EV DC充電技術:讓功率電子業更給力

作者 : Yole Développement

EV DC充電器市場持續迅速發展,並為功率電子元件領域帶來成長機會。為了支撐令人矚目的EV市場成長,相關充電基礎設施必須隨之同步迅速發展...

電動車(EV)的直流(DC)充電器市場正持續迅速發展,並為功率電子元件領域帶來成長機會。根據市場研究公司Yole Développement (Yole)的資料顯示,到2026年,可透過外接充電器——如插電式(plug-in)電動車充電的EV市場將達到約2,450萬輛。為了支撐這一令人矚目的成長,EV充電基礎設施必須隨之同步迅速發展。

Yole日前發佈《2021年插電式電動車的直流充電應用》(DC Charging for Plug-In Electric Vehicles 2021)報告預測,DC充電器市場每年正以18.5%的CAGR成長,預計將從2020年的18.4萬台增加到2026年約44萬台,達到近185億美元的市場規模。

EV DC充電器市場蓄勢待發

就快速充電能力而言,DC充電解決方案相對於常用的交流(AC)充電方案更具有優勢。DC充電器透過旁路EV的車載充電器(通常額定功率為7或11kW)直接為電池充電。因此,可以使用更高的功率為電池充電,從而大幅減少充電時間。

在未來幾年中,標稱功率低於或等於50kW的DC充電器將仍然是主流。功率在100至200 kW之間的DC充電器由於適用眾多EV產品,因而將展現最高度的市場成長力道。市場並將力推功率超過200kW的DC充電器,可望在2026年達到14%的市佔率。200kW充電器細分市場包括標稱功率為250kW的最新一代Tesla Supercharger,以及越來越多的公司進行製造和部署的350kW充電器。

用於DC充電器的功率電子元件市場價值將以21.5%的CAGR成長,從2020年的1.082億美元增加到2026年約為3.477億美元。這一市場價值的成長受惠於多種因素的驅動,包括充電器的功率和電壓增加,電源模組的市佔率增加,以及SiC MOSFET元件持續獲得採用。

功率電子元件效能持續提升

Yole功率電子與電池首席分析師Milan Rosina表示,「最高功率為20-30kW的低功率DC充電器通常基於整體式(monolithic)設計,而模組化設計則在高功率充電器中佔主導地位。」

模組化充電器仍將是最常見的充電器方式。採用模組化設計的充電器由多個並聯的充電器模組組成;模組化設計的優點是設計靈活、可擴展且可用性都較高。

Yole團隊在此報告中分析,由於離散式元件既適用於低功率整體式充電器,也適用於基於低功率充電器模組的高功率充電器,預計此類元件會主導直流DV市場。然而,隨著充電器功率的增加,相關的低功耗充電器模組數量也在增加,並超出最優水準。例如一個350kW的充電器需要大約12個30kW充電器模組。因此,充電器模組製造商們正致力於提高其產品的功率密度和效率,並將其標稱功率提高到50kW及以上,以使其更適合大功率充電器。

Milan Rosina表示,DC充電器技術發展迅速;就充電器功率而言,存在著兩種相反的趨勢。其一是要在未來將功率提升至350kW以上,以加速充電並在對行動有高要求的應用中實現充電。另一項是使功率從50kW的歷史基線降低,以作為交流(AC)充電的替代性解決方案——AC公共匯流排架構也正日益受關注。

充電器電壓則隨電動車電池組的趨勢而發展。隨著電池電壓在保時捷(Porsche)、現代(Hyundai)及其他車輛製造商的推動下從400V增加到800V的水準,充電器電壓也從500V增加到1,000V。這導致充電器要採用標稱電壓為1,200V的功率元件。

轉換器拓撲方面,Vienna整流器(用於AC-DC段)與LLC DC轉換器(用於DC-DC段)相結合仍將是主流;而ANPC轉換器(用於AC-DC段)也越來越受到關注。

其他趨勢還包括對SiC MOSFET元件的使用增加、功率模組的市佔率增加、用於車輛到電網(Vehicle-to-Grid;V2G)和車輛到家庭(Vehicle-to-Home;V2H)應用的雙向充電器以及電池儲能裝置,以減輕電網的峰值負載。

EV DC充電基礎設施供應鏈尚待整合

電動車、電動車電池和充電器相關的法規和技術正迅速發展。這不但為ABB、Tritium和特斯拉(Tesla)等充電基礎設施業者帶來了新的機遇或威脅,對於涉及半導體和封裝材料、元件封裝、工業系統、EV/HEV的公司,以及電池製造商和公用事業公司來說也是一樣。目前還難以在技術或商業模式上實現差異化。

因此,Yole專注於電子功率系統的技術與市場分析師Abdoulaye Ly預期,「未來幾年將持續重塑供應鏈和商業模式。合作夥伴關係對於確保車輛和充電器之間的相容性至關重要,而且可以提供一定程度上的產品差異化。」

其中一個例子是由IONITY公司經營的350kW充電器網路,它得到了包括福斯(Volkswagen;VW)、BMW和現代等多家領先車輛製造商的支持。

插電式電動車(PEV)市場可望在2026年達到約2,450萬輛車的規模。另一方面,隨著挿電式混合動力車(PHEV)和純電動車(BEV)的各類客戶群體日益龐大且快速成長,車輛製造商和公用事業公司也從中發現為其提供服務的商機。以充電基礎設施供應商為主要目標的併購活動預期也將會增加。

根據這份報告的分析,大功率充電器、快速充電電池和高效汽車動力傳動對於如像豐田(Toyota)和本田(Honda)等從事氫基礎設施和燃料電池車的公司構成了威脅,也可能讓像蔚來汽車(NIO)和奧動新能源(Aulton)等從事電池交換解決方案的公司失去機會。

在嚴格的二氧化碳(CO2)排放目標推動下,到2026年,EV/HEV在所有乘用車中佔比將達38%,也就是說各種半導體技術和功率元件將擁有價值56億美元的市場機遇。

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