充电桩超万亿市场起飞没有悬念,还将救命手机!

92汽油破十,开车出行会减少2成,毕竟现在汽油车保有量仍有9成半。

92汽油破十,开车出行会减少2成,毕竟现在汽油车保有量仍有9成半。但是随着2022年4月比亚迪停产汽油车,广汽EV新车进入比超过2成,整车厂和加油站将拼命争夺EV充电桩市场,投资人也将追逐充电桩行业参与者,半导体原厂和方案商也将站在风口浪尖。

深圳市的士“全电车化”是最早最彻底的城市。清一色的BYD的士让城市整洁,充满现代化感。的士司机算账最精明,一辆续航里程400多公里的BYD充满电,大约要耗费65度电,每度电1.6元计费,花费百元。以前开油车,0.9元/公里左右,400公里要花费360元,是新能源汽车的三倍多。当下油价飙升、充电桩体系完善、电车品质提升和EV用户体验改善,这些都是EV大发展的条件。

充电桩超万亿市场起飞没有悬念,还将救命手机!

图:EV减少燃料成本2/3,减少排放1/2, 减少对石油的依赖

政府还有一本环保帐,国家新能源汽车技术创新中心主任、总经理,中国汽车芯片产业创新战略联盟秘书长原诚寅给出数据,传统燃油车和纯电动汽车,油和电耗的比例大约是1:2,即百公里耗油6.5升的A级车,对应大约13度电的电耗,但它们对应的二氧化碳排放量是减半的。传统燃油车百公里的二氧化碳排放量大概是16公斤,而纯电动汽车还不到8公斤。

中国汽车工业协会数据显示,2021年,新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆,同比均增长1.6倍,市场占有率达到13.4%,连续7年全球增长和出货量第一。其中,中国品牌新能源乘用车销售247.6万辆,同比增长1.7倍,占新能源乘用车销售总量的74.3%。值得关注的是,新能源汽车出口表现突出,新能源汽车出口31万辆,同比增长3倍。

相比走下坡路的手机,充电桩的发展对手机需求有哪些促进,二年后做比对就有分晓。我们记下2022年5月中国信通院数据,5月国内市场手机出货量2080.5万部,同比下降9.4%。其中,5G手机1773.9万部,同比增长6.0%,占同期手机出货量的85.3%。1-5月,国内市场手机总体出货量累计1.08亿部,同比下降27.1%其中,5G手机出货量8620.7万部,同比下降20.2%,占同期手机出货量的79.7%。

作为连接新能源汽车、电池、能源与人的基础信息技术设施,充电桩将发挥市场杠杆力量。在新能源汽车市场上,将充电桩以通信、云计算、智能电网、车联网等技术集合在一起,从而让人、车、充电桩得以实现“对话”,已经成为一种趋势。因为手机是个人通信和掌上结算宝,它不仅能提高用户使用充电桩的便捷性,同时还能提高充电桩的使用效率,让用户和运营者实现双赢。所以,我们预判充电桩将拯救手机市场。

充电桩的产业链和功能需求趋势  

狭义充电桩产品设计有四要素:充电桩的通信能力、安全与电路保护、充电效率和用户体验。但充电桩要置身产业链环境来看生态关系,它有三个环节,位于产业链上游的是建设充电桩所用元器件、方案商和所需设备的制造商,产业链中游的参与者则是充电桩的系统集成商和运营商(包括电信和国家电网),产业链下游的就是充电桩的终端用户,包括新能源车企业和个人消费者。

 

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图:充电桩运营商分布2021年中国汽车工程协会数据

从充电设备的类型来看,目前的充电基础设施有交流充电桩、直流充电桩、交直流一体桩以及无线充电桩。其中,交流充电桩和直流充电桩是现阶段市场中最主要的两种类型,交直流一体桩的应用规模较小,无线充电虽然呼声较高,但尚未形成产业化规模。

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我爱方案网:电动汽车交流充电桩方案

直流充电桩:技术优势明显、市场前景光明  

我们可以仔细看看中国公共充电基础设施情况:2022年1月公共类充电桩117.8万台,直流充电桩48.6万台、交流充电桩69.1万台。而目前来看,直流充电带来的成本差异变得更重要,因此对于快充的需求是刚性的。

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图:充电基础设施分类

直流充电桩充电时间短,平均功率在100-120kW。根据市场统计数据,全球商用直流充电设备单桩均价在13万元。不过,大功率直流充电桩的单桩价格要高出很多,均价在65万元。交流充电桩,也就是我们俗称的”慢充桩”,均价约10,000元。

充电桩的原材料成本即充电桩硬件设备投入成本,约占充电桩总成本的90%。充电桩所需设备主要包括充电模块、有源滤波设备、监控计费设备、电池维护设备等。以直流充电桩为例,充电模块是其核心设备,主要用于将交流电转化成能为电池充电的直流电,影响充电模块性能的核心电子元器件是IGBT,这部分成本约占原材料成本的50%,有源滤波设备约占15%,监控计费设备和电池维护设备各占10%。

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图:车主与运营商的刚需

充电桩的通信能力  

充电桩实现互联互通,有赖于安全、稳定、高效的即时数据传输,其核心在于充电桩中内置的通信模组。我爱方案网多款瑞星微主板方案可完美应用在充电桩主控板,具备4G通信能力,摄像头接入,多路数据采集,人机交互和计费能力。该方案PCBA有现货供研发测试。

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充电桩安全与电路保护  

充电桩实现互联互通还能为充电的安全性保驾护航。国标规定,电动汽车充电桩应具备过欠压保护、防雷保护、输出短路保护、漏电保护及过流保护等保护装置。我爱方案网的瑞芯微主板方案可作为充电桩设备数据传输和处理的核心部件之一,通过无线通信网络,我爱方案网的瑞芯微主板方案可以实时监测充电桩状态,将漏电跳闸等危险信号第一时间反馈到平台进行报警处理,如此“监管 ”+“保护”就能彻底杜绝安全隐患;在紧急情况下按下“按钮”,桩体瞬间断电,从而最大程度保障了人身和财产的安全。通过科技的力量提高并且保护能源的有效利用,实现碳中和,推动“双碳”目标的实现。

 

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图:充电桩的电路保护与滤波

即插即充用户体验超越有机APP  

充电桩实现互联互通,有赖于安全、稳定、高效的即时数据传输,其核心在于充电桩中内置的通信模组。RK3566 单屏POS收银机主板方案可完美应用在充电桩

传统意义上,充电桩数量、直流/交流充电桩充电时长差异是影响用户体验的主要因素。“即插即充”和“无感支付”带来新一轮用户体验提升,也可大幅提升补能效率。它标志着充电桩智能化/傻瓜化来临。

国家电网正在加速推广这项服务,从2019年9月开始上线“即插即充,无感支付”的功能。国网(北京)新能源汽车服务有限公司总经理张琪谈到:“我们是北京市第一家实现即插即充的国网单位,从2019年到现在,我们的技术团队一共完成了4.2万根公共充电桩的插充的升级,形成了覆盖219个城市,九纵九横两环城际高速的快速充电网络。”

主控板,具备4G通信能力,摄像头接入,多路数据采集,人机交互和计费能力。该方案PCBA有现货供研发测试。

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图:即插即充,手机没电也能充电和支付

即插即冲的用户反馈声音,“即插即充比较简单。那天我手机正好没电了,其他普通充电桩我还得先把手机充上电才能够结算,但即插即充就非常方便,插上就充电,拔了可以走。”此前,复杂的充电过程中,会出现充电效率慢、充电等待时间长等问题,而“即插即充”优化了用户的充电体验,从而减少了用户等待时间,逐步解决一系列充电难的痛点。充电效率是EV用户体验的最重要环节。EV车主可以通过手机,查看缴费记录和在线充值,并且“即插即充”并不是说不用手机APP查看周围可用的充电桩或在车子充电状态下实时查看充电数据。

充电桩超万亿市场起飞没有悬念,还将救命手机!

图:充电桩是一项综合服务,不仅在一台设备

在运营车辆中,2021年新能源乘用车总销量为35.49万辆,其中纯电动车型为34.27万辆,占比高达66.82%,之前在政府规定下营运车辆的电动化已经成为主流,而油价的上升,使用成本会让网约车司机和出租车司机自己根据账本做出选择。

直流充电桩方案主要子系统,由检查控制单元,高功率驱动模块,高效PFC和友好智能的人机界面。要设计一款成功的EV直流充电电源仍然极具挑战性。从半导体厂商提供的充电桩解决方案来看,他们基本都给出了完整的参考设计,用户也可以选取其中的一个子系统用于自己的设计中,这种灵活的设计思路,非常有利于充电桩制造企业将产品快速推向市场。

直流充电站设计需要专业知识才能实现精确检测和控制直接流向汽车电池的电源输出;同体积内,高功率密度以支持更快、增加输出功率以缩短充电时间;高效的PFC和直流/直流转换,通过增加负载来提高效率,降低充电损耗,节约成本;方便用户与系统互动的HMI。  无论是PFC级、直流/直流功率级设计,还是中央控制系统,每个子系统都是设计高效的直流充电站所需的组成要素,用户可以直接采用整体的参考设计,亦可根据自己所需选取其中的一个子系统。

充电桩的设计流程  

草案设计,使用Matchad或者Excel将所有的参数进行罗列和计算,将所有的器件设计参数导入至输入级

仿真和最坏情况分析用Mathcad进行初步计算,然后使用Saber做细节仿真

实测常温下和各种输入状态下的情况

环境实验、EMC实验摸底

可靠性试验定性测试

充电桩用元器件选型  

一方面要观察原厂具备充电桩所需元器件:直流充电桩需要的IC与功率器件,包括功率半导体、微控制器、栅极驱动器IC和安全身份验证解决方案,可满足EV电池的快速充电需求,以及SoC支持通信互链和智能人机界面;另一方面,原厂有完善的设计工具和SDK支持,ST,TI和Infinoen都有较完善的全充电桩用元器件和设计工具支持,国内IC原厂极海、芯旺位和华大半导体也正在积极赶上。

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图:TI直流充电站解决方案主要子系统方框图

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图:Infineon整套直流充电解决方案

ST在碳化硅(SiC)和硅功率MOSFET、二极管和保护器件 (TV)、绝缘栅极驱动器、以及高性STM32微控制器上拥有很强的技术实力,由这些器件构成的充电桩解决方案,可帮助充电桩制造商开发出高效的高功率密度直流快速充电站。

在系统互联方面,ST提供CAN收发器的设计目的是促进电动汽车与充电桩的连接,电力线和芯片上的可编程蓝牙低功耗系统确保充电桩与用户界面的快速连接。

ST直流快速充电站方案的优势在于可以在10-12分钟内为车辆提供可以行驶100公里的电能,30分钟能充到电池容量的80%。其主流的解决方案是通过电网和转换器(功率范围是120kW或以上, 拥有一个三相输入功率因数校正(PFC)级和一个独立的直流-直流转换器)供电。直流充电站还提供与车辆的安全连接和身份验证。

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图:ST直流快速充电站解决方案方框图

 

来源:我爱方案网 链接:https://www.52solution.com/

 

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