Trend razvoja novih modula za punjenje energetskih vozila

1. Pregled razvoja industrije modula za punjenje

Moduli za punjenje su jezgra DC punjačkih stupova za vozila na novu energiju. Kako stopa penetracije i vlasništvo nad vozilima na novu energiju u Kini nastavlja rasti, potražnja za punjačkim stupovima raste. Punjenje vozila na novu energiju dijeli se na AC sporo punjenje i DC brzo punjenje. DC brzo punjenje ima karakteristike visokog napona, velike snage i brzog punjenja. Kako tržište teži učinkovitosti punjenja, tržišna skala DC brzih punjačkih stupova i modula za punjenje nastavlja se širiti.

2. Tehnička razina i karakteristike industrije modula za punjenje električnih vozila

Industrija novih modula za punjenje električnih vozila trenutno ima tehničke značajke kao što su velika snaga jednog modula, visoka frekvencija, miniaturizacija, visoka učinkovitost pretvorbe i širok raspon napona.

Što se tiče snage pojedinačnih modula, industrija novih modula za punjenje energijom doživjela je razvoj proizvoda od 7,5 kW u 2014. godini, konstantne struje 20 A i 15 kW u 2015. godini, te konstantne snage 25 A i 15 kW u 2016. godini. Trenutni moduli za punjenje glavne primjene su 20 kW i 30 kW. Rješenja s jednim modulom i konverzija u nova rješenja za napajanje energetskih punjača od 40 kW. Moduli za punjenje velike snage postali su trend razvoja tržišta u budućnosti.

Što se tiče izlaznog napona, State Grid je 2017. godine izdao „Standarde kvalifikacije i sposobnosti za dobavljače opreme za punjenje električnih vozila“ u kojima se navodi da je raspon izlaznog napona DC punjača 200-750 V, a konstantni napon napajanja pokriva najmanje raspone od 400-500 V i 600-750 V. Stoga svi proizvođači modula općenito dizajniraju module za 200-750 V i zadovoljavaju zahtjeve za konstantnom snagom. S povećanjem dometa električnih vozila i potražnjom korisnika vozila na novu energiju za smanjenje vremena punjenja, industrija je predložila arhitekturu super brzog punjenja od 800 V, a neke tvrtke su ostvarile ponudu DC modula za punjenje s širokim rasponom izlaznog napona od 200-1000 V.

Što se tiče visoke frekvencije i miniaturizacije modula za punjenje, snaga pojedinačnih modula novih izvora napajanja za punjenje energijom se povećala, ali se njihov volumen ne može proporcionalno proširiti. Stoga su povećanje frekvencije preklapanja i integracija magnetskih komponenti postali važno sredstvo za povećanje gustoće snage.

Što se tiče učinkovitosti modula za punjenje, velike tvrtke u industriji novih modula za punjenje energijom općenito imaju maksimalnu vršnu učinkovitost od 95%-96%. U budućnosti, razvojem elektroničkih komponenti poput uređaja za napajanje treće generacije i popularizacijom električnih vozila s 800 V ili čak više s visokonaponskom platformom, očekuje se da će industrija uvesti proizvode s vršnom učinkovitošću većom od 98%.

Kako se gustoća snage modula za punjenje povećava, to također donosi veće probleme s odvođenjem topline. Što se tiče odvođenja topline modula za punjenje, trenutna glavna metoda odvođenja topline u industriji je prisilno hlađenje zrakom, a postoje i metode poput zatvorenih kanala za hladni zrak i hlađenja vodom. Hlađenje zrakom ima prednosti niske cijene i jednostavne strukture. Međutim, kako se tlak odvođenja topline dalje povećava, nedostaci hlađenja zrakom, ograničeni kapacitet odvođenja topline i visoka buka, dodatno će postati očiti. Opremanje modula za punjenje i linije pištolja tekućinskim hlađenjem postalo je glavno rješenje. tehnički smjer.

3. Tehnološki napredak ubrzava razvojne mogućnosti prodiranja nove energetske industrije

Posljednjih godina, nova tehnologija u energetskoj industriji nastavila je napredovati i ostvarivati ​​​​proboje, a povećanje stope penetracije potaknulo je kontinuirani razvoj industrije modula za punjenje. Značajno povećanje gustoće energije baterija riješilo je problem nedovoljnog dometa vozila s novom energijom, a primjena modula za punjenje velike snage uvelike je skratila vrijeme punjenja, čime se ubrzava prodiranje vozila s novom energijom i izgradnja potpornih stupova za punjenje. U budućnosti se očekuje da će integracija i produbljivanje primjene tehnologija poput optičke pohrane i integracije punjenja te integracije V2G mreže vozila dodatno ubrzati prodiranje novih energetskih industrija i popularizaciju potrošnje.

4. Konkurencija u industriji: Industrija modula za punjenje je potpuno konkurentna, a tržišni prostor proizvoda je velik.

Modul za punjenje je ključna komponenta DC punjača. S porastom stope penetracije vozila na novu energiju diljem svijeta, potrošači su sve više zabrinuti zbog dometa punjenja i praktičnosti punjenja. Tržišna potražnja za DC brzim punjačima za punjenje eksplodirala je, a domaće tržište rada s punjačima poraslo je od . U ranim danima, State Grid bio je glavna snaga u diverzificiranom razvoju. Brzo se pojavio niz operatera društvenog kapitala s proizvodnim i operativnim mogućnostima opreme za punjenje. Domaći proizvođači modula za punjenje nastavili su širiti svoju proizvodnju i prodaju za izgradnju potpornih punjača, a njihova sveobuhvatna konkurentnost nastavila je jačati.

Trenutno, nakon godina iteracije proizvoda i razvoja modula za punjenje, konkurencija u industriji je dovoljna. Glavni proizvodi razvijaju se u smjeru visokog napona i visoke gustoće snage, a tržišni prostor proizvoda je velik. Poduzeća u industriji uglavnom postižu veći tržišni udio i razinu profita kontinuiranim poboljšanjem topologije proizvoda, algoritama upravljanja, optimizacijom hardvera i proizvodnih sustava itd.

5. Trendovi razvoja modula za punjenje električnih vozila

Kako moduli za punjenje izazivaju ogromnu potražnju na tržištu, tehnologija se nastavlja razvijati prema visokoj gustoći snage, širokom rasponu napona i visokoj učinkovitosti pretvorbe.

1) Prelazak vođen politikom na onaj vođen potražnjom

Kako bi se podržao i potaknuo razvoj vozila na novu energiju, izgradnju punjača u ranoj fazi uglavnom je vodila vlada, te je postupno usmjeravala razvoj industrije prema endogenom modelu vožnje kroz političku podršku. Od 2021. godine, brzi razvoj vozila na novu energiju postavio je ogromne zahtjeve na izgradnju pratećih objekata i punjača. Industrija punjača dovršava transformaciju od politike do potražnje.

Suočeni s rastućim brojem vozila na novu energiju, osim povećanja gustoće rasporeda punjača, vrijeme punjenja mora se dodatno skratiti. DC punjačski stupovi imaju veće brzine punjenja i kraća vremena punjenja, što je prikladnije za privremene i hitne potrebe punjenja korisnika električnih vozila te može učinkovito riješiti probleme straha od dometa električnih vozila i straha od punjenja. Stoga je posljednjih godina tržišna skala DC brzog punjenja u novoizgrađenim punjačima, posebno javnim punjačima, brzo rasla i postala glavni trend u mnogim središnjim gradovima Kine.

Ukratko, s jedne strane, kako broj vozila na novu energiju nastavlja rasti, potporna konstrukcija stupova za punjenje mora se kontinuirano poboljšavati. S druge strane, korisnici električnih vozila općenito se odlučuju za brzo punjenje istosmjernom strujom. Stupovi za punjenje istosmjernom strujom postali su glavni trend, a moduli za punjenje također su ušli u potražnju. Faza razvoja u kojoj je povlačenje glavna pokretačka snaga.

(2) Visoka gustoća snage, širok raspon napona, visoka učinkovitost pretvorbe

Takozvano brzo punjenje znači veliku snagu punjenja. Stoga, s rastućom potražnjom za brzim punjenjem, moduli za punjenje nastavljaju se razvijati u smjeru velike snage. Velika snaga punjača postiže se na dva načina. Jedan je paralelno spajanje više modula za punjenje kako bi se postigla superpozicija snage; drugi je povećanje pojedinačne snage modula za punjenje. Na temelju tehničkih potreba za povećanjem gustoće snage, smanjenjem prostora i smanjenjem složenosti električne arhitekture, povećanje snage jednog modula za punjenje dugoročni je trend razvoja. Moduli za punjenje u mojoj zemlji prošli su kroz tri generacije razvoja, od prve generacije od 7,5 kW do druge generacije od 15/20 kW, a sada su u razdoblju prijelaza s druge generacije na treću generaciju od 30/40 kW. Moduli za punjenje velike snage postali su glavni trend na tržištu. Istovremeno, na temelju principa miniaturizacije dizajna, gustoća snage modula za punjenje također se povećavala istovremeno s povećanjem razine snage.

Postoje dva puta za postizanje veće razine snage DC brzog punjenja: povećanje napona i povećanje struje. Rješenje za punjenje visokom strujom prvi je primijenio Tesla. Prednost je u tome što je trošak optimizacije komponenti niži, ali visoka struja donijet će veći gubitak topline i visoke zahtjeve za odvođenje topline, a deblje žice smanjuju praktičnost i potiču u manjoj mjeri. Visokonaponsko rješenje je povećanje maksimalnog radnog napona modula za punjenje. Trenutno je to često korišteni model od strane proizvođača automobila. Može uzeti u obzir prednosti smanjenja potrošnje energije, poboljšanja vijeka trajanja baterije, smanjenja težine i uštede prostora. Visokonaponsko rješenje zahtijeva da električna vozila budu opremljena visokonaponskom platformom za podršku primjenama brzog punjenja. Trenutno je rješenje za brzo punjenje koje obično koriste automobilske tvrtke visokonaponska platforma od 400 V. Istraživanjem i primjenom platforme napona od 800 V, razina napona modula za punjenje dodatno će se poboljšati.

Poboljšanje učinkovitosti pretvorbe tehnički je pokazatelj kojem moduli za punjenje uvijek teže. Poboljšanje učinkovitosti pretvorbe znači veću učinkovitost punjenja i manje gubitke. Trenutno je maksimalna vršna učinkovitost modula za punjenje općenito 95%~96%. U budućnosti, razvojem elektroničkih komponenti poput uređaja za napajanje treće generacije i izlaznim naponom modula za punjenje koji se kreće prema 800V ili čak 1000V, učinkovitost pretvorbe će se dodatno poboljšati.

(3) Vrijednost modula za punjenje električnih vozila raste

Modul za punjenje je ključna komponenta istosmjernog punjača, što čini oko 50% troškova hardvera punjača. Poboljšanje učinkovitosti punjenja u budućnosti uglavnom ovisi o poboljšanju performansi modula za punjenje. S jedne strane, više modula za punjenje spojenih paralelno izravno će povećati vrijednost modula za punjenje; s druge strane, poboljšanje razine snage i gustoće snage pojedinačnog modula za punjenje ovisi o optimiziranom dizajnu hardverskih sklopova i upravljačkog softvera, kao i o tehnologiji ključnih komponenti. Proboji, to su ključne tehnologije za poboljšanje snage cijelog punjača, što će dodatno povećati vrijednost modula za punjenje.

6. Tehničke barijere u industriji modula za punjenje električnih vozila

Tehnologija napajanja je interdisciplinarna tema koja integrira tehnologiju topologije krugova, digitalnu tehnologiju, magnetsku tehnologiju, tehnologiju komponenti, tehnologiju poluvodiča i tehnologiju toplinskog dizajna. To je tehnološki intenzivna industrija. Kao srce istosmjernog punjača, modul za punjenje izravno određuje učinkovitost punjenja, operativnu stabilnost, sigurnost i pouzdanost punjača, a njegova važnost i vrijednost su izvanredne. Proizvod zahtijeva velika ulaganja resursa i stručnjaka, od istraživanja i razvoja tehnologije do primjene terminala. Odabir elektroničkih komponenti i rasporeda, nadogradnja i iteracija softverskog algoritma, točno razumijevanje scenarija primjene te zrele mogućnosti platforme za kontrolu kvalitete i testiranje, sve će to utjecati na kvalitetu i stabilnost proizvoda. Novim sudionicima u industriji teško je u kratkom vremenu prikupiti različite tehnologije, osoblje i podatke o scenarijima primjene, a imaju i visoke tehničke barijere.