快充驅(qū)動(dòng)液冷充電技術(shù)的發(fā)展

一、背景在汽車電動(dòng)化趨勢的推動(dòng)之下，使用可循環(huán)充放電的動(dòng)力電池作為汽車主要能源已成為了該行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。但在電動(dòng)汽車的市場應(yīng)用過程中，由于其充電補(bǔ)能時(shí)間相對于傳統(tǒng)燃油車要長，同時(shí)由于動(dòng)力電池的能量密度等原因，常又使得整車的純電續(xù)航里程并不理想，這對于用戶而言里程焦慮、充電焦慮問題由此而生?；谝陨媳尘?，車企/相關(guān)供應(yīng)商通過多方探索后推出了符合當(dāng)下汽車發(fā)展階段的實(shí)施方案，將其總結(jié)主要可分為兩個(gè)階段，其一，在當(dāng)前技術(shù)背景之下，通過提高整車所搭載的動(dòng)力電池容量以解決純電下的續(xù)航里程不足問題，這也是周期最短并可快速應(yīng)用于市場的可行性方案。但隨著動(dòng)力電池容量的增加，整車?yán)m(xù)航問題雖得以緩解，可也進(jìn)一步導(dǎo)致了充電時(shí)間的延長，這使得充電焦慮問題更加突出，而對于新能源車輛而言充電的便利性和補(bǔ)能時(shí)間的長短是制約其快速發(fā)展重要因素之一。因此在階段一的基礎(chǔ)上，為了解決充電焦慮進(jìn)而推動(dòng)新能源汽車的滲透，當(dāng)前業(yè)內(nèi)采用了基本一致的方案，即通過快充方式對整車進(jìn)行補(bǔ)能，以此縮短充電時(shí)間。圖1

新能源電動(dòng)汽車主要問題及實(shí)施策略二、液冷充電技術(shù)在快充技術(shù)的推行之下，大功率充電將成為主流。而隨著高壓強(qiáng)流充電時(shí)代的到來，在充電過程中由于強(qiáng)電流的存在，將使得充電樁的發(fā)熱量遠(yuǎn)高于現(xiàn)階段的充電狀態(tài)，因此為了滿足更高功率下的整車充電需求，充電樁的線纜與連接器將隨和充電電流的提升變得更加笨重。而這更加笨重的充電槍與線纜對于體能差些的用戶將不那么友好。同時(shí)，充電模塊作為充電樁的核心單元，當(dāng)前其在熱量管理上多以強(qiáng)制風(fēng)冷為主，但由于充電功率的攀升，風(fēng)冷方式因散熱不均、散熱效果差、噪聲大等問題的存在使得其在實(shí)際應(yīng)用過程中的效果并不理想且還存在因散熱導(dǎo)致的安全隱患等問題。圖2

快充背景下充電樁若干問題為順應(yīng)行業(yè)及市場的發(fā)展，充電樁作為新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施也面臨著技術(shù)上的革新。于充電樁總成產(chǎn)品而言散熱是影響其性能的主要因素之一，因此可很好的解決產(chǎn)品運(yùn)行過程中散熱的熱管理將是其變革的主要方向之一。在強(qiáng)制風(fēng)冷無法滿足其大功率充電需求的背景之下，液冷以更高的散熱效率、更低的噪音以及更安全穩(wěn)定的性能成為了該行業(yè)當(dāng)前主流的發(fā)展方向。在當(dāng)前充電技術(shù)的應(yīng)用中，由于充電時(shí)電流的行徑是充電線纜與充電槍，因此在充電樁端液冷技術(shù)的應(yīng)用也還是針對于充電樁的線纜與充電槍而言。圖3

當(dāng)前充電樁端液冷技術(shù)的應(yīng)用在該液冷系統(tǒng)中主要包括液冷充電槍、液冷電纜、冷卻液以及液冷水泵四部分。其原理是通過在線纜與充電槍之間排布專用液冷管路，并在該管路內(nèi)加入如水、乙二醇水溶液、空調(diào)制冷劑或硅油等常用冷卻介質(zhì)，再通過液冷水泵的驅(qū)動(dòng)，讓管道內(nèi)的冷卻液循環(huán)流動(dòng)以此將熱量帶走，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的散熱。圖4

液冷充電技術(shù)原理液冷充電槍與液冷電纜是液冷充電樁總成的第二核心組件，在大功率充電需求的背景之下，采用液冷技術(shù)可在大量減小充電線纜截面積的同時(shí)降低其總重量，讓產(chǎn)品更具靈活性與方便性。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，液冷充電技術(shù)下的充電線纜與充電槍的重量較之傳統(tǒng)技術(shù)要減輕40%-50%。同時(shí)，由于熱管理溫度的精準(zhǔn)可控，這提升了充電電流的穩(wěn)定性，在滿足大功率需求下的強(qiáng)電流充電的同時(shí)還可保證系統(tǒng)的溫升不超標(biāo)，從而然提升設(shè)備的安全性。以特斯拉為例，其在2019年推出的峰值功率為250kW的V3液冷超充樁相較于之前的V2超充樁其充電線纜直徑從原來的36.3mm變?yōu)?3.87mm。圖5

特斯拉超充隨著汽車行業(yè)快充技術(shù)推行的深入，充電樁液冷技術(shù)的關(guān)鍵性將進(jìn)一步得到凸顯，而在成本上占據(jù)了約20%左右的液冷充電槍與電纜的價(jià)值或?qū)⑦M(jìn)一步得到提升。圖6

液冷充電槍眾所周知，由于充電樁的安裝和使用環(huán)境常會遇到一些較極端的因素，而在液冷系統(tǒng)的應(yīng)用中冷卻液是關(guān)鍵，一旦發(fā)生冷卻液泄漏，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)失效，重則會引起安全事故，因此出于對安全性等方面的考慮，對于使用液冷技術(shù)的充電樁在IP等級、耐腐蝕、耐高低溫等方面的要求要相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷要更高。另外，充電模塊作為充電樁的核心，當(dāng)前其具有獨(dú)立的散熱系統(tǒng)并主要通過風(fēng)冷方式進(jìn)行散熱。但在快充技術(shù)以及系統(tǒng)集成化的驅(qū)動(dòng)下，采用液冷技術(shù)可讓充電模塊通過全封閉設(shè)計(jì)與環(huán)境灰塵、易燃易爆氣體等雜質(zhì)相隔絕，讓其具有更高的安全性以及更佳的性能，進(jìn)而提升產(chǎn)品的使用效率和壽命。圖7

充電模塊散熱方式以整車的熱管理發(fā)展類比，當(dāng)前液冷充電技術(shù)主要應(yīng)用范圍在充電槍與充電線纜，而隨著充電模塊液冷技術(shù)的應(yīng)用普及，將兩區(qū)域熱管理系統(tǒng)相互集成并通過軟件策略對充電樁全系統(tǒng)進(jìn)行更加精準(zhǔn)及合理的控制以此提高系統(tǒng)能源的利用率也不是不可能。綜上