตและการขายรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศอยู่ที่ 1.366 ล้านและ 1.367 ล้าน เพิ่มขึ้น 7.5% และ 10.9% เมื่อเทียบเป็นรายปี

ตามนโยบายอุตสาหกรรมแห่งชาติและแผนพัฒนา ในอนาคต ส่วนแบ่งการตลาดของรถยนต์พลังงานใหม่จะขยายเพิ่มเติม “แผนพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ (พ.ศ. 2021-2035)” ที่ออกโดยกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ แสดงให้เห็นว่าภายในปี 2025 ยอดขายรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศจะอยู่ที่ประมาณ 20% ของยอดขายรถยนต์ใหม่ทั้งหมด ภายในปี 2035 รถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์จะกลายเป็นกระแสหลักของรถยนต์ขายใหม่

ภาพที่ 1: ยอดขายรถยนต์พลังงานใหม่ประจำเดือน 2017-2020 และการเปลี่ยนแปลงปีต่อปี (ที่มา: เว็บไซต์กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ)

กองชาร์จ: ข้อบกพร่องในการพัฒนายานพาหนะพลังงานใหม่

“โครงสร้างพื้นฐานใหม่” คือการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่มุ่งเน้นไปที่ปลายด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยเน้นที่ 7 ส่วนหลักของโครงสร้างพื้นฐาน 5G, UHV, รถไฟความเร็วสูงระหว่างเมืองและการขนส่งทางรถไฟในเมือง, กองชาร์จยานพาหนะพลังงานใหม่, ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่, ปัญญาประดิษฐ์และอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมแฉ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยานยนต์พลังงานใหม่ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในฐานะอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงกลยุทธ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นโครงสร้างพื้นฐานของรถยนต์พลังงานใหม่ ความเร็วในการก่อสร้างของกองชาร์จไม่ได้ตามไปด้วย เหตุผลที่สามารถเลือกแท่นชาร์จให้เป็นชุด "โครงสร้างพื้นฐานใหม่" ระดับประเทศได้ เนื่องจากกลายเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญที่จำกัดการพัฒนายานยนต์พลังงานใหม่ของจีน ณ สิ้นเดือนมกราคม 2020 จีนได้สร้างแท่นชาร์จสาธารณะ 531,000 กอง และแท่นชาร์จส่วนตัว 712,000 กอง ในความเป็นจริง ในระยะแรกของการพัฒนาแท่นชาร์จ เสาชาร์จสาธารณะส่วนใหญ่ใช้สำหรับรถบริการ เช่น แท็กซี่ รถเรียกรถออนไลน์ และรถขนส่ง ด้วยการซื้อรถยนต์พลังงานใหม่ส่วนบุคคลที่เพิ่มขึ้น การก่อสร้างกองชาร์จส่วนตัวไม่ได้สอดคล้องกับความต้องการของตลาดที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

สิบปีข้างหน้า: ระดับตลาดล้านล้านดอลลาร์

ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดยกลุ่มพันธมิตรส่งเสริมโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าของจีน ณ สิ้นเดือนธันวาคม 2019 จำนวนโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จสะสมทั่วประเทศอยู่ที่ 1.219 ล้านหน่วย โดย 516,000 เป็นกองชาร์จสาธารณะและ 703,000 เป็นกองชาร์จส่วนตัว ตั้งแต่มกราคมถึงกุมภาพันธ์ 2020 โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จแห่งชาติจะเพิ่มขึ้น 26,000 หน่วย โดยที่กองชาร์จสาธารณะจะเพิ่มขึ้น 15,000 หน่วย และกองชาร์จส่วนตัวจะเพิ่มขึ้น 11,000 หน่วย คาดว่าภายในปี 2025 ขนาดการลงทุนจะสูงถึง 90 พันล้านหยวน

การก่อสร้างแท่นชาร์จจะช่วยส่งเสริมการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง รวมถึงการจัดการการดำเนินการชาร์จ จำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ ฯลฯ คาดว่าในปี 2025 การลงทุนที่เกี่ยวข้องจะมีมูลค่ามากกว่า 270 พันล้านหยวน

รูปที่ 2: 2015-2020 New Energy Vehicle Charging Pile Holdings (ที่มา: China Electric Vehicle Charging Infrastructure Promotion Alliance)

ตามร่าง "แผนพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ (พ.ศ. 2021-2035)" ที่ออกโดยกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ จำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศของฉันคาดว่าจะถึง 64.2 ล้านภายในปี 2030 ตามเป้าหมายการก่อสร้าง อัตราส่วน 1:1 ระหว่างยานพาหนะและเสาเข็ม ในอีก 63 ปีข้างหน้า จะมีช่องว่าง XNUMX ล้านหยวนในการก่อสร้างเสาเข็มชาร์จในประเทศของฉัน และคาดว่าล้านล้านหยวนในตลาดการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานสำหรับชาร์จกอง จะก่อตัวขึ้น

กองชาร์จ DC: ข้อดีทางเทคนิคที่ชัดเจนและโอกาสทางการตลาดที่สดใส

จากมุมมองของห่วงโซ่อุตสาหกรรม อุตสาหกรรมกองชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่ของจีนมีสามลิงค์ ในหมู่พวกเขาผู้ผลิตอุปกรณ์ที่จำเป็นในการสร้างกองชาร์จตั้งอยู่ที่ต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมและผู้เข้าร่วมที่อยู่ตรงกลางของห่วงโซ่อุตสาหกรรมคือผู้ดำเนินการกองชาร์จ ผู้เข้าร่วมที่ปลายน้ำของห่วงโซ่คือผู้ใช้ปลายทางของกองชาร์จ ซึ่งรวมถึงบริษัทรถยนต์พลังงานใหม่และผู้บริโภคแต่ละราย

จากมุมมองของประเภทของอุปกรณ์ชาร์จ โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จในปัจจุบันประกอบด้วยเสาชาร์จไฟฟ้ากระแสสลับ เสาชาร์จไฟฟ้ากระแสตรง เสารวมไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง และเสาชาร์จไร้สาย ในหมู่พวกเขา กองชาร์จ AC และกองชาร์จ DC เป็นสองประเภทที่สำคัญที่สุดในตลาดในขั้นตอนนี้ ขนาดการใช้งานของเสาเข็มรวม AC และ DC มีขนาดเล็ก แม้ว่าการชาร์จแบบไร้สายจะมีความต้องการสูง แต่ก็ยังไม่ถึงระดับอุตสาหกรรม

รูปที่ 3: การจำแนกประเภทของโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ (ที่มา: รายงานการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จของจีน 2020-2025 ที่คาดหวัง)

เวลาในการชาร์จของกองชาร์จ DC นั้นสั้น และกำลังเฉลี่ยอยู่ที่ 100-120kW ตามสถิติของตลาด ราคาเฉลี่ยของอุปกรณ์ชาร์จ DC เชิงพาณิชย์กองเดียวทั่วโลกอยู่ระหว่าง 100,000 ถึง 150,000 หยวน อย่างไรก็ตาม ราคากองเดียวของกองชาร์จไฟฟ้ากระแสตรงกำลังสูงนั้นสูงกว่ามาก โดยมีราคาเฉลี่ยอยู่ที่ 600-700,000 หยวน ราคาเฉลี่ยของเสาเข็มชาร์จไฟฟ้ากระแสสลับหรือที่เรียกว่า "เสาเข็มชาร์จช้า" อยู่ที่ประมาณ 5,000-20,000 หยวน

ต้นทุนของแท่นชาร์จประกอบด้วยต้นทุนวัตถุดิบ ต้นทุนการผลิต และค่าแรง ในหมู่พวกเขาต้นทุนของวัตถุดิบคือต้นทุนนำเข้าของอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์เสาเข็มชาร์จซึ่งคิดเป็นประมาณ 90% ของต้นทุนรวมของเสาเข็มชาร์จ อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับกองชาร์จส่วนใหญ่ประกอบด้วยโมดูลการชาร์จ อุปกรณ์กรองแบบแอคทีฟ อุปกรณ์ตรวจสอบและเรียกเก็บเงิน และอุปกรณ์บำรุงรักษาแบตเตอรี่ นอกจากนี้กองชาร์จ DC ที่มีกำลังสูงและสูง แรงดันไฟฟ้า จำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์จ่ายไฟเพิ่มเติม เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ เป็นต้น

ยกตัวอย่างกองชาร์จ DC การชาร์จ โมดูล เป็นอุปกรณ์หลักของบริษัท ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC ที่สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ ต้นทุนส่วนนี้คิดเป็นประมาณ 50% ของต้นทุนวัตถุดิบ และอุปกรณ์กรองที่ใช้งานอยู่มีสัดส่วนประมาณ 15% อุปกรณ์ต้นทุนและอุปกรณ์บำรุงรักษาแบตเตอรี่คิดคนละ 10%

หากคุณแบ่งย่อยฮาร์ดแวร์ของกองชาร์จเพิ่มเติม คุณจะเห็นว่าส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโมดูลการชาร์จจริงๆ คือ IGBTซึ่งมีบทบาทในการแปลงและการส่งกำลังในระหว่างกระบวนการชาร์จ และรับผิดชอบต้นทุนของโมดูลการชาร์จ บรรลุมากกว่า 20%

สารกึ่งตัวนำ ผู้ผลิตเข้าสู่ตลาดและให้บริการโซลูชั่นโดยรวม

ในงานเทคโนโลยี “โครงสร้างพื้นฐานใหม่” นี้ จะไม่มีใครให้การสนับสนุนได้อย่างไร สารกึ่งตัวนำ ผู้ผลิต? แน่นอนว่าพวกเขาจะไม่มีวันขาดหายไป

・ โซลูชันสถานีชาร์จเร็ว ST DC

STMicroelectronics เชื่อว่าแม้ว่าสถาปัตยกรรมที่ใช้พลังงานหมุนเวียนและเทคโนโลยีการจัดเก็บแบตเตอรี่ (การถอดสถานีชาร์จออกจากกริด) กำลังจะเกิดขึ้น แต่โซลูชันกระแสหลักยังคงผ่านกริดและตัวแปลง (ช่วงพลังงานคือ 120kW หรือสูงกว่าโดยมี A สามเฟส การแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเข้า (PFC) และ DC-DC . แบบแยก Converter แหล่งจ่ายไฟ

ST มีความแข็งแกร่งทางเทคนิคที่แข็งแกร่งในซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และพลังงานซิลิกอน มอสเฟต, ไดโอดและอุปกรณ์ป้องกัน (TV), ตัวขับเกทหุ้มฉนวน และไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32 ประสิทธิภาพสูง โซลูชันกองชาร์จประกอบด้วยอุปกรณ์เหล่านี้ สามารถช่วยผู้ผลิตเสาชาร์จในการพัฒนาสถานีชาร์จ DC อย่างรวดเร็วประสิทธิภาพสูงและความหนาแน่นพลังงานสูง

รูปที่ 4: แผนภาพบล็อกโซลูชันสถานีชาร์จ ST DC ที่รวดเร็ว (ที่มา: ST)

・ โซลูชันสถานีชาร์จ TI DC

การออกแบบสถานีชาร์จ DC ต้องใช้ความรู้ระดับมืออาชีพเพื่อให้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: การตรวจจับและควบคุมพลังงานที่ส่งออกโดยตรงไปยังแบตเตอรี่รถยนต์ ความหนาแน่นของพลังงานสูงเพื่อรองรับมาตรฐานการชาร์จพลังงานที่เร็วขึ้นและสูงขึ้น การแปลง PFC และ DC/DC อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อลดการสูญเสีย HMI ที่อำนวยความสะดวกในการโต้ตอบกับผู้ใช้กับระบบ

การออกแบบอ้างอิงของสถานีชาร์จไฟฟ้ากระแสตรง (เสาเข็ม) ที่จัดหาโดย TI (Texas Instruments) นั้นเกี่ยวข้องกับข้อกำหนดทางเทคนิคข้างต้นเป็นหลัก เพื่อช่วยให้ผู้ผลิตเสาเข็มชาร์จสร้างสถานีชาร์จ DC (กอง) สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า (EV) ที่ชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ไม่ว่าจะเป็นสเตจ PFC การออกแบบสเตจกำลังไฟฟ้า DC/DC หรือระบบควบคุมส่วนกลาง ระบบย่อยแต่ละระบบเป็นส่วนประกอบที่ถูกต้องในการออกแบบสถานีชาร์จ DC ที่มีประสิทธิภาพ ผู้ใช้สามารถใช้การออกแบบอ้างอิงโดยรวมได้โดยตรง หรือตามความต้องการของตนเอง เลือกหนึ่งในระบบย่อย

รูปที่ 5: บล็อกไดอะแกรมของระบบย่อยหลักของโซลูชันสถานีชาร์จ DC ของ TI (ที่มา: เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ TI)

・ โซลูชันการชาร์จ Infineon DC

Infineon Technologies (Infineon Technologies) สรุปข้อกำหนดการออกแบบของกองชาร์จ DC ของรถยนต์ EV ออกเป็นสี่จุด: หนึ่งคือการเพิ่มกำลังขับเพื่อลดเวลาในการชาร์จ ประการที่สองคือการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานภายในชุดของขนาดสถานีชาร์จ ที่สามคือการเพิ่มภาระ ปรับปรุงประสิทธิภาพ สี่ ลดการใช้พลังงานเพื่อให้บรรลุการประหยัดต้นทุน

โซลูชันเสาเข็มชาร์จ DC ของ Infineon ครอบคลุมช่วงพลังงานตั้งแต่กิโลวัตต์จนถึงเมกะวัตต์ เป็นชุดกลุ่มผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งรวมถึงเซมิคอนดักเตอร์กำลังคุณภาพสูง ไมโครคอนโทรลเลอร์ ไอซีไดรเวอร์เกท และโซลูชันการตรวจสอบความปลอดภัยเพื่อตอบสนองความต้องการชาร์จแบตเตอรี่ EV อย่างรวดเร็ว

รูปที่ 6: โซลูชันการชาร์จ Infineon DC (ที่มา: Mouser Electronics)

สรุปข้อสังเกต

ปัจจุบันกองชาร์จ DC ขนาด 120kW สามารถชาร์จแบตเตอรี่ EV ได้เกือบ 80% ใน 30 นาที ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็ว เวลาในการชาร์จจึงสั้นลงอีก เมื่อเทียบกับรถยนต์พลังงานใหม่ แม้ว่าเกณฑ์เทคโนโลยีฮาร์ดแวร์ของกองชาร์จจะต่ำกว่ามาก

อย่างไรก็ตาม การออกแบบแหล่งจ่ายไฟชาร์จ EV DC ที่ประสบความสำเร็จยังคงเป็นเรื่องยาก จากมุมมองของโซลูชันกองชาร์จที่จัดทำโดยผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ พวกเขาได้ให้การออกแบบอ้างอิงที่สมบูรณ์โดยพื้นฐานแล้ว ผู้ใช้ยังสามารถเลือกหนึ่งในระบบย่อยสำหรับการออกแบบของตนเองได้ แนวคิดการออกแบบที่ยืดหยุ่นนี้เอื้อต่อการชาร์จอย่างมาก สถานประกอบการด้านการผลิตเสาเข็มส่งเสริมผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดอย่างรวดเร็ว

อย่างที่เราทราบกันดีว่า กองชาร์จได้ถูกเขียนลงในรายงานการทำงานของรัฐบาลและโครงร่าง "แผนห้าปีที่ 14" แล้ว ด้วยการเสริมสร้างความเข้มแข็งอย่างต่อเนื่องของการใช้งาน "โครงสร้างพื้นฐานใหม่" ของประเทศและการพัฒนายานพาหนะพลังงานใหม่อย่างรวดเร็ว อุตสาหกรรมแท่นชาร์จจะเข้าสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็ว เวที. เพื่อตอบสนองความต้องการใหม่อย่างมีประสิทธิภาพในสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย เทคโนโลยีแท่นชาร์จจะยังคงได้รับการปรับปรุงและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และจะปรับปรุงอย่างมากในแง่ของความปลอดภัย คาร์บอนต่ำ ประหยัด และสะดวก