Trend razvoja novih mogućnosti u industriji modula za punjenje energetskih vozila

1. Pregled razvoja industrije modula za punjenje

Moduli za punjenje su osnova DC punjača za vozila na novu energiju. Kako stopa penetracije i vlasništvo nad vozilima na novu energiju u Kini nastavlja rasti, potražnja za punjačima 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 efikasnosti punjenja, tržišna skala DC brzih punjača i modula za punjenje nastavlja se širiti.

2. Tehnički nivo i karakteristike industrije modula za punjenje električnih vozila

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

Što se tiče snage pojedinačnih modula, industrija novih modula za punjenje energijom iskusila je razvoj proizvoda od 7,5 kW u 2014. godini, konstantne struje 20A i 15 kW u 2015. godini, te konstantne snage 25A i 15 kW u 2016. godini. Trenutni moduli za punjenje koji se koriste u mainstream primjenama su 20 kW i 30 kW. Rješenja s jednim modulom i konverzija na 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, Državna elektroenergetska kompanija (State Grid) izdala je verziju iz 2017. godine pod nazivom „Standardi za kvalifikaciju i provjeru sposobnosti dobavljača opreme za punjenje električnih vozila“, u kojoj 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 uglavnom dizajniraju module za 200-750 V i ispunjavaju zahtjeve za konstantnu snagu. 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 kompanije su realizovale ponudu DC modula za punjenje sa 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 njihova zapremina ne može proporcionalno proširiti. Stoga su povećanje frekvencije preključivanja i integracija magnetskih komponenti postali važno sredstvo za povećanje gustoće snage.

Što se tiče efikasnosti modula za punjenje, velike kompanije u industriji novih modula za punjenje energijom uglavnom imaju maksimalnu vršnu efikasnost od 95%-96%. U budućnosti, s razvojem elektronskih komponenti kao što su uređaji za napajanje treće generacije i popularizacijom električnih vozila sa 800V ili čak i više, sa visokonaponskom platformom, očekuje se da će industrija uvesti proizvode sa vršnom efikasnošću 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 pritisak odvođenja topline dalje povećava, nedostaci hlađenja zrakom, ograničeni kapacitet odvođenja topline i visoka buka, dodatno će postati očigledni. Opremanje modula za punjenje i linije pištolja tekućinskim hlađenjem postalo je glavno rješenje. tehnički smjer.

3. Tehnološki napredak ubrzava razvojne mogućnosti prodiranja novih energetskih industrija

Posljednjih godina, nova tehnologija u energetskoj industriji nastavila je napredovati i ostvarivati ​​​​proboje, a povećanje stope penetracije promoviralo je kontinuirani razvoj industrije modula za punjenje uzvodno. Značajno povećanje gustoće energije baterija riješilo je problem nedovoljnog dometa vozila s novim energetskim pogonom, a primjena modula za punjenje velike snage znatno je skratila vrijeme punjenja, čime se ubrzava prodiranje vozila s novim energetskim pogonom i izgradnja potpornih stupova za punjenje. U budućnosti se očekuje da će integracija i produbljivanje primjene tehnologija kao što su optičko skladištenje i integracija punjenja te integracija V2G mreže vozila dodatno ubrzati prodiranje novih energetskih industrija i popularizaciju potrošnje.

4. Konkurentsko okruženje 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 širom svijeta, potrošači su sve više zabrinuti zbog dometa punjenja i praktičnosti punjenja. Tržišna potražnja za DC brzim punjačima za punjenje je eksplodirala, a domaće tržište rada s punjačima je poraslo od . U ranim danima, State Grid je bio glavna snaga u diverzificiranom razvoju. Brojni operateri društvenog kapitala s proizvodnim i operativnim mogućnostima opreme za punjenje brzo su se pojavili. Domaći proizvođači modula za punjenje nastavili su širiti svoju proizvodnju i prodaju za izgradnju potpornih punjača, a njihova sveobuhvatna konkurentnost je nastavila jačati.

Trenutno, nakon godina iteracije proizvoda i razvoja modula za punjenje, konkurencija u industriji je dovoljna. Glavni proizvodi se razvijaju u smjeru visokog napona i visoke gustoće snage, a tržišni prostor proizvoda je velik. Preduzeća u industriji uglavnom ostvaruju veći tržišni udio i nivo profita kontinuiranim poboljšanjem topologije proizvoda, algoritama upravljanja, optimizacijom hardvera i proizvodnih sistema 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 efikasnosti konverzije.

1) Prelazak vođen politikom ka preokretu vođenom potražnjom

Kako bi se podržao i promovirao razvoj vozila na nove energetske pogone, izgradnju šipova za punjenje u ranoj fazi uglavnom je vodila vlada, te je postepeno usmjeravala razvoj industrije prema endogenom modelu vožnje kroz podršku politikama. Od 2021. godine, brzi razvoj vozila na nove energetske pogone postavio je ogromne zahtjeve za izgradnju pratećih objekata i šipova za punjenje. Industrija šipova za punjenje završava transformaciju od politike do potražnje.

Suočeni sa sve većim brojem vozila na novu energiju, pored povećanja gustine rasporeda punjača, vrijeme punjenja mora se dodatno skratiti. DC punjačski stubovi imaju veće brzine punjenja i kraće vrijeme punjenja, što je pogodnije za privremene i hitne potrebe punjenja korisnika električnih vozila i može efikasno 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 porasla i postala glavni trend u mnogim centralnim gradovima Kine.

Ukratko, s jedne strane, kako broj vozila na novu energiju nastavlja rasti, potrebno je kontinuirano poboljšavati potpornu konstrukciju stubova za punjenje. S druge strane, korisnici električnih vozila uglavnom se odlučuju za brzo punjenje istosmjernom strujom. Stubovi 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 efikasnost konverzije

Takozvano brzo punjenje znači veliku snagu punjenja. Stoga, s obzirom na rastuću potražnju za brzim punjenjem, moduli za punjenje nastavljaju se razvijati u smjeru velike snage. Velika snaga punjača postiže se na dva načina. Jedan je paralelno povezivanje više modula za punjenje kako bi se postigla superpozicija snage; drugi je povećanje pojedinačne snage modula za punjenje. Na osnovu 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 periodu tranzicije od druge generacije do treće generacije od 30/40 kW. Moduli za punjenje velike snage postali su glavni tok na tržištu. Istovremeno, na osnovu principa dizajna miniaturizacije, gustoća snage modula za punjenje također se povećavala istovremeno s povećanjem nivoa snage.

Postoje dva puta za postizanje većeg nivoa snage DC brzog punjenja: povećanje napona i povećanje struje. Rješenje za punjenje visokom strujom prvi je usvojila kompanija Tesla. Prednost je u tome što su troškovi optimizacije komponenti niži, ali visoka struja će donijeti veći gubitak topline i visoke zahtjeve za odvođenje topline, a deblje žice smanjuju praktičnost i u manjoj mjeri promoviraju toplinu. Visokonaponsko rješenje je povećanje maksimalnog radnog napona modula za punjenje. Trenutno je to model koji često koriste proizvođači 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 kompanije visokonaponska platforma od 400 V. Istraživanjem i primjenom platforme napona od 800 V, nivo napona modula za punjenje će se dodatno poboljšati.

Poboljšanje efikasnosti konverzije je tehnički pokazatelj kojem moduli za punjenje uvijek teže. Poboljšanje efikasnosti konverzije znači veću efikasnost punjenja i manje gubitke. Trenutno je maksimalna vršna efikasnost modula za punjenje uglavnom 95%~96%. U budućnosti, s razvojem elektronskih komponenti kao što su uređaji za napajanje treće generacije i kretanjem izlaznog napona modula za punjenje prema 800V ili čak 1000V, efikasnost konverzije će se dodatno poboljšati.

(3) Vrijednost modula za punjenje električnih vozila se povećava

Modul za punjenje je osnovna komponenta DC punjača, što čini oko 50% hardverskih troškova punjača. Poboljšanje efikasnosti punjenja u budućnosti uglavnom zavisi od poboljšanja performansi modula za punjenje. S jedne strane, više modula za punjenje povezanih paralelno će direktno povećati vrijednost modula za punjenje; s druge strane, poboljšanje nivoa snage i gustine snage pojedinačnog modula za punjenje zavisi od optimizovanog dizajna hardverskih kola i upravljačkog softvera, kao i od tehnologije ključnih komponenti. Proboji, ovo 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 oblast koja integriše tehnologiju topologije kola, digitalnu tehnologiju, magnetnu tehnologiju, tehnologiju komponenti, tehnologiju poluprovodnika i tehnologiju termalnog dizajna. To je tehnološki intenzivna industrija. Kao srce DC punjača, modul za punjenje direktno određuje efikasnost punjenja, operativnu stabilnost, sigurnost i pouzdanost punjača, a njegov značaj i vrijednost su izuzetni. Proizvod zahtijeva velika ulaganja resursa i stručnjaka, od istraživanja i razvoja tehnologije do primjene terminala. Kako odabrati elektronske komponente i raspored, nadogradnja i iteracija softverskog algoritma, tačno razumijevanje scenarija primjene i zrele mogućnosti platforme za kontrolu kvaliteta i testiranje, sve će to uticati na kvalitet i stabilnost proizvoda. Novim učesnicima u industriji je teško da akumuliraju različite tehnologije, osoblje i podatke o scenarijima primjene u kratkom vremenskom periodu, a imaju i visoke tehničke barijere.