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构建新型能源体系,充电桩市场将迎来高增长

   能源是人类生存和发展的重要物质基础,能源转型则是当今国际社会关注的焦点问题,随着全球对环境保护意识的增强和能源危机的担忧,新能源市场的需求正在快速增长。

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当前全球汽车产业电动化正在深度推进,在新能源革命浪潮下,新能源汽车产业成为各国重点发力方向。随着新能源汽车技术的日趋成熟,充电基础设施快速发展。近年来,我国已建成世界上数量最多、服务范围最广、品种类型最全的充电基础设施体系。目前按照1公桩=3个私桩的测算,中国2023年增量市场的纯电动车的车桩比已经1:1,领先世界其它国家数倍水平。在需求和技术的驱动下,充电桩的平均功率也发生了持续性提升。

根据EEPW整理的数据,美国公共充电站中,数量最多的是2级充电桩,共有140,387根,这些充电桩需要连接240伏的电压,提供6至19千瓦的电力,根据不同汽车电池容量不同,充电时间为4至10个小时。相比之下,DC直流快速充电桩数量为43,166根,提供数百千瓦的电力,充电时间更短。

充电模块

充电模块,也叫功率模块,是充电桩的“心脏”,占充电桩硬件成本的约50%,而硬件成本又占了总成本的90%;

       充电模块在直流充电桩中起到将交流电转换为直流电的作用,关系充电桩整体性能与充电安全。其中芯片、功率器件、电容、磁元件、PCB等部分是充电桩的核心组成部件。

       首先,充电模块的转换效率是衡量其性能的重要指标之一。高效的充电模块可以在转换过程中减少能量损失,提高充电效率,从而缩短充电时间,提升用户体验。

       其次,充电模块的稳定性也是至关重要的。在充电过程中,充电模块需要承受各种复杂的工况和环境条件,如高温、低温、潮湿等。因此,充电模块必须具备优异的稳定性和可靠性,以确保充电桩能够长期稳定运行。

根据之前很多网站的充电枪拆解中,EEPW获取到了以下MCU芯片被众多新能源汽车充电枪采用,汇总成下表所示。

意法半导体STM

ST意法半导体STM8S是一颗8位MCU,频率为16 MHz,内置32Kb Flash以及128字节EEPROM、SPI接口、I2C接口、10位ADC,芯片还集成内部时钟振荡器、看门狗和掉电复位等多种功能,提供LQFP48以及LQFP32两种封装形式。

兆易创新GD32F

兆易创新这款MCU内置32位Cortex-M3内核,采用LQFP48封装,主频48MHz,运行频率最高可达108MHz,具备64K FLASH和8K SRAM,提供高达3个12-bit 1MSPS ADC和10个通用型16-bit定时器,1个PWM高级定时器,以及配备标准型和高级通信接口。

作为新能源汽车的重要配套设施,近年来充电桩也在国家政策以及新能源汽车快充需求推动下持续发展,大功率充电桩逐步开始铺开。

       EEPW认为,SiC相比传统硅基功率半导体,在大功率、高电压的应用场景中具有很大的优势,因此充电桩一直以来都是SiC行业的重要目标市场之一。

       充电桩所需的电容是指充电桩内部的电容器,用于储存电能。在电动汽车充电过程中,充电桩需要将交流电转换为直流电,然后通过电容器进行储能,最后再将直流电转换为交流电供给电动汽车使用。因此,电容是充电桩中不可或缺的重要组成部分。

充电桩所需的电容通常采用高压电容器或超级电容器。高压电容器具有较高的耐压能力和较大的储能量,适用于大功率充电桩;而超级电容器则具有更快的充放电速度和更长的使用寿命,适用于小型充电桩。在选择电容时,需要考虑充电桩的功率、电压、电流等参数以及工作环境等因素。一般来说,电容的额定电压应该高于充电桩的最大输出电压,以保证安全运行;电容的额定电流应该大于充电桩的最大输出电流,以保证充电效率和稳定性。

      充电桩中的磁性元件主要包括变压器和电感器,它们在充电桩的电能转换过程中起着关键的作用。变压器负责将电网的高电压转换为适合电动汽车接受的低电压,而电感器则是在电路中储存和释放能量,确保充电过程的稳定和安全。

磁性元件材料的种类和特性

硅钢片:硅钢片是充电桩磁性元件的主要材料之一,其具有高磁导率和低铁损的特性,能有效降低磁性元件的能耗。

       坡莫合金:坡莫合金具有高磁导率和低矫顽力,能在低磁场下实现良好的磁性能,适用于制作高灵敏度的磁性元件。

       非晶态合金:非晶态合金具有优异的磁性能和耐腐蚀性,能在高温下保持稳定的磁性能,适用于制作高温环境下的磁性元件。

纯电动汽车在很多国家之所以推广困难,很大原因是因为充电基础设施建设不足。而充电基础设施建设不能只依靠居民自己,公共充电桩必须有国家支持。目前全球范围内,中国和美国是全世界公共充电桩建设最多的国家。

目前美国可用的公共充桩口已超过18.3万个。这仅在过去3个月内就增加了1.3万个以上。特别是与3年前的2021年1月相比,这个数字几乎翻了一番。

        充电网不是一个简单的充电桩累加,而是满足未来电动汽车大规模发展所需要的不同充电场景、不同充电客户、不同充电时间、不同充电功率的一张基础设施网络。单纯充电桩的运营“电费+服务费”的模式没办法产生能源、数据和流量等生态价值;充电行业想要实现可持续发展,必然要按照充电网的技术路线走,通过对场地、车与电池、能源、客户、数据等要素进行精细化运营,不断拓展多样化的增值业务模式。

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