1. Uvod v polnilni modul
1.1 Razvoj polnilnega pilota
Industrija polnilnih pilotov raste že več kot deset let in je vstopila v obdobje hitre rasti. 2006–2015 je bila embrionalna faza kitajske industrije polnilnih pilotov. Leta 2006 je BYD postavil prvo polnilno postajo za avtomobile na svojem sedežu v Shenzhenu. Leta 2008 je bila med olimpijskimi igrami v Pekingu zgrajena prva centralizirana polnilna postaja na Kitajskem. Na tej stopnji je polnilne pilote v glavnem zgradila vlada, kapital socialnih podjetij pa ni vstopil. 2015–2020 je bilo zgodnje obdobje rasti polnilnih pilotov. Potem ko je država leta 2015 izdala »Smernice za razvoj infrastrukture za polnjenje električnih vozil (2020–2015)«, je pritegnila nekaj socialnega kapitala za vstop v industrijo polnilnih kupov. Od tega trenutka ima industrija polnilnih pilotov uradno lastnosti socialnega kapitala. Od leta 2020 do danes je ključno obdobje rasti polnilnih pilotov. V tem obdobju je vlada izdala več politik za podporo polnilnih pilotov. Marca 2021 je bilo polnjenje vključeno v gradnjo nove infrastrukture, kar je industrijska podjetja spodbudilo k nadaljnjemu širjenju zmogljivosti in povečanju proizvodnje. Zaenkrat je industrija polnilnih pilotov še vedno v ključnem obdobju rasti in pričakuje se, da bo število polnilnih pilotov še naprej hitro raslo.
1.2. Uvod v podjetja polnilnih modulov
Od trenutne vrste modula obstoječi polnilni moduli vključujejo polnilni modul ACDC, polnilni modul DCDC in dvosmerni polnilni modul V2G. Za enosmerne polnilne kupe se uporablja ACDC, ki je najbolj razširjen in najbolj razširjen polnilni modul. DCDC se uporablja za fotovoltaično polnjenje baterij in polnjenje baterij vozil ter se uporablja v projektih fotonapetostnega shranjevanja in polnjenja ali projektih shranjevanja in polnjenja. Polnilni modul V2G je namenjen reševanju prihodnje interaktivne funkcije vozila in omrežja ali potreb dvosmernega polnjenja energetskih elektrarn.
Iz razmerja dobave polnilnih pilotov so polnilni moduli v glavnem razdeljeni v dve kategoriji, ena je vrsta samoproizvodnje in samouporabe, ki jo predstavljajo TELD, Sinexcel Electric, KSTAR itd .; druga je vrsta dobave, ki jo predstavljajo INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect, SZWINLINE, HUAWEI, Shenzhen Megmeet, ENSDS itd.
1.3 Trg polnilnih modulov
Trije največji proizvajalci modulov glede na pošiljke modulov v letu 2022 so INFYPOWER, Teladian in Youyou Green Energy. Med njimi INFYPOWER v glavnem skrbi za čezmorske trge in podjetja za elektroenergetska omrežja. Teladian kot vodilni domači polnilni operater zaseda polovico domačega trga, sledijo mu UUGREENPOWER, SZWINLINE, HUAWEI itd.
Velikost in delež trga modulov v letu 2023. Glede na letni povzetek in primerjalno analizo vsakega podjetja je na celotnem trgu polnilnih modulov, vključno z vsemi udeleženci v letu 2023, prvih pet podjetij glede na tržni delež: INFYPOWER, UUGREENPOWER, Tonhe Elect , SZWINLINE, Sinexcel Electric; V primerjavi z letom 2023 je Tonghe Technology očitno napredovala. Nespremenjeno je le to, da je INFYPOWER, ki je že dolgo na vrhu lestvice, ohranil več kot 33-odstotni tržni delež.
2. Uvod v razvojni trend polnilnih modulov
S pojavom velikih električnih vozil preprosti polnilni piloti očitno ne morejo podpreti razvoja velikih električnih vozil, tehnološka pot polnilnega omrežja pa je postala soglasje v industriji polnjenja novih energetskih vozil. Izdelava polnilnih kupov je enostavna, zelo zapletena pa je izdelava tehnologije polnilnega omrežja. Omrežje za polnjenje je medpanožni in medpoklicni ekološki sistem, ki vključuje vsaj 10 področij tehnologije, kot so močnostna elektronika, dispečerski nadzor, veliki podatki, platforma v oblaku, umetna inteligenca, industrijski internet, distribucija transformatorskih postaj, inteligentni okoljski nadzor, sistem integracija ter inteligentno delovanje in vzdrževanje. Globoka integracija teh tehnologij lahko zagotovi celovitost sistema polnilnega omrežja.
Glavne tehnične ovire polnilnega modula so v zasnovi topološke strukture in integracijskih zmožnostih. Ključne komponente polnilnega modula so napajalne naprave, magnetne komponente, upori in kondenzatorji, čipi, tiskana vezja itd. Ko polnilni modul deluje, trifazno izmenično napajanje popravi vezje aktivne korekcije faktorja moči (PFC) in postane enosmerno napajanje za napajanje pretvorbenega vezja DC/DC. Programski algoritem krmilnika deluje na polprevodniško vklopno stikalo prek pogonskega vezja za nadzor izhodne napetosti in toka polnilnega modula, s čimer se polni baterijski paket. Notranja struktura polnilnega modula je zapletena in en sam izdelek vsebuje relativno veliko število komponent. Zasnova topološke strukture neposredno določa učinkovitost in zmogljivost izdelka, zasnova strukture za odvajanje toplote pa določa učinkovitost odvajanja toplote izdelka, ki ima visok tehnični prag.
Kot močnostni elektronski izdelek z visokim tehničnim pragom mora polnilni modul upoštevati številne parametre, da doseže visoko kakovost, kot so: prostornina, masa, način odvajanja toplote, izhodna napetost, tok, učinkovitost, gostota moči, hrup, delovanje temperatura, izguba stanja pripravljenosti itd. Prej so imeli polnilni piloti nizko moč in slabo kakovost, zahteve za polnilne module pa niso bile visoke. Vendar pa bodo zaradi trenda visoke moči polnilni moduli nizke kakovosti povzročili velike težave v naslednji fazi delovanja polnilnega pilota in povečali poznejše stroške delovanja in vzdrževanja. Zato je pričakovati, da se bodo zahteve podjetij, ki se ukvarjajo s polnilnimi napravami, glede kakovosti polnilnih modulov še povečale, višje zahteve pa bodo postavljene na tehnične zmogljivosti proizvajalcev polnilnih modulov.
2.1. Standardizacija polnilnega modula
Standardizacija polnilnih modulov se nenehno izboljšuje. Državno omrežje je izdalo standardizirane konstrukcijske specifikacije za polnilne pilote in polnilne module znotraj sistema:
(1) Polnilni kup "šest poenotenj": enotna električna zmogljivost, enotna strukturna postavitev, enotna zasnova posebnih komponent, enotna splošna izbira naprav, enotna struktura videza in enotna namestitev opreme;
Izdelki Tonghe Technology so večinoma 20kW visokonapetostni široki konstantni močnostni moduli in 30kW in 40kW visokonapetostni široki konstantni močnostni moduli, ki ustrezajo standardom državnega omrežja “šest poenotenj”;
(2) Polnilni modul »tri poenotenja«: enotna velikost videza modula, enoten vmesnik za namestitev modula in enoten komunikacijski protokol modula. Standardizacija konstrukcije polnilnih pilotov in polnilnih modulov je do neke mere rešila problem slabe združljivosti izdelkov na trgu v preteklosti in bo učinkovito spodbujala hiter razvoj industrije polnilnih pilotov.
2.2 Polnilni moduli se razvijajo v smeri visoke moči
Moč posameznega polnilnega modula se je postopoma razvila od zgodnjih 3kW, 7.5kW in 15kW do sedanjih 20kW, 30kW in 40kW ter se še naprej premika proti višjim nivojem moči, kot so 50kW, 60kW in 100kW. Ta nadgradnja moči ne pomeni le, da se lahko proizvede več moči na časovno enoto, ampak tudi znatno poveča vrednost in donosnost izdelkov polnilnih modulov. Z napredkom tehnologije in nenehnim širjenjem trga bo industrija polnilnih modulov še naprej odpirala več razvojnih priložnosti.
Na primer, na trenutnem trgu polnilnih pilotov, kjer je moč ene pištole 60-120KW, lahko 15KW modul prav tako zadosti tržnemu povpraševanju, vendar mnoga podjetja, ki uporabljajo pilote, uporabljajo 40kW module z nižjimi stroški na vat glede na ceno celotnega stroj. Dejstvo je, da več kot je sistemskih modulov, manjši je vpliv okvare posameznega modula na celoten sistem. Lastnikom avtomobilov ni treba nositi tveganja podaljšanega časa polnjenja zaradi zmanjšane razpoložljivosti sistema. Ko upravljavci polnilnih kupov izvajajo prilagodljivo inteligentno dodeljevanje polnjenja, pričakujejo, da bo razdrobljenost modula manjša, kar je lažje razporejati in dodeljevati, zmanjšati porabo energije, ena okvara pa manj vpliva na razpoložljivost sistema in zahteve po pravočasnosti. zmanjšalo se bo tudi delovanje in vzdrževanje. Zato je trenutna postavitev glavnih podjetij razmeroma popolna, trg pa pokrivajo predvsem izdelki 30/40 kW.
Novembra 2022 je Sinexcel Electric uspešno lansiral prvi 50kW DC polnilni modul na Kitajskem, ki je opremljen z jedrnimi napravami SICMOS v notranjosti, z največjo učinkovitostjo več kot 97 % in je pridobil prodajne certifikate za domači trg.
Na tretji kitajski mednarodni konferenci operaterjev polnilnih pilotov leta 2022 je Eurotron prvič izdal svoj 75KW ACDC izdelek z izhodno napetostjo do 1000 V DC in največjo učinkovitostjo 97 %.
3. Diverzifikacija metod odvajanja toplote
Trenutna razvojna smer tehnologije polnilnih modulov je z vidika metod odvajanja toplote v grobem razdeljena na tri kategorije izdelkov: ena je modul tipa neposrednega prezračevanja, ki je glavna vrsta izdelka na trgu in ga proizvajajo vsa podjetja za module. ; eden je neodvisni zračni kanal in izolacijski modul, napolnjen z lepilom, prvega predstavlja UUGREENPOWER, drugega pa INFYPOWER in Tonhe Elect; eden je modul za polnjenje s polnim tekočinskim hlajenjem in odvajanjem toplote, ki ga predstavljata INFYPOWER in HUAWEI.
Trije tipi izdelkov polnilnega modula imajo tehnične značilnosti ponovitve, zaradi načela ekonomične uporabe pa je metoda odvajanja toplote izboljšana in optimizirana. Za podjetja, ki upravljajo pilote, sta stopnja napak pri polnjenju pilotov in hrup dva glavna problema. Med njimi stopnja napak polnilnih kupov neposredno vpliva na donosnost spletnega mesta in uporabniško izkušnjo. Glavni razlog za odpoved polnilnih pilotov je okvara polnilnega modula. Zračno hlajeni modul je trenutno najbolj razširjena vrsta izdelka.
4. Tehnologija visokega toka in visoke napetosti
Ker se kilometrina postopoma povečuje, se je treba soočiti z izzivi, kot sta skrajšanje časa polnjenja in zmanjšanje stroškov uporabe. Primarna naloga je optimizirati velikost modula za doseganje nadgradenj moči. Ker je moč polnilnega kupa v glavnem odvisna od superpozicije moči polnilnih modulov in je omejena s prostornino izdelka, površino in proizvodnimi stroški, preprosto povečanje števila modulov ni več najboljša rešitev. Zato je vprašanje, kako povečati moč posameznega modula brez povečanja dodatne prostornine, postalo tehnični problem, ki ga morajo proizvajalci polnilnih modulov nujno rešiti.
Oprema za polnjenje z enosmernim tokom omogoča odlične zmogljivosti hitrega polnjenja s tehnologijo visokega toka in visoke napetosti. S postopnim naraščanjem napetosti in moči to postavlja strožje zahteve glede stabilnega delovanja, učinkovitega odvajanja toplote in učinkovitosti pretvorbe polnilnega modula, kar nedvomno postavlja višje tehnične izzive za proizvajalce polnilnih modulov.
Ob soočanju s tržnim povpraševanjem po hitrem polnjenju z visoko močjo morajo proizvajalci polnilnih modulov nenehno inovirati in nadgrajevati osnovno tehnologijo ter graditi lastne temeljne tehnološke ovire. To bo postalo ključ do prihodnje tržne konkurence. Samo z obvladovanjem osnovne tehnologije smo lahko nepremagljivi v hudi tržni konkurenci.
(1) Visoka tokovna pot: nizka stopnja napredovanja in visoke zahteve za toplotno upravljanje. V skladu z Joulovim zakonom (formula Q=I2Rt) bo povečanje toka močno povečalo toploto, ki nastane med polnjenjem, kar postavlja visoke zahteve glede odvajanja toplote. Na primer, Teslina visokotokovna rešitev za hitro polnjenje, njen kup superpolnilnikov V3 ima najvišji delovni tok več kot 600 A, kar zahteva uporabo debelejših kabelskih snopov. Hkrati ima višje zahteve glede tehnologije odvajanja toplote in lahko doseže le največjo moč polnjenja 250 kW pri 5%-27% SOC, učinkovito polnjenje pa ni v celoti pokrito. Domači proizvajalci avtomobilov trenutno niso naredili večjih prilagojenih sprememb rešitve za odvajanje toplote, visokotokovni polnilni piloti pa so močno odvisni od lastno izdelanih sistemov, kar ima visoke stroške promocije.
(2) Visokonapetostna pot: To je način, ki ga trenutno običajno uporabljajo proizvajalci avtomobilov, ki lahko upošteva prednosti zmanjšanja porabe energije, izboljšanja življenjske dobe baterije, zmanjšanja teže in prihranka prostora. Trenutno je zaradi napetostne odpornosti napajalnih naprav IGBT na osnovi silicija rešitev za hitro polnjenje, ki jo običajno uporabljajo avtomobilska podjetja, 400 V visokonapetostna platforma, kar pomeni, da je moč polnjenja 100 kW mogoče doseči s tokom 250 A (100 kW). z 10-minutnim polnjenjem lahko prevozite približno 100 km). Odkar je Porsche lansiral visokonapetostno platformo 800 V (z doseganjem moči 300 KW in zmanjšanjem visokonapetostnih kabelskih snopov za polovico), so velika avtomobilska podjetja začela raziskave in načrtovanje visokonapetostne platforme 800 V. V primerjavi s platformo 400 V ima platforma napetosti 800 V manjši obratovalni tok, kar prihrani prostornino kabelskega snopa in zmanjša izgubo notranjega upora vezja, s čimer izboljša gostoto moči in prikrito energetsko učinkovitost.
5.Zahteve glede zanesljivosti postajajo vedno višje
Pod pritiskom nizkih stroškov se polnilni piloti še vedno soočajo z velikimi izzivi, kako biti varni, zanesljivi in stabilni. Ker so polnilni piloti nameščeni na prostem, prah, temperatura in vlaga niso dobro zaščiteni, okolje pa je relativno ostro. V posebnih delovnih pogojih, kot so visoke zemljepisne širine, visok mraz in velika nadmorska višina, so zahteve glede zmogljivosti polnilnih modulov izjemno visoke.
Trenutno 15kW modul večinoma odvaja toploto s prisilnim zračnim hlajenjem, kar neizogibno prinaša motnje, kot so prah, jedki plini in vlaga. Zato so okvare modulov v glavnem koncentrirane v pojavu "vroče eksplozije", ki jo povzroča okolje. Za premagovanje škodljivih posledic prisilnega zračnega hlajenja je ena izmed možnih učinkovitih možnosti naravno hlajenje (predvsem s pomočjo hladilnih teles).
6. Tehnologija dvosmernega polnjenja V2G
Poleg tradicionalne funkcije polnjenja električnih vozil polnilni modul razvija tudi tehnologijo dvosmernega polnjenja. Razvoj dvosmernih modulov je dodatno omogočil uresničitev tehnologije V2G in tehnologije V2H, ki imata pozitivno vlogo pri britju vrhov in polnjenju doline, uravnoteženju obremenitve moči in izboljšanju učinkovitosti polnjenja kupov.
Politika integracije fotonapetostnega shranjevanja in polnjenja zagotavlja zasnovo politike na najvišji ravni za inteligentno in urejeno polnjenje ter dvosmerno polnjenje in praznjenje ter določa smer za sodelovanje polnilnih postaj pri regulaciji konic in nižin omrežja, virtualnih elektrarnah, agregiranih transakcijah in integriranem polnjenju in shranjevanje. Vendar so ti neločljivi od strojne osnove dvosmernih polnilnih modulov V2G. Infrardeči je prvi domači proizvajalec, ki je predhodno raziskal dvosmerne polnilne module V2G. Trenutno je tržni delež infrardečega modula V2G v absolutni prednosti, polnilni piloti V2G v sistemu električnega omrežja pa so edini.
7. Inteligentno delovanje in vzdrževanje
Na trenutnem trgu polnjenja je veliko izzivov. Prvič, stroški delovanja in vzdrževanja polnilnih postaj so visoki. Za operaterje, ki uporabljajo polnilno opremo z visokimi stopnjami napak, stroški delovanja in vzdrževanja presegajo 10 % prihodkov iz poslovanja. Nezadostna inteligenca vodi do potrebe po rednih pregledih, velikih naložbah v delovno silo za delovanje in vzdrževanje, nepravočasno delovanje in vzdrževanje pa bosta povzročila tudi slabo uporabniško izkušnjo zaračunavanja; drugič, življenjski cikel opreme je kratek, moč in napetost polnilnih pilotov, zgrajenih v zgodnji fazi, pa ne moreta zadovoljiti potreb po razvoju polnjenja prihodnjih vozil, kar zapravlja začetno naložbo operaterjev; tretjič, nizka učinkovitost vpliva na prihodke iz poslovanja; četrtič, polnilni piloti z enosmernim tokom so hrupni, kar neposredno vpliva na izbiro lokacije postaj. Da bi rešili boleče točke polnilnih naprav in sledili trendu razvoja industrije.
Za primer vzemimo modul za hitro polnjenje Huawei HUAWEI HiCharger DC. Kar zadeva inteligentno delovanje in vzdrževanje, HUAWEI HiCharger DC modul za hitro polnjenje strankam prinaša tudi nove funkcije. S pomočjo podatkov o temperaturi, ki jih zbirajo notranji senzorji in v kombinaciji z algoritmi umetne inteligence, lahko HUAWEI HiCharger prepozna blokado zaslona za prah polnilnega kupa in stanje blokade ventilatorja modula ter na daljavo opomni upravljavce, naj izvajajo natančno in predvidljivo vzdrževanje, s čimer odpravi pogosti pregledi na kraju samem.
Za rešitev problema s hrupom modul za hitro polnjenje HUAWEI HiCharger DC zagotavlja tihi način za aplikacije v okolju, občutljive na hrup. Hkrati se spremlja temperatura senzorja v modulu za natančno prilagajanje hitrosti ventilatorja glede na spremembo temperature okolja. Ko temperatura okolja pade, se hitrost ventilatorja zmanjša, kar zmanjša hrup in doseže nizko temperaturo in nizek hrup.
Hitri polnilni modul HUAWEI HiCharger DC uporablja tehnologijo popolne polnitve z lepilom in popolno izolacijsko zaščito za rešitev težave, da je zračno hlajeni polnilni modul zlahka pod vplivom okolja in odpove. S testi kopičenja prahu in visoke vlažnosti, pospešenimi testi z visoko soljo in dolgoročnimi testi zanesljivosti v Hainanu, Xishuangbanni, Dunhuangu, Lhasi in drugih poljih je bila preverjena dolgoročna zanesljivost modula v težkih scenarijih, kar močno zmanjša operaterjevi stroški delovanja in vzdrževanja.
Kot nova ponovitev prejšnje generacije polnilnih modulov ima prekomorska različica modula za hitro polnjenje 20kW DC največjo učinkovitost 96.55 %, domača različica 30kW pa največjo učinkovitost 96.4 %. Z uporabo učinkovite patentirane topologije, učinkovitega krmilnega algoritma in naprav z nizkimi izgubami za zmanjšanje izgub, gladko zasnovo zračnih kanalov, natančno regulacijo hitrosti ventilatorja zmanjšamo dodatne izgube zaradi odvajanja toplote in dosežemo optimalno učinkovitost modula.
