|2022慕尼黑华南电子战特别观察酷暑下新短板全产业链结构大军“EV”

今年夏天,南方极端高温,新能源电动汽车(EV)的发展被推到了尖端,许多新能源车主四处寻找木桩,彻夜排队,完美诠释了“寻找充电而不是充电的道路”。但是要知道,我国新能源汽车保有量超过了1000万辆。汽车桩费已居世界前列。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟(EVCIPA)公布的数据,到2021年底,全国充电桩保有量达到261.7万台。

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图源:站酷海路

这次高温试验充分证明,只开发充电桩并不是解决“补充能量焦虑”的唯一度量衡。声音强烈的超充电,快速充电技术不断更新,桩费不断降低也解决不了源头问题。大量充电文件访问会增加电网侧的电力负荷,在电力不足的情况下,会进一步加大电网调峰压力,降低电网运行效率,同时造成电力设备过载。一系列挑战逐渐转向能源领域,如何降低电网侧的负载压力,实现应用侧和电网侧的电力平衡是当务之急。2022年慕尼黑华南电子展特别启动了国际电动车驱动和充电技术创新论坛、国际第三代电力半导体和碳中性时代创新论坛,邀请业界专家共同讨论能源相关技术变化态势。

新能源汽车行业负责人特斯拉再次放弃了车展,但他把头转向服役会,展示了其新能源技术一度在会议上成为了网。你仍然关注新能源汽车。其他人已经越过山丘,看到了更广阔的星海。

电网方面,解压新能源发电辅助充电站“电力自由”。

更高功率的公用直流充电站是新能源汽车充电焦虑的好解决方案。直流充电使电动汽车能够以更高的功率充电。3级充电器的高额定直流电压和额定功率分别为450伏和150千瓦,超级充电器(相当于4级)可以超过800伏和350千瓦。出于安全原因,将输出连接器插入车辆时,最大电压设置为1000 V直流。流保持在电缆大小和成本的合理范围内,因此必须正确设计安装充电站的微网或子网,并确定规格。

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图源:站酷海路

想象一下未来(2030年)充电站。输电线路通过变压器连接到中压(MV)电网,然后给充电桩供电。如果想让充电站内有几个甚至几十个高压充电桩同时在不到15分钟的时间内给司机充电,这种简单的方法是不能持续的。假设充电站有5个直流充电,每个充电可以输出500千瓦的最高功率,有5辆电动车,每辆都装有75千瓦时的电池,需要从10%的功率(SOC)充电到80%。电网必须连续15分钟为电动车提供1兆瓦以上的电力。这也意味着,需要安装非常昂贵的变压器,将低压充电站连接到中压电网,需要确保从发电站向充电站输送电力的输电线路能够满足规格上的最高电力需求。

简单经济的解决方案不是安装新的输电线和大型变压器,而是使用太阳能、风能等可再生能源在当地生产的电力。这样用户就可以直接连接有多余电力的充电站,而不是完全依靠电网。实际上,可以在连接充电站或充电站的子电网附近安装100千瓦至500千瓦的太阳能光伏(PV)电站。光伏电源可以提供500千瓦的电力,但对电网的电力需求将减少到500千瓦。

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图源:ADI主页

然而,光伏电源具有间歇性的特点,并不总是存在的。这给电网带来了不稳定的问题,需要使用储能系统来解决。可以把储能系统看作大型电池,它可以储存可再生能源的电力,再充电到电网、充电桩或电网上。此外,还必须正确确定能源存储系统规格,以确保最高功率和电力容量之间的比率符合特定设备的优化要求。这一比率在很大程度上取决于当地通过太阳能、风能或其他能源产生的电力、充电文件的数量、访问子电网的其他负荷以及电力转换系统的效率。

政策保留储能技术加快钠离子电池产业化

2021年《关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出,到2025年,新能源储存将从商业化初期向规模化发展过渡,安装规模达到3000万千瓦(30GW)以上,到2030年新能源储存将全面市场化。目前,该领域的电化学储能以其灵活的优点、成熟的市长/市场、出色的性价比,成为储能技术有希望的技术路线。明确表示,从2022年的《“十四五”新型储能发展实施方案》年到2025年,电化学储能技术的性能进一步提高,系统成本降低了30%以上。

作为占电化学储能系统成本50%的核心,改善储能电池是有效降低储能系统成本的关键。目前,在业界,锂电池以卓越的性能占据优势,但随着碳酸锂价格暴涨,从2021年初的5.2万韩元/吨上升到50万韩元/吨,上升了近900%,企业正在寻求新材料体系的突破。钠电池被首选为天然的成本优势,工作方式与锂离子电池类似,通过钠离子在正极和负极之间移动。它们的主要区别是正极材料和负极材料、电解质不同。特别是正极材料、钠离子电池的正极材料,主要是磷酸铁钠、普鲁士蓝、铁铜锰氧化物的成本远低于锂电的磷酸铁锂、钴镍氧化物,通常是锂盐的1/10。

image.png投院:车站酷黑路

目前,在钠离子电池领域,很多巨头已经开始部署。不久前宁德市时代公开表示,公司正在努力推进钠离子电池2023年产业化。传艺技术即将启动试验船,第一期2GWh钠离子电池项目预计将于2023年建成。华阳股份和中科海纳计划于2023年成立10GWh钠离子电池正、负极材料生产线扩建的电池组工厂。龙柏技术计划于2023年实现钠电池正极材料,计划每月发运千吨级。但是,目前钠离子电池各方面的性能都不能满足高性能汽车使用要求,还有业界人士预计,到2035年,钠、钾离子电池的性能将大幅提高,比能源高300whr/kg左右。

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图源:宁德市时代

另一方面,除了钠离子电池外,应用于大中型储能的油类电池也有新的进展。国内第一座盐酸机电流电池储能电站在潍坊海岸经济开发区完工。一期工程规模为1MW/4MWh,项目计划总规模为10MW/40MWh,是盐酸机电流电场储能电站,能量密度高于传统硫酸机。预计今后钠离子电池和油类电池将在储能领域的不同水平上相互补充。

电池安全,长寿如何兼顾?储能宝马护航

储能领域不能绕过电池管理系统(BMS)和能源管理系统(EMS),规模越大,对性能、稳定性和安全性的要求就越严格。BMS/EMS硬件成本不低,但性能和控制策略将直接影响储能系统的运营效率和安全级别。

有一定的开发难度,是用户或集成商比较关注的部分。

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图片来源:ADI

在储能系统中,准确可靠的电池充电状态(SOC)和状态(SOH)计算将电池寿命从10年延长到20年。因此,BMS不仅提供大致的摘要值,还准确测量内部模块的大量数据和系统温度,这些数据和系统温度对电池组的充电和监控至关重要。对此,ADI亚德诺半导体推出了BMS的解决方案多单元电池堆栈显示器ADBMS1818,最多可测量18个串行连接电池装置,电池测量范围为0~5V,总测量误差小于3.0mV,适用于大多数化学电池应用。此外,为了在影响BMS性能之前减少系统噪音,ADBMS1818内置了16位-ADC,并预设了可编程噪声滤波器,可以大大减少电磁干扰和其他瞬态噪声的影响。

另一方面,ST意法半导体(展台编号2E26)宣布了为BMS解决方案设计的两个MCU SPC58NG84和SPC574K72。其中SPC58NG84采用3核,集强大的性能和丰富的硬件和外围设备资源于一体。另一方面,SPC574K72是2核,更适合具有中低端需求的BMS应用程序,性价比更高。此外,高度集成的模拟前端L9963E是用于高可靠性汽车应用程序和能源存储系统的锂离子电池监控和保护芯片,可监控14个堆栈内核,支持7个NTC收集,并通过SPI通信或隔离接口传输信息。

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图源:意大利半导体

众所周知,多个L9963E可以菊花链连接,通过变压器隔离接口与一个主机处理器通信,提供高速、低EMI、远距离和可靠数据传输的好处。在正常和低功耗模式下,L9963E支持定时均衡和休眠模式下的均衡。

目前,储能市场除了专门开发储能市长/市场管理系统的企业外,新能源汽车BMS制造商正在将技术迁移到储能BMS。例如,当地企业收购了德国Frey,为宝马i3纯电动汽车提供电池管理系统,成为为宝马提供电池管理系统的汽车零部件企业。而且亿能电子是国内技术优秀、市长/市场占有率高的电动汽车电池管理系统供应商,为大型储能系统集成商提供大型BMS产品。

渐渐地,格林虚拟发电站是噱头还是风口?

随着储能技术的发展正如火如荼,新概念悄然走红。今年3月发布的《“十四五”现代能源体系规划》表示,必须让储能设施、虚拟发电站、用户可中断负荷等灵活资源参与电力支持服务。另外,北京、上海等多个地方的第十四个五年计划中也指定了开发和虚拟发电站建设。

虚拟发电厂不是真正的发电厂,而是用智能电网技术补充能量存储技术。其核心理念是通过先进的信息通信技术和软件系统,将分散的、可调整的电源和负载聚集在一起,形成虚拟的“发电站”,进行综合管理和调度。这也是为了弥补电网侧和电网侧两侧的不平衡。

image.png投院:车站酷黑路

目前业界以储能困境为破局的虚拟发电站兴盛,吸引了各路玩家。2022年7月,特斯拉在加州启动了虚拟电站示范项目,邀请了25000户拥有屋顶光伏电池、电池系统的家庭建立部分虚拟电站能源网络。它将按照电网的统一要求,在电网紧急时统一减少用电。在电力低谷,将电池内储存的电力逆向销售回电网。除此之外,国内也有很多从业者在进行千秋股份、电力技术、国能一新一、特战、零碳智能等虚拟发电站的探索。总之,虚拟发电厂希望在电网结构向清洁低碳转变的背景下,廉价廉价的虚拟发电厂能够充分消耗清洁能源发电量,不断完善充电基础设施等辅助服务体系。我们会看着的。

结语

深究此次高温限制的困境,不难看出新能源汽车充电焦虑到底是能源利用问题。看着天空吃饭的新能源比例一直在提高,但缺乏高效的储能技术,很难在电动低谷期有效利用大量的可再生能源。关注储能技术的发展已经是业界的共识,对此,2022年慕尼黑华南电子展特别推出了“新能源”行业关键词,届时将汇聚优秀的国内外企业,推出能源领域的创新产品和技术解决方案。

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