1. Pengenalan Modul Pengisian Daya
1.1 Pengembangan Tumpukan Pengisian
Industri tiang pengisi daya telah berkembang selama lebih dari sepuluh tahun dan telah memasuki era pertumbuhan yang pesat. Tahun 2006-2015 merupakan tahap embrio industri tiang pengisi daya Tiongkok. Pada tahun 2006, BYD mendirikan stasiun pengisian daya mobil pertama di kantor pusatnya di Shenzhen. Pada tahun 2008, stasiun pengisian daya terpusat pertama di Tiongkok dibangun selama Olimpiade Beijing. Pada tahap ini, tiang pengisi daya sebagian besar dibangun oleh pemerintah, dan modal perusahaan sosial tidak masuk. Tahun 2015-2020 merupakan periode pertumbuhan awal tiang pengisi daya. Setelah negara mengeluarkan “Pedoman Pengembangan Infrastruktur Pengisian Kendaraan Listrik (2015-2020)” pada tahun 2015, hal itu menarik sejumlah modal sosial untuk memasuki industri tiang pengisi daya. Sejak saat itu, industri tiang pengisi daya secara resmi memiliki atribut modal sosial. Tahun 2020 hingga saat ini merupakan periode pertumbuhan utama tiang pengisi daya. Selama periode ini, pemerintah telah mengeluarkan beberapa kebijakan untuk mendukung tiang pengisi daya. Pada bulan Maret 2021, pengisian daya dimasukkan dalam pembangunan infrastruktur baru, yang merangsang perusahaan industri untuk lebih memperluas kapasitas dan meningkatkan produksi. Sejauh ini, industri tiang pengisi daya masih dalam periode pertumbuhan utama, dan jumlah tiang pengisi daya diperkirakan akan terus tumbuh pesat.
1.2. Pengenalan perusahaan modul pengisian daya
Dari jenis modul saat ini, modul pengisian daya yang ada meliputi modul pengisian daya ACDC, modul pengisian daya DCDC, dan modul pengisian daya dua arah V2G. ACDC digunakan untuk tiang pengisian daya satu arah, yang merupakan modul pengisian daya yang paling banyak digunakan dan paling banyak digunakan. DCDC digunakan untuk pengisian daya fotovoltaik baterai dan pengisian daya baterai kendaraan, dan digunakan dalam proyek penyimpanan dan pengisian daya fotovoltaik atau proyek penyimpanan dan pengisian daya. Modul pengisian daya V2G adalah untuk menyelesaikan fungsi interaktif jaringan kendaraan masa depan atau kebutuhan pengisian daya dua arah dari pembangkit listrik tenaga energi.
Dari hubungan pasokan tumpukan pengisian, modul pengisian terutama dibagi menjadi dua kategori, satu adalah jenis produksi sendiri dan penggunaan sendiri, yang diwakili oleh TELD, Sinexcel Electric, KSTAR, dll.; yang lain adalah jenis pasokan, yang diwakili oleh INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect, SZWINLINE, HUAWEI, Shenzhen Megmeet, ENSDS, dll.
1.3 Pasar modul pengisian daya
Tiga produsen modul teratas dalam hal pengiriman modul pada tahun 2022 adalah INFYPOWER, Teladian, dan Youyou Green Energy. Di antara mereka, INFYPOWER terutama menguasai pasar luar negeri dan perusahaan jaringan listrik. Teladian, sebagai operator pengisian daya domestik terkemuka, menguasai setengah dari pasar domestik, diikuti oleh UUGREENPOWER, SZWINLINE, HUAWEI, dll.
Ukuran dan pangsa pasar modul pada tahun 2023. Menurut ringkasan tahunan dan analisis komparatif masing-masing perusahaan, di pasar modul pengisian daya secara keseluruhan yang mencakup semua peserta pada tahun 2023, lima perusahaan teratas dalam hal pangsa pasar adalah: INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect, SZWINLINE, Sinexcel Electric; dibandingkan dengan tahun 2023, Tonghe Technology telah membuat kemajuan yang jelas. Satu-satunya hal yang tidak berubah adalah bahwa INFYPOWER, yang telah lama berada di puncak daftar, telah mempertahankan pangsa pasar lebih dari 33%.
2. Pengenalan Tren Pengembangan Modul Pengisian Daya
Dengan hadirnya kendaraan listrik skala besar, tumpukan pengisian daya sederhana jelas tidak dapat mendukung pengembangan kendaraan listrik skala besar, dan rute teknologi jaringan pengisian daya telah menjadi konsensus dalam industri pengisian daya kendaraan energi baru. Membuat tumpukan pengisian daya itu mudah, tetapi membuat teknologi jaringan pengisian daya itu sangat rumit. Jaringan pengisian daya adalah sistem ekologi lintas industri dan lintas profesi, yang melibatkan sedikitnya 10 bidang teknologi seperti elektronika daya, kontrol pengiriman, data besar, platform cloud, kecerdasan buatan, Internet industri, distribusi gardu induk, kontrol lingkungan cerdas, integrasi sistem, serta operasi dan pemeliharaan cerdas. Integrasi mendalam dari teknologi-teknologi ini dapat memastikan integritas sistem jaringan pengisian daya.
Kendala teknis utama modul pengisian daya terletak pada desain struktur topologi dan kemampuan integrasi. Komponen utama modul pengisian daya adalah perangkat daya, komponen magnetik, resistor dan kapasitor, chip, PCB, dll. Saat modul pengisian daya bekerja, daya AC tiga fase diperbaiki oleh sirkuit koreksi faktor daya aktif (PFC) dan menjadi daya DC untuk memasok sirkuit konversi DC/DC. Algoritma perangkat lunak pengontrol bekerja pada sakelar daya semikonduktor melalui sirkuit penggerak untuk mengontrol tegangan dan arus keluaran modul pengisian daya, sehingga mengisi daya baterai. Struktur internal modul pengisian daya rumit, dan satu produk berisi sejumlah besar komponen. Desain struktur topologi secara langsung menentukan efisiensi dan kinerja produk, dan desain struktur pembuangan panas menentukan efisiensi pembuangan panas produk, yang memiliki ambang batas teknis yang tinggi.
Sebagai produk elektronika daya dengan ambang batas teknis yang tinggi, modul pengisian daya perlu mempertimbangkan banyak parameter untuk mencapai kualitas tinggi, seperti: volume, massa, metode pembuangan panas, tegangan keluaran, arus, efisiensi, kerapatan daya, kebisingan, suhu pengoperasian, kehilangan siaga, dll. Sebelumnya, tumpukan pengisian daya memiliki daya rendah dan kualitas buruk, dan persyaratan untuk modul pengisian daya tidak tinggi. Namun, di bawah tren daya tinggi, modul pengisian daya berkualitas rendah akan menyebabkan masalah besar pada tahap operasi tumpukan pengisian daya berikutnya dan meningkatkan biaya operasi dan pemeliharaan berikutnya. Oleh karena itu, persyaratan perusahaan tumpukan pengisian daya untuk kualitas modul pengisian daya diperkirakan akan semakin meningkat, dan persyaratan yang lebih tinggi akan diberikan pada kemampuan teknis produsen modul pengisian daya.
2.1. Standarisasi modul pengisian daya
Standarisasi modul pengisian daya terus ditingkatkan. State Grid telah mengeluarkan spesifikasi desain standar untuk tiang pengisian daya dan modul pengisian daya dalam sistem:
(1) Tumpukan pengisian “enam penyatuan”: kinerja listrik terpadu, tata letak struktur terpadu, desain komponen khusus terpadu, pemilihan perangkat umum terpadu, struktur tampilan terpadu, dan pemasangan peralatan terpadu;
Produk-produk Tonghe Technology terutama adalah modul daya konstan lebar tegangan tinggi 20kW dan modul daya konstan lebar tegangan tinggi 30kW dan 40kW yang memenuhi standar “enam penyatuan” State Grid;
(2) Modul pengisian daya “tiga penyatuan”: ukuran tampilan modul terpadu, antarmuka pemasangan modul terpadu, dan protokol komunikasi modul terpadu. Standarisasi tumpukan pengisian daya dan spesifikasi desain modul pengisian daya sampai batas tertentu telah memecahkan masalah kompatibilitas produk yang buruk di pasar di masa lalu, dan secara efektif akan mendorong perkembangan pesat industri tumpukan pengisian daya.
2.2 Modul pengisian daya berkembang menuju daya tinggi
Daya modul pengisian daya tunggal telah berevolusi secara bertahap dari 3 kW, 7.5 kW, dan 15 kW di awal menjadi 20 kW, 30 kW, dan 40 kW saat ini, dan terus bergerak menuju level daya yang lebih tinggi seperti 50 kW, 60 kW, dan 100 kW. Peningkatan daya ini tidak hanya berarti bahwa lebih banyak daya dapat dihasilkan per satuan waktu, tetapi juga secara signifikan meningkatkan nilai dan profitabilitas produk modul pengisian daya. Dengan kemajuan teknologi dan perluasan pasar yang berkelanjutan, industri modul pengisian daya akan terus menghadirkan lebih banyak peluang pengembangan.
Misalnya, di pasar tiang pengisian daya saat ini di mana daya senjata tunggal adalah 60-120KW, modul 15KW juga dapat memenuhi permintaan pasar, tetapi banyak perusahaan tiang menggunakan modul 40kW dengan biaya per watt yang lebih rendah berdasarkan biaya seluruh mesin. Faktanya, semakin banyak modul sistem, semakin kecil dampak kegagalan modul tunggal pada keseluruhan sistem. Pemilik mobil tidak perlu menanggung risiko waktu pengisian daya yang lama karena ketersediaan sistem yang berkurang. Ketika operator tiang pengisian daya membuat alokasi cerdas pengisian daya yang fleksibel, mereka mengharapkan granularitas modul menjadi lebih kecil, yang lebih mudah untuk dijadwalkan dan dialokasikan, mengurangi pemborosan daya, dan kegagalan tunggal memiliki dampak yang lebih kecil pada ketersediaan sistem, dan persyaratan untuk ketepatan waktu operasi dan pemeliharaan juga akan berkurang. Oleh karena itu, tata letak perusahaan arus utama saat ini relatif lengkap, dan cakupan pasar terutama adalah produk 30/40kW.
Pada bulan November 2022, Sinexcel Electric berhasil meluncurkan modul pengisian daya DC 50kW pertama di Tiongkok, yang dilengkapi dengan perangkat inti SICMOS di dalamnya, dengan efisiensi maksimum lebih dari 97%, dan telah memperoleh sertifikat penjualan untuk pasar domestik.
Pada Konferensi Operator Tumpukan Pengisian Internasional China Ketiga tahun 2022, Eurotron merilis produk ACDC 75KW untuk pertama kalinya, dengan tegangan keluaran hingga 1000V DC dan efisiensi puncak 97%.
3. Diversifikasi Metode Pembuangan Panas
Arah pengembangan teknologi modul pengisian daya saat ini, dari perspektif metode pembuangan panas, secara garis besar dibagi menjadi tiga kategori produk: satu adalah modul tipe ventilasi langsung, yang merupakan tipe produk utama di pasaran dan diproduksi oleh semua perusahaan modul; satu adalah modul tipe saluran udara independen dan isolasi berisi lem, yang pertama diwakili oleh UUGREENPOWER, dan yang terakhir diwakili oleh INFYPOWER dan Tonhe Elect; satu adalah modul pengisian daya pembuangan panas pendingin cairan penuh, yang diwakili oleh INFYPOWER dan HUAWEI.
Ketiga jenis produk modul pengisian daya memiliki karakteristik iterasi teknis, dan karena prinsip penggunaan ekonomis, metode pembuangan panas ditingkatkan dan dioptimalkan. Bagi perusahaan yang mengoperasikan tiang pengisian daya, tingkat kegagalan tiang pengisian daya dan gangguan kebisingan merupakan dua masalah utama. Di antara keduanya, tingkat kegagalan tiang pengisian daya secara langsung memengaruhi profitabilitas situs dan pengalaman pengguna. Alasan utama kegagalan tiang pengisian daya adalah kegagalan modul pengisian daya. Modul berpendingin udara merupakan jenis produk yang paling banyak digunakan saat ini.
4. Teknologi Arus Tinggi dan Tegangan Tinggi
Seiring dengan peningkatan jarak tempuh secara bertahap, tantangan seperti memperpendek waktu pengisian daya dan mengurangi biaya penggunaan perlu dihadapi. Tugas utamanya adalah mengoptimalkan ukuran modul untuk mencapai peningkatan daya. Karena daya tumpukan pengisian daya terutama bergantung pada superposisi daya modul pengisian daya, dan dibatasi oleh volume produk, ruang lantai, dan biaya produksi, hanya menambah jumlah modul bukan lagi solusi terbaik. Oleh karena itu, cara meningkatkan daya satu modul tanpa menambah volume tambahan telah menjadi masalah teknis yang harus segera diatasi oleh produsen modul pengisian daya.
Peralatan pengisian daya DC mencapai kemampuan pengisian daya cepat yang luar biasa melalui teknologi arus tinggi dan tegangan tinggi. Dengan peningkatan tegangan dan daya secara bertahap, hal ini mengedepankan persyaratan yang lebih ketat pada pengoperasian yang stabil, pembuangan panas yang efisien, dan efisiensi konversi modul pengisian daya, yang tidak diragukan lagi menimbulkan tantangan teknis yang lebih tinggi bagi produsen modul pengisian daya.
Menghadapi permintaan pasar akan pengisian daya cepat berdaya tinggi, produsen modul pengisian daya perlu terus berinovasi dan meningkatkan teknologi dasar serta membangun hambatan teknologi inti mereka sendiri. Ini akan menjadi kunci persaingan pasar di masa mendatang. Hanya dengan menguasai teknologi inti, kita dapat menjadi tak terkalahkan dalam persaingan pasar yang ketat.
(1) Rute arus tinggi: tingkat promosi rendah dan persyaratan tinggi untuk manajemen termal. Menurut hukum Joule (rumus Q=I2Rt), peningkatan arus akan sangat meningkatkan panas yang dihasilkan selama pengisian daya, yang menempatkan tuntutan tinggi pada pembuangan panas. Misalnya, solusi pengisian cepat arus tinggi Tesla, tumpukan pengisian daya super V3-nya memiliki arus operasi puncak lebih dari 600A, yang memerlukan penggunaan rangkaian kabel yang lebih tebal. Pada saat yang sama, ia memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk teknologi pembuangan panas, dan hanya dapat mencapai daya pengisian maksimum 250kW pada SOC 5%-27%, dan pengisian daya yang efisien tidak sepenuhnya tercakup. Saat ini, produsen mobil domestik belum membuat perubahan khusus yang besar pada solusi pembuangan panas, dan tumpukan pengisian daya arus tinggi sangat bergantung pada sistem yang dibangun sendiri, yang memiliki biaya promosi yang tinggi.
(2) Rute tegangan tinggi: Ini adalah mode yang saat ini umum diadopsi oleh produsen mobil, yang dapat memperhitungkan keuntungan dari pengurangan konsumsi energi, peningkatan masa pakai baterai, pengurangan berat, dan penghematan ruang. Saat ini, karena resistansi tegangan perangkat daya IGBT berbasis silikon, solusi pengisian cepat yang umum diadopsi oleh perusahaan mobil adalah platform tegangan tinggi 400V, yaitu, daya pengisian 100kW dapat dicapai dengan arus 250A (pengisian daya 100kW selama 10 menit dapat menempuh jarak sekitar 100km). Sejak Porsche meluncurkan platform tegangan tinggi 800V (mencapai daya 300KW dan mengurangi rangkaian kabel tegangan tinggi hingga setengahnya), perusahaan mobil besar telah memulai penelitian dan tata letak platform tegangan tinggi 800V. Dibandingkan dengan platform 400V, platform tegangan 800V memiliki arus operasi yang lebih kecil, yang menghemat volume rangkaian kabel dan mengurangi kehilangan resistansi internal sirkuit, sehingga meningkatkan kepadatan daya dan efisiensi energi secara terselubung.
5. Persyaratan Keandalan Semakin Tinggi
Di bawah tekanan biaya rendah, tiang pengisi daya masih menghadapi tantangan besar untuk menjadi aman, andal, dan stabil. Karena tiang pengisi daya dipasang di luar ruangan, debu, suhu, dan kelembapan tidak terlindungi dengan baik, dan lingkungannya relatif keras. Dalam kondisi kerja khusus seperti lintang tinggi, suhu dingin, dan ketinggian tinggi, persyaratan kinerja modul pengisi daya sangat tinggi.
Saat ini, modul 15 kW terutama menghilangkan panas dengan pendinginan udara paksa, yang pasti menimbulkan gangguan seperti debu, gas korosif, dan kelembapan. Oleh karena itu, kegagalan modul terutama terkonsentrasi pada fenomena "ledakan panas" yang disebabkan oleh lingkungan. Untuk mengatasi konsekuensi buruk dari pendinginan udara paksa, pendinginan alami (terutama mengandalkan heat sink) adalah salah satu opsi efektif yang memungkinkan.
6. Teknologi Pengisian Daya Dua Arah V2G
Selain fungsi tradisional pengisian daya kendaraan listrik, modul pengisian daya juga mengembangkan teknologi pengisian daya dua arah. Pengembangan modul dua arah semakin memungkinkan teknologi V2G dan teknologi V2H untuk direalisasikan, yang memainkan peran positif dalam pemangkasan puncak dan pengisian lembah, penyeimbangan beban daya, dan peningkatan efisiensi tumpukan pengisian daya.
Kebijakan integrasi penyimpanan dan pengisian daya fotovoltaik menyediakan desain kebijakan tingkat atas untuk pengisian daya yang cerdas dan teratur serta pengisian dan pengosongan daya dua arah, dan menentukan arah bagi stasiun pengisian daya untuk berpartisipasi dalam pengaturan puncak dan lembah jaringan, pembangkit listrik virtual, transaksi agregat, dan pengisian daya dan penyimpanan terintegrasi. Namun, ini tidak dapat dipisahkan dari fondasi perangkat keras modul pengisian daya V2G dua arah. Produsen domestik pertama yang melakukan pra-penelitian modul pengisian daya V2G dua arah adalah Inframerah. Saat ini, pangsa pasar modul V2G Inframerah berada dalam keunggulan absolut, dan tumpukan pengisian daya V2G dalam sistem jaringan listrik adalah satu-satunya.
7. Operasi dan Pemeliharaan Cerdas
Ada banyak tantangan di pasar operasi pengisian daya saat ini. Pertama, biaya operasi dan pemeliharaan stasiun pengisian daya tinggi. Bagi operator yang menggunakan peralatan pengisian daya dengan tingkat kegagalan tinggi, biaya operasi dan pemeliharaan melebihi 10% dari pendapatan operasional. Kecerdasan yang tidak memadai menyebabkan perlunya inspeksi rutin, investasi besar dalam tenaga kerja operasi dan pemeliharaan, dan operasi dan pemeliharaan yang tidak tepat waktu juga akan menyebabkan pengalaman pengisian daya pengguna yang buruk; kedua, siklus hidup peralatan pendek, dan daya dan tegangan tumpukan pengisian daya yang dibangun pada tahap awal tidak dapat memenuhi kebutuhan evolusi pengisian daya kendaraan masa depan, membuang-buang investasi awal operator; ketiga, efisiensi rendah memengaruhi pendapatan operasional; keempat, tumpukan pengisian daya DC berisik, yang secara langsung memengaruhi pemilihan lokasi stasiun. Untuk mengatasi titik masalah fasilitas pengisian daya dan mengikuti tren perkembangan industri.
Ambil contoh modul pengisian daya cepat Huawei HUAWEI HiCharger DC. Dalam hal pengoperasian dan pemeliharaan yang cerdas, modul pengisian daya cepat HUAWEI HiCharger DC juga menghadirkan fitur-fitur bernilai baru bagi pelanggan. Melalui data suhu yang dikumpulkan oleh sensor internal dan dikombinasikan dengan algoritma kecerdasan buatan, HUAWEI HiCharger dapat mengidentifikasi penyumbatan pada layar debu tumpukan pengisian daya dan status penyumbatan pada kipas modul, serta mengingatkan operator dari jarak jauh untuk menerapkan pemeliharaan yang akurat dan dapat diprediksi, sehingga menghilangkan inspeksi di tempat yang sering dilakukan.
Untuk mengatasi masalah kebisingan, modul pengisian daya cepat HUAWEI HiCharger DC menyediakan mode senyap untuk aplikasi lingkungan yang sensitif terhadap kebisingan. Pada saat yang sama, suhu sensor dalam modul dipantau untuk menyesuaikan kecepatan kipas secara akurat sesuai dengan perubahan suhu sekitar. Saat suhu sekitar turun, kecepatan kipas berkurang, mengurangi kebisingan dan mencapai suhu rendah serta kebisingan rendah.
Modul pengisian daya cepat HUAWEI HiCharger DC mengadopsi teknologi pengisian lem penuh dan perlindungan isolasi penuh untuk mengatasi masalah modul pengisian daya berpendingin udara yang mudah terpengaruh oleh lingkungan dan rusak. Melalui uji akumulasi debu dan kelembapan tinggi, uji semprotan garam tinggi yang dipercepat, dan uji keandalan jangka panjang di Hainan, Xishuangbanna, Dunhuang, Lhasa, dan berbagai bidang lainnya, keandalan modul dalam skenario sulit telah diverifikasi, yang sangat mengurangi biaya pengoperasian dan perawatan operator.
Sebagai iterasi baru dari modul pengisian daya generasi sebelumnya, versi luar negeri dari modul pengisian daya cepat DC 20 kW memiliki efisiensi maksimum 96.55%, dan versi domestik 30 kW memiliki efisiensi maksimum 96.4%. Melalui penerapan topologi yang dipatenkan secara efisien, algoritma kontrol yang efisien, dan perangkat dengan kerugian rendah untuk mengurangi kerugian, desain saluran udara yang halus, pengaturan kecepatan kipas yang tepat, mengurangi kerugian tambahan yang disebabkan oleh pembuangan panas, dan mencapai efisiensi modul yang optimal.
