1. Úvod do nabíjecího modulu
1.1 Vývoj nabíjecí hromady
Odvětví nabíjecích hromad roste více než deset let a vstoupilo do éry rychlého růstu. 2006-2015 byla zárodečná fáze čínského průmyslu nabíjecích pilot. V roce 2006 společnost BYD zřídila první nabíjecí stanici pro auta ve svém sídle v Shenzhenu. V roce 2008 byla během olympijských her v Pekingu postavena první centralizovaná nabíjecí stanice v Číně. V této fázi byly hromady nabíjení postaveny především vládou a kapitál sociálních podniků nevstupoval. 2015–2020 bylo obdobím raného růstu nabíjecích pilot. Poté, co stát v roce 2015 vydal „Pokyny pro rozvoj infrastruktury nabíjení elektrických vozidel (2020–2015)“, přilákal určitý sociální kapitál, aby vstoupil do odvětví nabíjecích hromad. Od tohoto okamžiku má průmysl nabíjecích hromad oficiálně atributy sociálního kapitálu. Rok 2020 je klíčovým obdobím růstu nabíjecích hromad. Během tohoto období vláda vydala několik politik na podporu nabíjení hromad. V březnu 2021 bylo zpoplatnění zahrnuto do výstavby nové infrastruktury, což stimulovalo průmyslové podniky k dalšímu rozšiřování kapacity a zvyšování výroby. Odvětví nabíjecích hromad je zatím stále v klíčovém období růstu a očekává se, že počet nabíjecích hromad bude i nadále rychle růst.
1.2. Úvod do firem nabíjecích modulů
Z aktuálního typu modulu stávající nabíjecí moduly zahrnují nabíjecí modul ACDC, nabíjecí modul DCDC a obousměrný nabíjecí modul V2G. ACDC se používá pro jednosměrné nabíjecí piloty, což je nejpoužívanější a nejpoužívanější nabíjecí modul. DCDC se používá pro fotovoltaické nabíjení baterií a nabíjení baterií vozidel a používá se ve fotovoltaických projektech skladování a nabíjení nebo projektů skladování a nabíjení. Nabíjecí modul V2G má řešit budoucí interaktivní funkci vozové sítě nebo potřeby obousměrného nabíjení energetických elektráren.
Z dodavatelského vztahu nabíjecích pilot se nabíjecí moduly dělí především do dvou kategorií, jedna je samovýrobní a typ pro vlastní použití, reprezentovaný TELD, Sinexcel Electric, KSTAR atd.; druhý je typ dodávky, reprezentovaný INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect, SZWINLINE, HUAWEI, Shenzhen Megmeet, ENSDS atd.
1.3 Trh s nabíjecími moduly
Tři největší výrobci modulů, pokud jde o dodávky modulů v roce 2022, jsou INFYPOWER, Teladian a Youyou Green Energy. Mezi nimi INFYPOWER představuje především zámořské trhy a společnosti zabývající se rozvodnými sítěmi. Teladian jako přední tuzemský operátor nabíjení zaujímá polovinu domácího trhu, následuje UUGREENPOWER, SZWINLINE, HUAWEI atd.
Velikost trhu modulů a podíl v roce 2023. Podle ročního shrnutí a srovnávací analýzy každé společnosti je na celkovém trhu s nabíjecími moduly včetně všech účastníků v roce 2023 prvních pět společností z hlediska podílu na trhu: INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect , SZWINLINE, Sinexcel Electric; ve srovnání s rokem 2023 dosáhla technologie Tonghe zjevného pokroku. Jediné, co se nezměnilo, je, že INFYPOWER, který se dlouhodobě drží na vrcholu žebříčku, si drží podíl na trhu více než 33 %.
2. Úvod do trendu vývoje nabíjecích modulů
S příchodem velkých elektrických vozidel nejsou jednoduché nabíjecí hromady zjevně schopny podporovat vývoj velkých elektrických vozidel a technologie nabíjecí sítě se stala konsensem v odvětví nabíjení nových energetických vozidel. Je jednoduché vytvořit nabíjecí hromady, ale je velmi komplikované vytvořit technologii nabíjecí sítě. Nabíjecí síť je meziodvětvový a meziprofesionální ekologický systém zahrnující minimálně 10 technologických oblastí, jako je výkonová elektronika, dispečerské řízení, velká data, cloudová platforma, umělá inteligence, průmyslový internet, rozvody rozvoden, inteligentní řízení prostředí, systém integrace a inteligentní provoz a údržba. Hluboká integrace těchto technologií může zajistit integritu systému dobíjecí sítě.
Hlavní technické bariéry nabíjecího modulu spočívají v návrhu topologické struktury a integračních schopnostech. Klíčovými součástmi nabíjecího modulu jsou výkonová zařízení, magnetické součástky, rezistory a kondenzátory, čipy, desky plošných spojů atd. Když nabíjecí modul pracuje, třífázový střídavý proud je usměrněn obvodem aktivní korekce účiníku (PFC) a se stane stejnosměrným napájením pro napájení převodního obvodu DC/DC. Softwarový algoritmus regulátoru působí na polovodičový spínač napájení přes řídicí obvod, aby řídil výstupní napětí a proud nabíjecího modulu, čímž nabíjí baterii. Vnitřní struktura nabíjecího modulu je složitá a jeden produkt obsahuje relativně velké množství komponent. Návrh topologické struktury přímo určuje účinnost a výkon produktu a návrh struktury rozptylu tepla určuje účinnost rozptylu tepla produktu, který má vysoký technický práh.
Jako výkonová elektronika s vysokým technickým prahem musí nabíjecí modul vzít v úvahu mnoho parametrů, aby dosáhl vysoké kvality, jako jsou: objem, hmotnost, způsob rozptylu tepla, výstupní napětí, proud, účinnost, hustota výkonu, hlučnost, provozní teplota, ztráta v pohotovostním režimu atd. Dříve měly nabíjecí hromádky nízký výkon a špatnou kvalitu a požadavky na nabíjecí moduly nebyly vysoké. Při trendu vysokého výkonu však nekvalitní nabíjecí moduly způsobí velké problémy v následné fázi provozu nabíjecí hromady a zvýší následné náklady na provoz a údržbu. Očekává se proto, že požadavky firem nabíjecích pilotů na kvalitu nabíjecích modulů se budou dále zvyšovat a budou kladeny vyšší požadavky na technické možnosti výrobců nabíjecích modulů.
2.1. Standardizace nabíjecího modulu
Standardizace nabíjecích modulů se neustále zlepšuje. State Grid vydala standardizované konstrukční specifikace pro nabíjecí piloty a nabíjecí moduly v rámci systému:
(1) Nabíjecí hromada „šest unifikací“: jednotný elektrický výkon, jednotné konstrukční uspořádání, jednotný design speciálních komponent, jednotný obecný výběr zařízení, jednotná struktura vzhledu a jednotná instalace zařízení;
Produkty společnosti Tonghe Technology jsou hlavně 20kW vysokonapěťové moduly s konstantním výkonem a 30kW a 40kW vysokonapěťové moduly s konstantním výkonem, které splňují standardy „šesti sjednocení“ State Grid;
(2) Nabíjecí modul „tři sjednocení“: jednotná velikost vzhledu modulu, jednotné rozhraní pro instalaci modulu a jednotný komunikační protokol modulu. Standardizace konstrukčních specifikací nabíjecích hromad a nabíjecích modulů do určité míry vyřešila problém špatné kompatibility produktů na trhu v minulosti a účinně podpoří rychlý rozvoj průmyslu nabíjecích hromad.
2.2 Nabíjecí moduly se vyvíjejí směrem k vysokému výkonu
Výkon jednoho nabíjecího modulu se postupně vyvíjel z raných 3kW, 7.5kW a 15kW na současných 20kW, 30kW a 40kW a nadále se pohybuje směrem k vyšším úrovním výkonu, jako je 50kW, 60kW a 100kW. Toto zvýšení výkonu znamená nejen to, že lze získat více energie za jednotku času, ale také výrazně zvyšuje hodnotu a ziskovost produktů nabíjecích modulů. S pokrokem technologie a neustálým rozšiřováním trhu bude odvětví nabíjecích modulů i nadále přinášet další vývojové příležitosti.
Například na současném trhu nabíjecích hromad, kde je výkon jedné pistole 60–120 kW, může 15KW modul také uspokojit poptávku trhu, ale mnoho hromadových společností používá 40kW moduly s nižšími náklady na watt na základě nákladů na celek. stroj. Ve skutečnosti, čím více systémových modulů je, tím menší je dopad selhání jednoho modulu na celý systém. Majitelé automobilů nemusí nést riziko prodloužení doby nabíjení kvůli snížené dostupnosti systému. Když operátoři nabíjecích hromad provádějí flexibilní nabíjení a inteligentní alokaci, očekávají, že granularita modulů bude menší, což se snadněji naplánuje a alokuje, sníží plýtvání energií a jediná porucha má menší dopad na dostupnost systému a požadavky na včasnost. sníží se také provoz a údržba. Proto je současná struktura mainstreamových společností relativně kompletní a pokrytí trhu je převážně 30/40kW produkty.
V listopadu 2022 společnost Sinexcel Electric v Číně úspěšně uvedla na trh první 50kW DC nabíjecí modul, který je uvnitř vybaven základními zařízeními SICMOS, s maximální účinností více než 97 % a získal prodejní certifikáty pro domácí trh.
Na 2022 Third China International Charging Pile Operator Conference, Eurotron poprvé představil svůj 75kW ACDC produkt s výstupním napětím až 1000V DC a špičkovou účinností 97%.
3. Diverzifikace metod odvodu tepla
Současný směr vývoje technologie nabíjecích modulů je z pohledu metod rozptylu tepla zhruba rozdělen do tří kategorií produktů: jednou je modul typu přímého větrání, který je hlavním typem produktu na trhu a je vyráběn všemi modulovými společnostmi ; jedním z nich je samostatný typ vzduchového potrubí a izolačního modulu plněného lepidlem, první je reprezentován UUGREENPOWER a druhý je reprezentován INFYPOWER a Tonhe Elect; jedním z nich je nabíjecí modul s úplným chlazením kapalinou a odvodem tepla, zastoupený společnostmi INFYPOWER a HUAWEI.
Tři typy produktů nabíjecích modulů mají technické iterační charakteristiky a díky principu ekonomického využití je zlepšena a optimalizována metoda odvodu tepla. Pro společnosti provozující nabíjecí piloty jsou dva hlavní problémy poruchovost nabíjecích pilot a obtěžování hlukem. Mezi nimi míra selhání nabíjení hromad přímo ovlivňuje ziskovost webu a uživatelskou zkušenost. Hlavním důvodem selhání nabíjecích hromad je porucha nabíjecího modulu. Vzduchem chlazený modul je v současnosti nejpoužívanějším typem výrobku.
4. Technologie vysokého proudu a vysokého napětí
S postupným zvyšováním počtu najetých kilometrů je třeba čelit výzvám, jako je zkrácení doby nabíjení a snížení nákladů na používání. Primárním úkolem je optimalizovat velikost modulu pro dosažení upgradů napájení. Protože výkon nabíjecí hromady závisí hlavně na výkonové superpozici nabíjecích modulů a je omezen objemem produktu, podlahovou plochou a výrobními náklady, pouhé zvýšení počtu modulů již není nejlepším řešením. Jak zvýšit výkon jednoho modulu bez zvýšení dodatečného objemu se proto stalo technickým problémem, který musí výrobci nabíjecích modulů naléhavě překonat.
Zařízení pro stejnosměrné nabíjení dosahuje vynikajících schopností rychlého nabíjení prostřednictvím vysokoproudé a vysokonapěťové technologie. S postupným zvyšováním napětí a výkonu to klade přísnější požadavky na stabilní provoz, efektivní odvod tepla a účinnost přeměny nabíjecího modulu, což nepochybně klade vyšší technické výzvy pro výrobce nabíjecích modulů.
Tváří v tvář poptávce trhu po vysoce výkonném rychlém nabíjení musí výrobci nabíjecích modulů neustále inovovat a upgradovat základní technologii a budovat své vlastní základní technologické bariéry. To se stane klíčem k budoucí konkurenci na trhu. Pouze zvládnutím základní technologie můžeme být v tvrdé konkurenci na trhu neporazitelní.
(1) Silnoproudá trasa: nízká úroveň propagace a vysoké požadavky na tepelný management. Podle Jouleova zákona (vzorec Q=I2Rt) zvýšení proudu značně zvýší teplo vznikající při nabíjení, což klade vysoké nároky na odvod tepla. Například vysokoproudé řešení rychlého nabíjení od Tesly, jeho hromada přeplňování V3 má špičkový provozní proud více než 600 A, což vyžaduje použití silnějších kabelových svazků. Zároveň má vyšší požadavky na technologii odvodu tepla a může dosáhnout pouze maximálního nabíjecího výkonu 250 kW při 5%-27% SOC a efektivní nabíjení není plně pokryto. Tuzemští výrobci automobilů v současné době neprovedli zásadní přizpůsobené změny v řešení odvodu tepla a vysokoproudé nabíjecí hromady silně spoléhají na vlastní systémy, což má vysoké náklady na propagaci.
(2) Vysokonapěťová trasa: Toto je režim, který v současnosti běžně používají výrobci automobilů, který může vzít v úvahu výhody snížení spotřeby energie, zlepšení životnosti baterie, snížení hmotnosti a úspory místa. V současné době je kvůli napěťové odolnosti napájecích zařízení IGBT na bázi křemíku řešením rychlého nabíjení běžně používaným automobilovými společnostmi vysokonapěťová platforma 400 V, to znamená, že nabíjecího výkonu 100 kW lze dosáhnout proudem 250 A (100 kW nabíjením po dobu 10 minut lze ujet asi 100 km). Od té doby, co Porsche uvedlo na trh vysokonapěťovou platformu 800 V (s výkonem 300 kW a snížením vysokonapěťových kabelových svazků na polovinu), velké automobilky zahájily výzkum a uspořádání vysokonapěťové platformy 800 V. Ve srovnání s 400V platformou má 800V napěťová platforma menší provozní proud, což šetří objem kabelového svazku a snižuje ztrátu vnitřního odporu obvodu, čímž zlepšuje hustotu výkonu a energetickou účinnost v přestrojení.
5. Požadavky na spolehlivost jsou stále vyšší a vyšší
Pod tlakem nízkých nákladů čelí nabíjecí piloty stále velkým výzvám, aby byly bezpečné, spolehlivé a stabilní. Vzhledem k tomu, že nabíjecí piloty jsou instalovány venku, prach, teplota a vlhkost nejsou dobře chráněny a prostředí je poměrně drsné. Ve speciálních pracovních podmínkách, jako jsou vysoké zeměpisné šířky, velká zima a vysoké nadmořské výšky, jsou požadavky na výkon nabíjecích modulů extrémně vysoké.
V současnosti 15kW modul odvádí teplo především nuceným chlazením vzduchem, což nevyhnutelně přináší rušení jako prach, korozivní plyny a vlhkost. Proto se poruchy modulů soustřeďují především na fenomén „horké exploze“ způsobené okolním prostředím. Pro překonání nepříznivých důsledků nuceného chlazení vzduchem je přirozené chlazení (zejména založené na chladičích) jednou z možných účinných možností.
6. Technologie obousměrného nabíjení V2G
Kromě tradiční funkce nabíjení elektromobilů vyvíjí nabíjecí modul také technologii obousměrného nabíjení. Vývoj obousměrných modulů dále umožnil realizaci technologie V2G a technologie V2H, které hrají pozitivní roli při špičkovém holení a plnění údolí, vyvažování energetické zátěže a zlepšování účinnosti nabíjecích hromad.
Politika integrace fotovoltaických úložišť a nabíjení poskytuje návrh politiky na nejvyšší úrovni pro inteligentní a uspořádané nabíjení a obousměrné nabíjení a vybíjení a určuje směr pro nabíjecí stanice, aby se zapojily do regulace špiček a údolí sítě, virtuálních elektráren, agregovaných transakcí a integrovaného nabíjení. a skladování. Ty jsou však neoddělitelné od hardwarového základu obousměrných nabíjecích modulů V2G. Prvním tuzemským výrobcem, který předběžně provedl výzkum obousměrných nabíjecích modulů V2G, je infračervený. V současné době je tržní podíl infračervených modulů V2G v absolutní výhodě a nabíjecí hromady V2G v systému elektrické sítě jsou jediné.
7. Inteligentní provoz a údržba
Na současném trhu provozování nabíjení existuje mnoho výzev. Za prvé, náklady na provoz a údržbu nabíjecích stanic jsou vysoké. U provozovatelů využívajících nabíjecí zařízení s vysokou poruchovostí přesahují náklady na provoz a údržbu 10 % provozních příjmů. Nedostatečná inteligence vede k nutnosti pravidelných kontrol, velké investice do provozu a údržby pracovních sil a včasný provoz a údržba také povede ke špatnému uživatelskému nabíjení; zadruhé, životní cyklus zařízení je krátký a výkon a napětí nabíjecích pilot postavených v rané fázi nemůže splnit potřeby budoucího vývoje nabíjení, což promrhá počáteční investice operátorů; za třetí, nízká efektivita ovlivňuje provozní příjem; za čtvrté, stejnosměrné nabíjecí hromady jsou hlučné, což přímo ovlivňuje výběr stanic. Abychom vyřešili bolestivá místa nabíjecích zařízení a sledovali vývojový trend tohoto odvětví.
Vezměte si jako příklad modul pro rychlé nabíjení Huawei HUAWEI HiCharger DC. Pokud jde o inteligentní provoz a údržbu, modul pro rychlé nabíjení HUAWEI HiCharger DC přináší zákazníkům také nové funkce. Prostřednictvím údajů o teplotě shromážděných interními senzory a v kombinaci s algoritmy umělé inteligence dokáže HUAWEI HiCharger identifikovat ucpání prachové clony nabíjecí hromady a stav blokování ventilátoru modulu a na dálku připomenout operátorům, aby provedli přesnou a předvídatelnou údržbu, čímž eliminuje časté kontroly na místě.
K vyřešení problému s hlukem poskytuje modul rychlého nabíjení HUAWEI HiCharger DC tichý režim pro aplikace v prostředí citlivém na hluk. Zároveň je hlídána teplota čidla v modulu, aby se přesně nastavily otáčky ventilátoru podle změny okolní teploty. Při poklesu okolní teploty se sníží otáčky ventilátoru, čímž se sníží hlučnost a dosáhne se nízké teploty a nízké hlučnosti.
Rychlonabíjecí modul HUAWEI HiCharger DC využívá technologii plného naplnění lepidlem a úplné izolace, aby vyřešil problém, že vzduchem chlazený nabíjecí modul je snadno ovlivněn okolním prostředím a selže. Prostřednictvím testů akumulace prachu a vysoké vlhkosti, zrychlených testů s vysokou solnou mlhou a dlouhodobých testů spolehlivosti v Hainanu, Xishuangbanna, Dunhuang, Lhasa a dalších oblastech byla ověřena dlouhodobá spolehlivost modulu v drsných scénářích, což výrazně snižuje náklady provozovatele na provoz a údržbu.
Jako nová iterace předchozí generace nabíjecích modulů má zámořská verze 20kW DC rychlonabíjecího modulu maximální účinnost 96.55 % a domácí verze 30kW maximální účinnost 96.4 %. Prostřednictvím aplikace účinné patentované topologie, efektivního řídicího algoritmu a nízkoztrátových zařízení pro snížení ztrát, hladkého návrhu vzduchového potrubí, přesné regulace otáček ventilátoru, snížení dodatečných ztrát způsobených odvodem tepla a dosažení optimální účinnosti modulu.
