充电桩的分类方法多种多样,按照不同的充电技术分类,充电桩可分为直流充电,交流充电,无线充电等,当前主流充电模式为交流充电和直流充电。
交流桩
交流充电桩是固定安装在电动汽车外与电网连接,为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动汽车上的充电机)提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。相当于只是起了一个控制电源的作用的。交流充电的特点为充电功率小、充电时间长,但充电设备成本低。
交流充电桩结构简单,主要有控制主板、电能输入输出回路、充电连接器、人机交互单元等部件组成。最核心的是主板,主板占成本接近30%,其次为枪线及壳体,成本占比也分别为30%左右。以盛弘股份7KW交流桩为例,其输入电压为AC220V±20%,额定输出电压为AC220V,额定输出功率为7KW,额定输出电流为32A,主板除了计量电能还提供输入过欠压保护、输入过电流保护、防浪涌保护、输出短路保护、过温保护、防反灌保护、电池主动保护、紧急停机等保护功能。
市场格局方面,目前以家庭私有桩为主的交流充电桩主要玩家为挚达科技、星星充电、科大智能、循道等企业。根据中国充电产业联盟的统计数据,到2021年底,全国私人充电桩145万根,根据挚达科技2021年公布数据,其私人充电桩出货35万根,数量占有率24%,全国第一;全国充电服务覆盖最广的家庭/社区充电服务提供商,服务城市超过350个。
直流桩
直流充电桩基本构成包括:功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等。功率单元是指直流充电模块,控制单元是指充电桩控制器。除以上核心部件外,一个直流充电桩还有其他的一些重要小部件,如钣金件、熔断器、继电器和防雷装置等。直流充电桩本身作为一种系统集成产品,除了“直流充电模块”和“充电桩控制器”这两个组件构成了技术核心之外,结构设计也是整桩可靠性设计的关键点之一。
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直流充电桩输入电压为380V,功率通常在60KW以上,充满电状态仅需要20-150分钟。直流充电桩适合对充电时间要求较高的场景,如出租车、公交车、物流车等运营车充电站,以及乘用车公共充电桩。 单个的充电模块(一般为15kW,最新技术能做到40KW)不能满足功率要求,需要多个充电模块并联在一起工作,需要有CAN总线来实现多个模块的均流,实现大功率大电流充电。盛弘股份直流一体机充电功率能做到240KW,输出电压范围在200V-750V,输出电流最大能到720A。
交流桩、直流桩对比
交流充电桩需要借助车载充电机来充电,直流快速充电桩不需要这个设备。二者在充电速度上差别较大,一辆纯电动汽车(普通电池容量)完全放电后通过交流充电桩充满需要8个小时,而通过直流快速充电桩仅需要20到150分钟。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入,由于车载充电机的功率并不大,所以不能实现快速充电。直流快速充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接,可以为非车载电动汽车的动力电池提供直流电源的供电装置,直流充电桩可以提供足够的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求。
直流模块
充电模块的性能不仅直接影响充电桩整体性能,也关联着充电安全问题。同时,充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上,也是充电桩的关键技术核心之一。随着近年来电动汽车电池容量的提升,充电倍率的提升,充电模块市场发展趋势逐渐向大功率发展。目前,我国充电模块已历经三代发展,从第一代7.5kW到第二代15/20kW,现在正处于第二代到第三代30/40kW的转换期,国内厂商英飞源、永联、优优绿能和电王快充等企业已具备批量生产使用40kW充电模块能力,大功率充电模块已然成为市场主流。当前国内市场,20kW模块占据市场容量比例约为60%左右,其余容量大比例由30kW占据,及部分40kW模块。
目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式:三相三线制三电平VIENNA,英可瑞,英飞源,艾默生,麦格米特,盛弘,通合等均采用此拓扑结构。
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目前市场上主流充电模块厂家为深圳的英可瑞、华为、英飞源、深圳维谛技术(艾默生)、优优绿能、盛弘、科士达、中恒电气、通合电子、奥特迅,英耐杰等。
IGBT功率开关是充电模块的关键组成部分,是在充电过程中起着电力转换与传输作用的核心器件,占据充电模块成本的20%以上,目前对IGBT的进口依赖度较高。中国本土IGBT模块生产龙头仅有斯达半导一家,而IGBT器件本土厂商有士兰微、新洁能、比亚迪、中车时代等,国内IGBT产业集中度较高。
充电桩成本构成
充电桩建设的主要成本是充电桩硬件设备的成本,占比90%以上。其中充电模块是充电桩的核心设备和主要成本来源,占新能源汽车充电桩硬件成本的45%-55%。
充电设备厂商
充电设备端的技术门槛相对较低,产品标准化程度较高,供应商数量多,因此市场竞争较充分。由于设备门槛低,充电桩整机制造商与元器件生产商、中下游的建造运营商有部分重合。比如特锐德虽主要负责充电桩的运营,但也进行充电设备元器件的生产,普天新能源和特斯拉的业务也兼顾了充电桩的整机制造和运营。
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来源:未来智库