能用10年的充电桩,你见过吗?-电动汽车观察家

能用10年的充电桩,你见过吗?

能用10年的充电桩,你见过吗?
 
12月1日在深圳,延期了近1个月的第五届充电桩展会顺利召开,在这个疫情反复的时间下,不论是展商规模还是观众人气,超乎我的意料,比预想中好很多,大家的热情丝毫没有受疫情影响。
  
我用了一天时间逛完了全部,也和很多新老朋友做了交流,先将我的观展总结分享给大家:
 
1、市场依旧火爆。不仅是观众比较多,而且都比较专业,另一方面也看到了不少以前都没听过的新公司进入这个行业,有新人进入证明行业还在上升期。
 
2、出口火爆。得益于全球新能源市场爆发,尤其是欧洲市场,上半年欧洲整体的新能源汽车市场持续创新高,销量突破100万辆,再加上欧洲各国的充电桩补贴很高,而在疫情的影响下唯有中国的供应商是齐全且稳定的,多重刺激下面向海外的充电桩产品出口火爆。
 
3、产品同质化严重。不论是交流桩还是直流桩,大部分企业做的产品严重同质化,结构差不多,外观也差不多。
 
4、价格战继续,没有最低只有更低。直流桩一瓦突破3毛以下,交流充电桩现场有企业打出只要598元一台,这种价格战的恶性循环还会持续一段时间。
 
5、产品外观普遍“丑”,缺乏设计。看了那么多充电桩产品,大多数从外观上缺少工业设计,样子都差不多,傻大笨粗,颜值太低。反过来这也正是同质化带来的价格战,在价格战下还要啥颜值。
 
6、缺少在使用环节的价值体现。大部分产品仅仅满足能充电而已,并没有过多考虑客户在什么场景下使用,需要什么功能,为什么要你的产品。同时在车主端使用体验上的关注就更少了,这是陷入内卷竞争的结果。
 
不过在现场也还是发现了一些比较有意思的产品,比如:度普新能源的储能充电一体化充电桩,蔚宇电气的半集成直流桩,趣电的充放电一体交流枪,阳光电源IDC120kW集成桩,快电带来的车位解决方案等等。
 
这里让我最感兴趣的还是阳光电源120kW集成桩,这个桩跟我们市面上见到的不太一样:
 
1、寿命长。这款桩设计寿命20年,使用寿命10年没问题,这在充电桩行业还没人吹这个牛。
2、体积小,颜值高。比市面上常见的120kW直流桩体积小很多,颜值在线。
3、集成化的结构设计。将控制与功率模块完全封装在箱体前部,后部独立风道散热,与市面常见的模块式充电桩很不一样。
 

图为阳光电源120kW集成桩

现在市面上的快充桩质量参差不齐,故障率高,寿命短,为什么阳光电源能用10年,是什么勇气敢让他们吹这个牛。
 
在和阳光电源充电事业部副总裁阳岳丰深度交流后,我大概有了答案。
 
1
为什么这么做?
 
为什么做成集成化?这是我脑海中第一个蹦出来的问题,他们的研发导向逻辑是怎么制定的。
 
因为目前传统快充桩主要采用模块式和分体式的结构设计,所谓模块式是用20-30kw的功率模块并联,将控制模块和功率模块放在机柜内,而分体式是将控制模块和功率模块放置在后端的配电箱内,充电桩只是个充电端口而已,特来电的群管群控是典型设计。
 
阳岳丰首先给集成桩做了一个定义,就是将除充电电缆和车辆插头、人机交互外的所有其他基本构成单元置于密闭的柜(箱)内,将功率变换单元集成为一体,采用独立散热系统对柜(箱)体内热流进行处理的充电机。
 
图为120kW集成桩内部结构示意图
至于为什么这么设计的回答也是简单直接,他说:“我们在设计之初就在想谁来买我们的产品?他会怎么用?市场上的产品有哪些不足的地方?这是我们做预研时面临的第一个问题,快充桩一般都是拿来做运营的,是一个生产资料,这个基本属性就要求产品一定要满足“安全稳定、故障率低、长寿命、维护成本低”等特点,我们最后总结的关键词是“保护资产,提升收益””。
 
“再就是阳光电源本身是做光伏逆变器起家的,专注电力电子转换技术20多年,与充电桩的技术原理是相通的,光伏产品本身的特点也是在户外使用,而且必须长寿命,一般都要求25年,与充电桩的使用场景也有相似之处,因此集团的产研思路和技术积累也给了我们很多帮助和启发。最后是我本人做电力电子行业也已经20多年,对这方面的技术了解比较深刻”,阳岳丰继续补充了2点。
 
集成化之后带来的好处也是显而易见,主要表现有3点:
 
一个人想活的长寿,有2大因素决定:先天基因和后天环境,先天基因差后天环境再好也没用,反过来也是如此,所以寿命=先天基因*后天环境,2个因素都高才能有长寿命。做产品也是如此,充电桩也一样。
 
阳岳丰举了一个非常生动的例子。
 
集成桩是如何做到设计寿命20年的,首先从基因入手。在底层就要保证所有元器件的电压应力、电流应力、热应力、机械应力都在寿命评估的要求范围内,可靠的理论计算模型和测试手段必不可少
 
其次是环境因素,有污染的环境会大幅压缩产品预期寿命。对于充电桩来说,大环境里很难排除雨水、粉尘、盐雾等污染物,躲不开,那我们就做个好的小环境。集成充电桩整机采用独立风道设计方案,设备内部器件与外部环境隔离,完全防止尘埃和水汽进入,给设备内部营造了良好的小环境,提高了产品的环境寿命系数。通过同时提高基因寿命和环境因素,得到高寿命的产品。
 
阳光电源有20多年户外大功率电源的设计和应用经验,具备完善的产品寿命设计及评估体系,综合了研发能力、检测能力、供应链能力、制造能力、质量管理能力等,集成桩一开始就在非常完备的平台上进行培育,体质强健。
 
阳岳丰继续补充道:“现在大家普遍采用的还是基于通信电源的技术路线,这方面在寿命与可靠性上是有上限的,很难突破它的天花板,这就无法达到我们可靠长寿命的目标要求。”
 
2
最难的还是热管理
 
既然现有技术走不通,这就要求阳光电源重新设计充电桩的产品结构,为此阳岳丰的团队借鉴了集团光伏逆变器的组串式方案,并且专门开发了HiL仿真工具以及一系列的辅助开发工具,这些工具完全自主开发,属于独门秘籍。
 
一切的源头从模拟仿真开始,自下而上,逐层仿真:
 
  • 最底层的器件级建模仿真,包括器件、电路、热管理、机械应力等。
  • 中间层的整机建模仿真,包括整机的优化与防护。
  • 顶层的站级系统仿真,光储充不同系统之间的融合、优化调度。
完成这些仿真后,就是各种试验与验证,包括:真实场站验证、100%老化试验、防水实验、沙尘实验、EMC电磁兼容实验、高低温实验、热管理实验等等上千个测试项目。
 
所谓集成桩与传统模块式的区别在于,传统模块式的直流桩控制模块与电源模块分别放置,控制模块与其他开关件在机柜前面,电源模块是一个一个堆置在机柜侧面或后面。
 
集成桩则是将控制模块与电源模块这些电子电气件完全密封在机柜前面,机柜后面是独立散热风道。因为这种前后隔离的结构设计,带来的好处是防水等级提升到IP65,整机可直接水洗,同时也保护了电子电气件不受外界污染,有效提高稳定性与寿命。
 

图为120kW集成桩内部散热示意图
“集成化之后还有一个好处是减少了走线和接插件数量,这些也是保证稳定长寿命的因素,所以简单理解就是把所有可能影响稳定和寿命的因素都一个个控制住”,阳岳丰说。
 
而在研发过程中最难的还是热管理,这其实也是所有电源类产品都面临的问题。热管理做不好会加速元器件老化,从而提高故障率,影响最终的产品寿命。在这方面阳岳丰在采访时表示,一开始的仿真精度就很难,其次是在过程中的不断优化,最终他们采取的是独立风道强制散热。
 
不同于传统充电桩的模块散热加整机散热的结构,阳光电源的集成化设计导致散热风道非常平顺,且只有一组直流散热风扇,而且位于中间位置,使得充电桩工作期间噪音更小,成本更低,效率也大大提高。
 
在采访之前我跟很多业内朋友关于集成化方案有过交流,大家最为关心2个问题,一是售后成本,因为是集成化的,一旦出现问题好不好维修,成本会不会很高;一是可扩展问题,充电桩在往更大功率方向去发展,那么这种集成化方案还能不能扩展?未来能否支持更大功率?
 
关于这2个问题,阳岳丰给出了回答。首先他认为如果经常出问题那证明产品设计是失败的,充电桩就应该是即插即用的,平时不需要什么维护,顶多脏了用水冲一冲。如果真的坏了,阳光电源会提供备用新机,坏的机器返场维修后再给客户装上。
 
其次是可扩展问题,目前在现有这代方案里是无法靠后期扩展模块来提高充电功率的,但是在集成化产品序列里,阳光电源也在研发更大功率的充电桩。
 
同时阳岳丰认为充电功率也不会无限制提高,目前120kW可以适配主流车型,未来200kW的充电功率会是一个比较合适的功率段。
 
3
集成化会是趋势吗?
 
所谓一人不为众,独木不成林。阳光电源选择的集成化技术路线会是未来的发展趋势吗?
 
阳岳丰给的回答是肯定的,他认为将来的充电桩一定是往更大功率、更高能量密度、更智慧、更友好的方向发展,而且一定要非常的轻巧精致和美观好用,就像我们的家用电器一样,想想电视机从当年的大屁股发展到现在这么超薄一样。
 
要想做到这些集成化必然会是一种技术路线趋势,目前阳光电源已经在牵头参与制定集成化充电桩的相关标准。
 
在给这款集成桩产品评估先进性上,阳岳丰则认为这应该是全球首款120kW集成化充电桩,而且阳光电源已经申请了全球专利。
 
如果别人也想如此设计,阳岳丰认为首先他要掌握电力电子技术,其次是整桩的技术,还要做大量的资金投入,阳光电源在这一款设备上的投入接近上亿元,加上中央研究院的研发同事我们投入了上百人的研发团队,历时2年时间才开发出来。
 
谈及潜在的竞争对手,阳岳丰给的回答让我有些意外。
 
“我认为真正的竞争对手在深圳,人才多,企业多,创业精神浓厚。国际企业不用太考虑,我在外企做过,比较了解他们的情况,还有另一个原因是在电力电子应用层面,中国人已经做的非常好了”,从阳岳丰的回答和眼神中我看到了他的笃定。
 
阳光电源看似是跨界新势力,但实际上他们从2016年就开始了充电桩的项目研发,截止目前已经有80余人的专属研发团队,属于典型的闷头憋大招。
 
现在阳光电源120kW集成桩已经开始批量供货,并且已经在多地进行落地,一款产品的好坏客户和时间最终会给出答案。
图为120kW集成桩实际落地项目
 
阳光电源在技术路线上的深入思考和创新是值得学习的。引领变革有时候真的不是你看得见的竞争对手,跨界来的才最可怕,他们采用一种完全不同的思路,降维打击也好,或是用下一代产品来打现在的产品也好,这是挑战者想获得一席之地的唯一出路。
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