1. Pengenalan kepada Modul Pengecasan
1.1 Pembangunan Cerucuk Mengecas
Industri cerucuk pengecasan telah berkembang selama lebih daripada sepuluh tahun dan telah memasuki era pertumbuhan pesat. 2006-2015 ialah peringkat embrio industri cerucuk pengecasan China. Pada tahun 2006, BYD menubuhkan stesen pengecasan kereta pertama di ibu pejabatnya di Shenzhen. Pada tahun 2008, stesen pengecasan berpusat pertama di China telah dibina semasa Sukan Olimpik Beijing. Pada peringkat ini, longgokan pengecasan kebanyakannya dibina oleh kerajaan, dan modal perusahaan sosial tidak masuk. 2015-2020 ialah tempoh pertumbuhan awal longgokan pengecasan. Selepas kerajaan mengeluarkan "Garis Panduan Pembangunan Infrastruktur Mengecas Kenderaan Elektrik (2015-2020)" pada 2015, ia menarik beberapa modal sosial untuk memasuki industri cerucuk pengecasan. Dari masa ini, industri cerucuk pengecasan secara rasminya mempunyai ciri-ciri modal sosial. 2020-setakat ini ialah tempoh pertumbuhan utama bagi longgokan pengecasan. Dalam tempoh ini, kerajaan telah mengeluarkan beberapa dasar untuk menyokong pengecasan cerucuk. Pada Mac 2021, pengecasan telah dimasukkan dalam pembinaan infrastruktur baharu, merangsang perusahaan industri untuk mengembangkan lagi kapasiti dan meningkatkan pengeluaran. Setakat ini, industri cerucuk pengecasan masih dalam tempoh pertumbuhan utama, dan bilangan cerucuk pengecasan dijangka terus berkembang dengan pesat.
1.2. Pengenalan kepada syarikat modul pengecasan
Daripada jenis modul semasa, modul pengecasan sedia ada termasuk modul pengecasan ACDC, modul pengecasan DCDC dan modul pengecasan V2G dwiarah. ACDC digunakan untuk buasir pengecasan satu arah, yang merupakan modul pengecasan yang paling banyak digunakan dan paling banyak digunakan. DCDC digunakan untuk pengecasan fotovoltaik bateri dan pengecasan bateri kenderaan, dan digunakan dalam projek storan dan pengecasan fotovoltaik atau projek penyimpanan dan pengecasan. Modul pengecasan V2G adalah untuk menyelesaikan fungsi interaktif grid kenderaan masa hadapan atau keperluan pengecasan dua hala bagi stesen janakuasa tenaga.
Daripada perhubungan bekalan buasir pengecasan, modul pengecasan terbahagi terutamanya kepada dua kategori, satu ialah jenis pengeluaran sendiri dan penggunaan sendiri, diwakili oleh TELD, Sinexcel Electric, KSTAR, dll.; yang satu lagi ialah jenis bekalan, diwakili oleh INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect, SZWINLINE, HUAWEI, Shenzhen Megmeet, ENSDS, dsb.
1.3 Pasaran modul pengecasan
Tiga pengeluar modul teratas dari segi penghantaran modul pada 2022 ialah INFYPOWER, Teladian dan Youyou Green Energy. Antaranya, INFYPOWER menyumbang terutamanya untuk pasaran luar negara dan syarikat grid kuasa. Teladian, sebagai pengendali pengecasan domestik terkemuka, menduduki separuh daripada pasaran domestik, diikuti oleh UUGREENPOWER, SZWINLINE, HUAWEI, dsb.
Saiz dan bahagian pasaran modul pada 2023. Menurut ringkasan tahunan dan analisis perbandingan setiap syarikat, dalam jumlah pasaran modul pengecasan termasuk semua peserta pada 2023, lima syarikat teratas dari segi bahagian pasaran ialah: INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect , SZWINLINE, Sinexcel Electric; berbanding dengan 2023, Teknologi Tonghe telah mencapai kemajuan yang jelas. Satu-satunya perkara yang tidak berubah ialah INFYPOWER, yang telah lama berada di bahagian atas senarai, telah mengekalkan bahagian pasaran lebih daripada 33%.
2. Pengenalan Kepada Trend Pembangunan Modul Pengecasan
Dengan kemunculan kenderaan elektrik berskala besar, longgokan pengecasan mudah jelas tidak dapat menyokong pembangunan kenderaan elektrik berskala besar, dan laluan teknologi rangkaian pengecasan telah menjadi konsensus dalam industri pengecasan kenderaan tenaga baharu. Ia mudah untuk membuat longgokan pengecasan, tetapi sangat rumit untuk membuat teknologi rangkaian pengecasan. Rangkaian pengecasan ialah sistem ekologi silang industri dan silang profesional, melibatkan sekurang-kurangnya 10 bidang teknologi seperti elektronik kuasa, kawalan penghantaran, data besar, platform awan, kecerdasan buatan, Internet industri, pengedaran pencawang, kawalan persekitaran pintar, sistem penyepaduan, dan operasi dan penyelenggaraan pintar. Penyepaduan mendalam teknologi ini boleh memastikan integriti sistem rangkaian pengecasan.
Halangan teknikal teras modul pengecasan terletak pada reka bentuk struktur topologi dan keupayaan penyepaduan. Komponen utama modul pengecasan ialah peranti kuasa, komponen magnetik, perintang dan kapasitor, cip, PCB, dll. Apabila modul pengecasan berfungsi, kuasa AC tiga fasa diperbetulkan oleh litar pembetulan faktor kuasa aktif (PFC) dan menjadi kuasa DC untuk membekalkan litar penukaran DC/DC. Algoritma perisian pengawal bertindak pada suis kuasa semikonduktor melalui litar pemacu untuk mengawal voltan keluaran dan arus modul pengecasan, dengan itu mengecas pek bateri. Struktur dalaman modul pengecasan adalah kompleks, dan satu produk mengandungi bilangan komponen yang agak besar. Reka bentuk struktur topologi secara langsung menentukan kecekapan dan prestasi produk, dan reka bentuk struktur pelesapan haba menentukan kecekapan pelesapan haba produk, yang mempunyai ambang teknikal yang tinggi.
Sebagai produk elektronik kuasa dengan ambang teknikal yang tinggi, modul pengecasan perlu mempertimbangkan banyak parameter untuk mencapai kualiti yang tinggi, seperti: volum, jisim, kaedah pelesapan haba, voltan keluaran, arus, kecekapan, ketumpatan kuasa, bunyi bising, operasi suhu, kehilangan siap sedia, dsb. Sebelum ini, buasir pengecasan mempunyai kuasa yang rendah dan kualiti yang buruk, dan keperluan untuk modul pengecasan tidak tinggi. Walau bagaimanapun, di bawah trend kuasa tinggi, modul pengecasan berkualiti rendah akan menyebabkan masalah besar dalam peringkat operasi cerucuk pengecasan seterusnya dan meningkatkan kos operasi dan penyelenggaraan seterusnya. Oleh itu, keperluan syarikat cerucuk pengecasan untuk kualiti modul pengecasan dijangka terus meningkat, dan keperluan yang lebih tinggi akan diletakkan pada keupayaan teknikal pengeluar modul pengecasan.
2.1. Penyeragaman modul pengecasan
Penyeragaman modul pengecasan sentiasa bertambah baik. Grid Negeri telah mengeluarkan spesifikasi reka bentuk piawai untuk mengecas cerucuk dan modul pengecasan dalam sistem:
(1) Mengecas cerucuk "enam penyatuan": prestasi elektrik bersatu, susun atur struktur bersatu, reka bentuk komponen khas bersatu, pemilihan peranti umum bersatu, struktur penampilan bersatu, dan pemasangan peralatan bersatu;
Produk Tonghe Technology adalah terutamanya modul kuasa malar lebar voltan tinggi 20kW dan modul kuasa malar lebar voltan tinggi 30kW dan 40kW yang memenuhi piawaian "enam penyatuan" Grid Negeri;
(2) Mengecas modul "tiga penyatuan": saiz penampilan modul bersatu, antara muka pemasangan modul bersatu, dan protokol komunikasi modul bersatu. Penyeragaman spesifikasi reka bentuk modul pengecasan dan pengecasan sedikit sebanyak telah menyelesaikan masalah keserasian produk yang lemah di pasaran pada masa lalu, dan secara berkesan akan menggalakkan perkembangan pesat industri cerucuk pengecasan.
2.2 Modul pengecasan berkembang ke arah kuasa tinggi
Kuasa modul pengecasan tunggal telah berkembang secara beransur-ansur daripada 3kW, 7.5kW dan 15kW awal kepada 20kW, 30kW dan 40kW semasa, dan terus bergerak ke arah tahap kuasa yang lebih tinggi seperti 50kW, 60kW dan 100kW. Peningkatan kuasa ini bukan sahaja bermakna lebih banyak kuasa boleh dikeluarkan setiap unit masa, tetapi juga meningkatkan nilai dan keuntungan produk modul pengecasan dengan ketara. Dengan kemajuan teknologi dan pengembangan berterusan pasaran, industri modul pengecasan akan terus membawa lebih banyak peluang pembangunan.
Sebagai contoh, dalam pasaran cerucuk pengecasan semasa di mana kuasa pistol tunggal ialah 60-120KW, modul 15KW juga boleh memenuhi permintaan pasaran, tetapi banyak syarikat cerucuk menggunakan modul 40kW dengan kos per watt yang lebih rendah berdasarkan kos keseluruhan mesin. Malah, lebih banyak modul sistem terdapat, lebih kecil kesan kegagalan modul tunggal pada keseluruhan sistem. Pemilik kereta tidak perlu menanggung risiko masa pengecasan yang dilanjutkan kerana ketersediaan sistem yang berkurangan. Apabila pengendali cerucuk mengecas membuat peruntukan pintar pengecasan yang fleksibel, mereka menjangkakan butiran modul menjadi lebih kecil, yang lebih mudah untuk menjadualkan dan memperuntukkan, mengurangkan pembaziran kuasa, dan kegagalan tunggal mempunyai kesan yang kurang terhadap ketersediaan sistem, dan keperluan untuk ketepatan masa. operasi dan penyelenggaraan juga akan dikurangkan. Oleh itu, susun atur semasa syarikat arus perdana agak lengkap, dan liputan pasaran terutamanya produk 30/40kW.
Pada November 2022, Sinexcel Electric berjaya melancarkan modul pengecasan DC 50kW pertama di China, yang dilengkapi dengan peranti teras SICMOS di dalamnya, dengan kecekapan maksimum lebih daripada 97%, dan telah memperoleh sijil jualan untuk pasaran domestik.
Pada Persidangan Operator Cerucuk Pengecasan Antarabangsa China Ketiga 2022, Eurotron mengeluarkan produk ACDC 75KWnya buat kali pertama, dengan voltan keluaran sehingga 1000V DC dan kecekapan puncak 97%.
3. Kepelbagaian Kaedah Pelesapan Haba
Arah pembangunan semasa teknologi modul pengecasan, dari perspektif kaedah pelesapan haba, secara kasar dibahagikan kepada tiga kategori produk: satu ialah modul jenis pengudaraan langsung, yang merupakan jenis produk arus perdana di pasaran dan dihasilkan oleh semua syarikat modul ; satu ialah saluran udara bebas dan modul jenis pengasingan yang dipenuhi gam, yang pertama diwakili oleh UUGREENPOWER, dan yang kedua diwakili oleh INFYPOWER dan Tonhe Elect; satu ialah modul pengecasan pelesapan haba penyejuk cecair penuh, diwakili oleh INFYPOWER dan HUAWEI.
Tiga jenis produk modul pengecasan mempunyai ciri lelaran teknikal, dan disebabkan oleh prinsip penggunaan ekonomi, kaedah pelesapan haba diperbaiki dan dioptimumkan. Bagi syarikat pengecas cerucuk, kadar kegagalan pengecasan cerucuk dan gangguan bunyi adalah dua masalah utama. Antaranya, kadar kegagalan longgokan pengecasan secara langsung mempengaruhi keuntungan tapak dan pengalaman pengguna. Sebab utama kegagalan buasir pengecasan adalah kegagalan modul pengecasan. Modul penyejuk udara ialah jenis produk yang paling banyak digunakan pada masa ini.
4. Teknologi Arus Tinggi Dan Voltan Tinggi
Apabila perbatuan semakin meningkat, cabaran seperti memendekkan masa pengecasan dan mengurangkan kos penggunaan perlu dihadapi. Tugas utama adalah untuk mengoptimumkan saiz modul untuk mencapai peningkatan kuasa. Memandangkan kuasa cerucuk pengecasan bergantung terutamanya pada superposisi kuasa modul pengecasan, dan dihadkan oleh volum produk, ruang lantai dan kos pembuatan, hanya menambah bilangan modul bukan lagi penyelesaian terbaik. Oleh itu, bagaimana untuk meningkatkan kuasa modul tunggal tanpa meningkatkan volum tambahan telah menjadi masalah teknikal yang perlu diatasi dengan segera oleh pengeluar modul pengecasan.
Peralatan pengecasan DC mencapai keupayaan pengecasan pantas yang sangat baik melalui teknologi arus tinggi dan voltan tinggi. Dengan peningkatan voltan dan kuasa secara beransur-ansur, ini mengemukakan keperluan yang lebih ketat pada operasi yang stabil, pelesapan haba yang cekap dan kecekapan penukaran modul pengecasan, yang sudah pasti menetapkan cabaran teknikal yang lebih tinggi untuk pengeluar modul pengecasan.
Menghadapi permintaan pasaran untuk pengecasan pantas berkuasa tinggi, pengeluar modul pengecasan perlu terus berinovasi dan meningkatkan teknologi asas serta membina halangan teknologi teras mereka sendiri. Ini akan menjadi kunci kepada persaingan pasaran masa hadapan. Hanya dengan menguasai teknologi teras kita tidak dapat dikalahkan dalam persaingan pasaran yang sengit.
(1) Laluan arus tinggi: tahap promosi rendah dan keperluan tinggi untuk pengurusan haba. Mengikut undang-undang Joule (formula Q=I2Rt), peningkatan arus akan meningkatkan haba yang dijana semasa pengecasan, yang menyebabkan permintaan tinggi terhadap pelesapan haba. Sebagai contoh, penyelesaian pengecasan pantas arus tinggi Tesla, cerucuk pengecas super V3nya mempunyai arus operasi puncak lebih daripada 600A, yang memerlukan penggunaan abah-abah pendawaian yang lebih tebal. Pada masa yang sama, ia mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk teknologi pelesapan haba, dan hanya boleh mencapai kuasa pengecasan maksimum 250kW pada 5% -27% SOC, dan pengecasan yang cekap tidak dilindungi sepenuhnya. Pada masa ini, pengeluar kereta domestik tidak membuat perubahan besar yang disesuaikan kepada penyelesaian pelesapan haba, dan cerucuk pengecasan arus tinggi sangat bergantung pada sistem binaan sendiri, yang mempunyai kos promosi yang tinggi.
(2) Laluan voltan tinggi: Ini ialah mod yang biasa digunakan oleh pengeluar kereta pada masa ini, yang boleh mengambil kira kelebihan mengurangkan penggunaan tenaga, meningkatkan hayat bateri, mengurangkan berat badan dan menjimatkan ruang. Pada masa ini, disebabkan oleh rintangan voltan peranti kuasa IGBT berasaskan silikon, penyelesaian pengecasan pantas yang biasa digunakan oleh syarikat kereta ialah platform voltan tinggi 400V, iaitu, kuasa pengecasan 100kW boleh dicapai dengan arus 250A (100kW). pengecasan kuasa selama 10 minit boleh berjalan kira-kira 100km). Sejak Porsche melancarkan platform voltan tinggi 800V (mencapai kuasa 300KW dan mengurangkan abah-abah pendawaian voltan tinggi sebanyak separuh), syarikat kereta utama telah memulakan penyelidikan dan susun atur platform voltan tinggi 800V. Berbanding dengan platform 400V, platform voltan 800V mempunyai arus operasi yang lebih kecil, yang menjimatkan volum abah-abah pendawaian dan mengurangkan kehilangan rintangan dalaman litar, dengan itu meningkatkan ketumpatan kuasa dan kecekapan tenaga dalam penyamaran.
5. Keperluan Kebolehpercayaan Semakin Tinggi Dan Tinggi
Di bawah tekanan kos rendah, pengecasan cerucuk masih menghadapi cabaran besar untuk selamat, boleh dipercayai dan stabil. Memandangkan cerucuk pengecas dipasang di luar, habuk, suhu dan kelembapan tidak dilindungi dengan baik, dan persekitarannya agak keras. Di bawah keadaan kerja khas seperti latitud tinggi, sejuk tinggi dan ketinggian tinggi, keperluan prestasi modul pengecasan adalah sangat tinggi.
Pada masa ini, modul 15kW terutamanya menghilangkan haba dengan penyejukan udara paksa, yang tidak dapat dielakkan membawa gangguan seperti habuk, gas menghakis dan lembapan. Oleh itu, kegagalan modul terutamanya tertumpu pada fenomena "letupan panas" yang disebabkan oleh persekitaran. Untuk mengatasi akibat buruk penyejukan udara paksa, penyejukan semula jadi (terutamanya bergantung pada sink haba) adalah salah satu pilihan yang mungkin berkesan.
6. Teknologi Pengecasan Dwi Arah V2G
Selain fungsi tradisional mengecas kenderaan elektrik, modul pengecasan juga membangunkan teknologi pengecasan dua arah. Pembangunan modul dwiarah telah membolehkan teknologi V2G dan teknologi V2H direalisasikan, memainkan peranan positif dalam pencukuran puncak dan pengisian lembah, mengimbangi beban kuasa, dan meningkatkan kecekapan pengecasan cerucuk.
Dasar penyepaduan penyimpanan dan pengecasan fotovoltaik menyediakan reka bentuk dasar peringkat atas untuk pengecasan pintar dan teratur serta pengecasan dan penyahcasan dua arah, dan menentukan hala tuju stesen pengecasan untuk mengambil bahagian dalam peraturan puncak grid dan lembah, loji kuasa maya, urus niaga agregat dan pengecasan bersepadu dan penyimpanan. Walau bagaimanapun, ini tidak dapat dipisahkan daripada asas perkakasan modul pengecasan V2G dua arah. Pengilang domestik terawal untuk pra-penyelidikan modul pengecasan V2G dua hala ialah Inframerah. Pada masa ini, bahagian pasaran modul Inframerah V2G berada dalam kelebihan mutlak, dan longgokan pengecasan V2G dalam sistem grid kuasa adalah satu-satunya.
7. Pengendalian dan Penyelenggaraan Pintar
Terdapat banyak cabaran dalam pasaran operasi pengecasan semasa. Pertama, kos operasi dan penyelenggaraan stesen pengecasan adalah tinggi. Bagi pengendali yang menggunakan peralatan pengecasan dengan kadar kegagalan yang tinggi, kos operasi dan penyelenggaraan melebihi 10% daripada pendapatan operasi. Perisikan yang tidak mencukupi membawa kepada keperluan untuk pemeriksaan biasa, pelaburan besar dalam operasi dan tenaga kerja penyelenggaraan, dan operasi dan penyelenggaraan yang tidak pada masanya juga akan membawa kepada pengalaman pengecasan pengguna yang lemah; kedua, kitaran hayat peralatan adalah pendek, dan kuasa dan voltan cerucuk pengecasan yang dibina pada peringkat awal tidak dapat memenuhi keperluan evolusi pengecasan kenderaan masa depan, membazirkan pelaburan awal pengendali; ketiga, kecekapan rendah menjejaskan pendapatan operasi; keempat, buasir pengecasan DC adalah bising, yang secara langsung mempengaruhi pemilihan tapak stesen. Untuk menyelesaikan masalah kesakitan kemudahan pengecasan dan mengikuti trend pembangunan industri.
Ambil modul pengecasan pantas Huawei HUAWEI HiCharger DC sebagai contoh. Dari segi operasi dan penyelenggaraan pintar, modul pengecasan pantas HUAWEI HiCharger DC turut membawakan ciri nilai baharu kepada pelanggan. Melalui data suhu yang dikumpul oleh penderia dalaman dan digabungkan dengan algoritma kecerdasan buatan, HUAWEI HiCharger boleh mengenal pasti penyumbatan skrin habuk longgokan pengecasan dan keadaan menyekat kipas modul, dan dari jauh mengingatkan pengendali untuk melaksanakan penyelenggaraan yang tepat dan boleh diramal, menghapuskan pemeriksaan di tapak yang kerap.
Untuk menyelesaikan masalah hingar, modul pengecasan pantas HUAWEI HiCharger DC menyediakan mod senyap untuk aplikasi persekitaran sensitif hingar. Pada masa yang sama, suhu sensor dalam modul dipantau untuk melaraskan kelajuan kipas dengan tepat mengikut perubahan suhu ambien. Apabila suhu ambien menurun, kelajuan kipas berkurangan, mengurangkan hingar dan mencapai suhu rendah dan hingar rendah.
Modul pengecasan pantas HUAWEI HiCharger DC menggunakan pengisian gam penuh dan teknologi perlindungan pengasingan penuh untuk menyelesaikan masalah modul pengecasan penyejuk udara mudah terjejas oleh persekitaran dan gagal. Melalui pengumpulan habuk dan ujian kelembapan tinggi, ujian semburan garam tinggi yang dipercepatkan, dan ujian kebolehpercayaan jangka panjang di Hainan, Xishuangbanna, Dunhuang, Lhasa dan bidang lain, kebolehpercayaan jangka panjang modul dalam senario yang teruk telah disahkan, yang sangat mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan pengendali.
Sebagai lelaran baharu modul pengecasan generasi sebelumnya, modul pengecasan pantas 20kW DC versi luar negara mempunyai kecekapan maksimum 96.55%, dan versi domestik 30kW mempunyai kecekapan maksimum 96.4%. Melalui aplikasi topologi berpaten yang cekap, algoritma kawalan yang cekap dan peranti kehilangan rendah untuk mengurangkan kerugian, reka bentuk saluran udara yang lancar, peraturan kelajuan kipas yang tepat, mengurangkan kerugian tambahan yang disebabkan oleh pelesapan haba, dan mencapai kecekapan optimum modul.
