Làm thế nào để các nhà sản xuất chất bán dẫn tham gia vào thị trường cọc sạc nghìn tỷ đô la?

"Trong những năm gần đây, bốn xu hướng hiện đại hóa ô tô mới như điện khí hóa, mạng, trí tuệ và chia sẻ đã trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô. Sau hơn mười năm quy hoạch và phát triển, ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới của Trung Quốc đã có một lợi thế nhất định về quy mô, và nó đã nắm bắt cơ hội trong “bốn lần hiện đại hóa” ô tô mới.

"

Trong những năm gần đây, bốn xu hướng hiện đại hóa ô tô mới như điện khí hóa, mạng, trí tuệ và chia sẻ đã trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô. Sau hơn mười năm quy hoạch và phát triển, ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới của Trung Quốc đã có một lợi thế nhất định về quy mô, và nó đã nắm bắt cơ hội trong “bốn lần hiện đại hóa” ô tô mới.

Số liệu từ website Bộ Công nghiệp và Thông tin Công nghệ: Từ tháng 2020 đến tháng 19,994 năm 20.178, sản lượng và doanh số bán xe chở khách nội địa lần lượt là 6.5 triệu và 6 triệu, giảm lần lượt 1.366% và 1.367% so với cùng kỳ năm trước. Tuy nhiên, các phương tiện sử dụng năng lượng mới đã đến từ một thị trường khác. Từ tháng 7.5 đến tháng 10.9, sản lượng và bán xe sử dụng năng lượng mới trong nước lần lượt là XNUMX triệu và XNUMX triệu, tăng lần lượt XNUMX% và XNUMX% so với cùng kỳ năm ngoái.

Theo chính sách và kế hoạch phát triển công nghiệp quốc gia, trong tương lai, thị phần của các phương tiện năng lượng mới sẽ còn mở rộng hơn nữa. “Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp xe năng lượng mới (2021-2035)” do Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin ban hành cho thấy rằng đến năm 2025, doanh số bán xe năng lượng mới trong nước sẽ đạt khoảng 20% ​​tổng doanh số bán xe mới. Đến năm 2035, xe điện thuần túy sẽ trở thành xu hướng chủ đạo của các phương tiện bán hàng mới.

Hình 1: Doanh số bán xe năng lượng mới hàng tháng 2017-2020 và thay đổi hàng năm (Nguồn: Trang web Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin)

Cọc sạc: những thiếu sót trong việc phát triển các phương tiện năng lượng mới

“Cơ sở hạ tầng mới” là việc xây dựng cơ sở hạ tầng tập trung vào lĩnh vực khoa học và công nghệ, chủ yếu tập trung vào 7 lĩnh vực chính là cơ sở hạ tầng 5G, UHV, đường sắt cao tốc liên tỉnh và vận chuyển đường sắt đô thị, cọc sạc phương tiện năng lượng mới, trung tâm dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và Internet công nghiệp Unfold.

Trong những năm gần đây, các phương tiện năng lượng mới đã đạt được sự phát triển nhanh chóng như một ngành chiến lược mới nổi. Tuy nhiên, do hạ tầng phương tiện năng lượng mới nên tốc độ thi công cọc sạc vẫn chưa theo kịp. Lý do tại sao cọc sạc có thể được chọn vào loạt “cơ sở hạ tầng mới” quốc gia chủ yếu là vì nó đã trở thành một thiếu sót quan trọng hạn chế sự phát triển của các phương tiện năng lượng mới của Trung Quốc. Tính đến cuối tháng 2020 năm 531,000, Trung Quốc đã xây dựng được 712,000 cọc sạc công cộng và XNUMX cọc sạc tư nhân. Trên thực tế, trong giai đoạn đầu phát triển cọc thu phí, cọc thu phí công cộng chủ yếu dành cho các phương tiện dịch vụ như taxi, gọi xe trực tuyến và xe hậu cần. Với sự gia tăng của các cá nhân mua các phương tiện năng lượng mới, việc xây dựng các cọc sạc tư nhân rõ ràng đã không theo kịp với nhu cầu thị trường ngày càng tăng.

Mười năm tới: Quy mô thị trường nghìn tỷ đô la

Theo số liệu do Liên minh xúc tiến cơ sở hạ tầng sạc xe điện Trung Quốc công bố, tính đến cuối tháng 2019 năm 1.219, số lượng cơ sở hạ tầng sạc tích lũy trên toàn quốc là 516,000 triệu đơn vị, trong đó 703,000 là cọc sạc công cộng và 2020 là cọc sạc tư nhân. Từ tháng 26,000 đến tháng 15,000 năm 11,000, hạ tầng sạc quốc gia sẽ tăng thêm 2025 chiếc, trong đó cọc sạc công cộng tăng 90 chiếc và cọc sạc tư nhân tăng XNUMX chiếc. Ước tính đến năm XNUMX, quy mô đầu tư đạt XNUMX tỷ nhân dân tệ.

Việc xây dựng các cọc sạc sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp linh kiện và phụ tùng liên quan, bao gồm quản lý vận hành sạc, số lượng phương tiện năng lượng mới, ... Dự kiến ​​đến năm 2025, khoản đầu tư liên quan sẽ là hơn 270 tỷ nhân dân tệ.

Hình 2: Công ty Cổ phần Cọc sạc Xe Năng lượng Mới 2015-2020 (Nguồn: Liên minh xúc tiến cơ sở hạ tầng sạc xe điện Trung Quốc)

Theo dự thảo “Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp xe năng lượng mới (2021-2035)” do Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin ban hành, số lượng phương tiện sử dụng năng lượng mới ở nước tôi dự kiến ​​sẽ đạt 64.2 triệu xe vào năm 2030. Theo mục tiêu xây dựng tỷ lệ 1: 1 giữa phương tiện và cọc, trong mười năm tới, sẽ có khoảng cách 63 triệu nhân dân tệ trong việc xây dựng các cọc sạc ở nước tôi và dự kiến ​​sẽ có một nghìn tỷ nhân dân tệ trong thị trường xây dựng cơ sở hạ tầng cho việc đóng cọc sạc sẽ được hình thành.

Cọc sạc DC: lợi thế kỹ thuật rõ ràng và triển vọng thị trường sáng sủa

Từ quan điểm của chuỗi công nghiệp, ngành công nghiệp cọc sạc xe năng lượng mới của Trung Quốc có ba mắt xích. Trong số đó, nhà sản xuất thiết bị cần thiết để xây dựng cọc nạp nằm ở thượng nguồn của dây chuyền công nghiệp, và những người tham gia ở giữa dây chuyền công nghiệp là người vận hành cọc nạp. Những người tham gia ở hạ nguồn của chuỗi là người dùng cuối của cọc sạc, bao gồm các công ty xe năng lượng mới và người tiêu dùng cá nhân.

Dưới góc độ các loại thiết bị sạc, hạ tầng sạc hiện nay bao gồm cọc sạc AC, cọc sạc DC, cọc tích hợp AC và DC, và cọc sạc không dây. Trong đó, cọc sạc AC và cọc sạc DC là hai loại được quan tâm nhất trên thị trường giai đoạn này. Quy mô ứng dụng của cọc tích hợp AC và DC còn nhỏ. Mặc dù sạc không dây có nhu cầu cao nhưng nó vẫn chưa hình thành quy mô công nghiệp.

Hình 3: Phân loại cơ sở hạ tầng tính phí (Nguồn: Báo cáo dự kiến ​​phát triển cơ sở hạ tầng thu phí của Trung Quốc 2020-2025)

Thời gian sạc của cọc sạc DC ngắn, công suất trung bình 100-120kW. Theo thống kê thị trường, giá trung bình của một đống thiết bị sạc DC thương mại toàn cầu là từ 100,000 đến 150,000 nhân dân tệ. Tuy nhiên, giá cọc đơn của cọc sạc DC công suất lớn cao hơn rất nhiều, giá trung bình từ 600-700,000 NDT. Giá trung bình của cọc sạc AC hay còn gọi là “cọc sạc chậm” vào khoảng 5,000-20,000 nhân dân tệ.

Giá thành của cọc nạp bao gồm chi phí nguyên vật liệu, chi phí chế tạo và chi phí nhân công. Trong đó, chi phí nguyên vật liệu là chi phí đầu vào của thiết bị phần cứng cọc nạp, chiếm khoảng 90% tổng chi phí cọc nạp. Các thiết bị cần thiết để sạc cọc chủ yếu bao gồm mô-đun sạc, thiết bị lọc tích cực, thiết bị giám sát và thanh toán, thiết bị bảo dưỡng ắc quy. Ngoài ra, cọc sạc DC công suất lớn và cao Vôn cần lắp thêm thiết bị phân phối điện, chẳng hạn như máy biến áp lớn, thiết bị bảo vệ điện áp cao và hạ áp, v.v.

Lấy cọc sạc DC làm ví dụ. Việc sạc mô-đun là thiết bị cốt lõi của nó. Nó chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC có thể sạc pin. Phần chi phí này chiếm khoảng 50% chi phí nguyên liệu thô và thiết bị lọc hoạt động chiếm khoảng 15%. Chi phí thiết bị và thiết bị bảo trì ắc quy mỗi loại chiếm 10%.

Nếu chia nhỏ thêm phần cứng của cọc sạc, bạn cũng có thể thấy rằng thành phần điện tử cốt lõi thực sự ảnh hưởng đến hiệu suất của mô-đun sạc là IGBT, đóng vai trò chuyển đổi và truyền tải điện trong quá trình sạc và chiếm chi phí của mô-đun sạc. Đạt trên 20%.

Semiconductor các nhà sản xuất tham gia thị trường và cung cấp các giải pháp tổng thể

Trong bữa tiệc công nghệ “cơ sở hạ tầng mới” này, làm sao có thể không có sự hỗ trợ từ bán dẫn Nhà sản xuất của? Tất nhiên, họ sẽ không bao giờ vắng mặt.

・ Giải pháp trạm sạc nhanh ST DC

STMicroelectronics tin rằng mặc dù kiến ​​trúc dựa trên năng lượng tái tạo và công nghệ lưu trữ pin (loại bỏ các trạm sạc khỏi lưới điện) đang nổi lên, giải pháp chủ đạo vẫn là thông qua lưới điện và bộ chuyển đổi (dải công suất từ ​​120kW trở lên, với A Ba giai đoạn hiệu chỉnh hệ số công suất đầu vào (PFC) và một DC-DC cách ly chuyển đổi cung cấp điện.

ST có sức mạnh kỹ thuật mạnh mẽ trong cacbua silic (SiC) và năng lượng silic mosfet, điốt và thiết bị bảo vệ (TV), trình điều khiển cổng cách điện và vi điều khiển STM32 hiệu suất cao. Giải pháp cọc sạc bao gồm các thiết bị này, Nó có thể giúp các nhà sản xuất cọc sạc phát triển các trạm sạc nhanh DC hiệu suất cao và mật độ điện năng cao.

Hình 4: Sơ đồ khối giải pháp trạm sạc nhanh ST DC (nguồn: ST)

・ Giải pháp trạm sạc TI DC

Thiết kế trạm sạc DC đòi hỏi kiến ​​thức chuyên môn để đạt được các tính năng sau: phát hiện và kiểm soát chính xác nguồn điện đầu ra trực tiếp vào ắc quy ô tô; mật độ năng lượng cao để hỗ trợ các tiêu chuẩn sạc điện nhanh hơn và cao hơn; chuyển đổi PFC và DC / DC hiệu quả để giảm Suy hao; HMI tạo điều kiện cho người dùng tương tác với hệ thống.

Thiết kế tham khảo của trạm sạc (cọc) DC do TI (Texas Instruments) cung cấp chủ yếu xoay quanh các yêu cầu kỹ thuật nêu trên để giúp các nhà sản xuất cọc sạc nhanh chóng xây dựng các trạm sạc (cọc) DC thông minh và hiệu quả hơn cho xe điện (EV).

Cho dù đó là giai đoạn PFC, thiết kế giai đoạn nguồn DC / DC hay hệ thống điều khiển trung tâm, mỗi hệ thống con là thành phần chính xác cần thiết để thiết kế một trạm sạc DC hiệu quả. Người dùng có thể sử dụng trực tiếp thiết kế tham chiếu tổng thể, hoặc theo nhu cầu riêng của họ Chọn một trong các hệ thống con.

Hình 5: Sơ đồ khối của các hệ thống con chính của giải pháp trạm sạc DC của TI (Nguồn: Trang web chính thức của TI)

・ Giải pháp sạc DC Infineon

Công ty Cổ phần Công nghệ Thông tin (Infineon Technologies) đã tổng kết yêu cầu thiết kế của cọc sạc DC trên xe EV thành XNUMX điểm: một là tăng công suất đầu ra để rút ngắn thời gian sạc; thứ hai là tăng mật độ điện trong một tập hợp quy mô trạm sạc; thứ ba là tăng tải. Nâng cao hiệu quả; thứ tư, giảm tiêu thụ điện năng để đạt được tiết kiệm chi phí.

Giải pháp cọc sạc DC của Infineon bao gồm dải công suất từ ​​kilowatt đến megawatt. Đó là một loạt các danh mục sản phẩm bán dẫn hiệu quả cao, bao gồm chất bán dẫn công suất chất lượng cao, bộ vi điều khiển, IC trình điều khiển cổng và các giải pháp xác thực bảo mật để đáp ứng nhu cầu sạc nhanh của pin EV.

Hình 6: Giải pháp sạc DC Infineon (Nguồn: Mouser Electronics)

Kết luận

Ngày nay, một cọc sạc DC 120kW có thể sạc pin EV lên gần 80% trong 30 phút. Với sự cải tiến của công nghệ sạc nhanh, thời gian sạc dự kiến ​​sẽ còn được rút ngắn hơn nữa. So với xe năng lượng mới, mặc dù ngưỡng công nghệ phần cứng của cọc sạc thấp hơn nhiều.

Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thách thức để thiết kế nguồn điện sạc EV DC thành công. Dưới góc độ của các giải pháp cọc sạc do các nhà sản xuất chất bán dẫn cung cấp, về cơ bản họ đã đưa ra một thiết kế tham khảo hoàn chỉnh. Người dùng cũng có thể chọn một trong các hệ thống con cho thiết kế của riêng họ. Ý tưởng thiết kế linh hoạt này rất có lợi cho việc sạc pin. Các doanh nghiệp sản xuất cọc tiêu nhanh chóng quảng bá sản phẩm của mình ra thị trường.

Như chúng ta đã biết, cọc tiêu đã được ghi vào báo cáo công tác của chính phủ và đề cương “Kế hoạch 14 năm lần thứ XNUMX”. Với việc đất nước liên tục tăng cường triển khai các nhiệm vụ “cơ sở hạ tầng mới” và sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện năng lượng mới, ngành công nghiệp cọc sạc sẽ bước vào một sự phát triển nhanh chóng. sân khấu. Để giải quyết hiệu quả các nhu cầu mới trong các tình huống ứng dụng khác nhau, công nghệ cọc nạp sẽ tiếp tục được tối ưu hóa và nâng cấp, đồng thời sẽ cải thiện đáng kể về độ an toàn, carbon thấp, tính kinh tế và tiện lợi.