根据中国充电联盟和中汽协的数据显示,截至今年11月底,全国充电桩数量达到1235.2万台,同比增长50%。并且2024年全年,新能源汽车国内销量1286.6万辆,同比增长35.5%,渗透率突破40%。新能源汽车越来越多的走进千家万户,而消费者考虑的核心因素无不涉及续航问题,新能源汽车高效的补能需求就变得越来越重要。
随着新能源汽车市场的蓬勃发展和车辆电池容量、充电速率不断提升,充电功率无疑已成为推动市场发展的一项关键指标。国内外车企为了提升用户充电体验,纷纷提高充电功率,推出高压快充车型,代表车型充电的峰值功率超过400kW。当前各主机厂新推出的高端车型都支持800V的高压快充,高压快充车型数量逐渐增加,根据相关机构预测预计到2026年,高压快充车型数量大于1300万辆以上,对大功率的充电需求会快速增加。
充电桩方面,目前单桩功率已逐步从前几年的120kW以下向160-480kW及更大功率快充桩、超充堆方向发展。但由于充电桩的功率提升主要依赖于充电模块的功率叠加,且受限于产品体积、占地面积及制造成本,单纯增加模块数量已不再是最佳方案。因此,如何在不增加额外体积的情况下,提升单个模块的功率密度,成为充电模块厂商亟需攻克的技术难题。
在此背景下,大功率充电设备对充电模块提出了更高的技术要求。作为电动汽车充换电行业最核心的产品,充电模块在国内也已经发展了十几年。在这个过程中,充电模块从模拟电路发展到数字电路,从100V逐渐发展到突破1000V,从恒流发展到宽恒功率,从10kW发展到现在40kW及以上。这些都是大家关注的,并且看得见的。其实还有一条很多人忽视的发展,就是模块的功率密度。
2016年行业内主要应用15kW充电模块,功率密度是32W/in³,后来陆续有了20kW/30kW充电模块,功率密度提升到了45W/in³。2021年,行业内开始推出40kW模块,功率密度60W/in³。此后的几年时间直到现在,虽然出现了更大的功率如60kW以上的模块,但是功率密度再没有迎来较大的突破。
功率密度停滞不前,提高功率等级变成了毫无意义的方案堆叠,难以提升性价比、效率、性能等指标。因此功率密度的提升不仅体现了技术的创新和进步,还带来了性能的提升和应用的拓展,因此被视为先进性的代表。更高功率密度的充电模块将带来以下优势:
一、更高的性价比
单瓦成本降低一直是推动功率密度进步的核心因素。从BOM简单来说,功率提升一倍,器件数量并不会翻一倍,而是依靠器件的进步、设计的升级来实现的,因此更能从方案上实现更高的性价比。
二、更灵活的方案设计
充电模块作为充电桩的核心器件,不光占整桩成本的40%以上,体积的比例也大致相当。往往充电模块的宽度和深度也决定了充电桩的宽度和深度。同功率下体积缩小,将更有利于充电桩的结构方案设计。既节省了材料,又能设计出外观更优美,结构更合理的柜体。
三、更优的电气性能
高功率密度的电子设备通常具有更低的导通电阻和开关损耗,能够减少能量在传输和转换过程中的损耗,从而提高整体能效。
通合科技一直致力于行业技术突破,在2024年底正式发布超高功率密度—78W/in3的三统一尺寸40kW充电模块,采用成熟SiC方案设计,相比现在行业平均水平提升了30%,对应体积缩小30%,重量减轻25%。并且和同尺寸30kW充电模块完全兼容,方便迭代,同时支持0待机功耗功能,可节省整机交流输入接触器!
高功率密度设计最大的挑战就是散热设计,模块的设计也存在木桶效应,整体能力会受短板的限制。可以看到下图最左侧是行业内非常成熟的40kW三风机的产品,散热是比较均衡的,但是如果原封不动的把尺寸压缩到两个风机,散热压力就会过大,根本实现不了。通合科技通过对设计方案积累的经验、特殊的设计来实现更均衡的散热布局,最终得到最右侧的效果,使“木桶盛水更多”。
这款产品同样采用了通合科技独有的双面灌胶方案。通合基于设计各类电源二十余年的经验积累,判断充电模块更适宜双面灌胶方案。传统的三防+点胶方案只能做局部防护。而充电模块在室外长时间运行后,传统方案存在以下隐患:一是、三防喷涂无法处理元器件尖角部分,由于散热器等遮挡,一些器件引脚喷不到。二是、三防寿命有限,长时间老化后盐雾会扩散进内部。三是、点胶无法覆盖全部贴片件,部分贴片件包括铜箔被散热器遮挡。
若采用单面灌胶方案,有一定改进效果,但防护还是有无法补足的短板。通合科技自2021年在业内推广双面灌胶方案。适用于环境恶劣场景。通过采用黏性较好的硅酮橡胶在PCB四周围挡,再用流动性较好的有机硅胶覆盖整个PCB,灌胶厚度达到2.5mm。可以完全覆盖住贴片件及其他器件引脚。并且采用包含DSP控制板在内的全自动双面灌胶技术。相比行业内常见的手动或半自动灌胶,全自动灌胶减少了PCB在制造环节的失效风险(比如搬运过程PCB变形、灌胶厚度不一致影响散热等),提高了生产效率,保证了产品的一致性。
通合科技凭借着卓越非凡的技术实力,精准直击行业痛点,适时发布超高功率密度充电模块新品,不断创新发展,长期致力于推动充电模块技术变革和充电设施行业高质量发展。在新能源电能替代的大时代背景下,面对大功率快充的市场需求,充电模块厂商需要不断创新与升级技术,构建自身的核心技术壁垒,这将成为未来市场竞争的关键所在,只有掌握了核心技术,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。