“充电5分钟补能200公里”、“12分钟充电500公里”,最近各家新能源车企都在将电车的充电速度作为核心卖点之一进行大力宣传,而液冷超充也反复被提起,那么液冷超充是如何提升新能源汽车充电效率?
超充原理是什么?
在探讨这一话题之前,我们首先要了解液冷充电模式的基本原理和工作过程。
液冷充电模块在电气原理上与传统风冷充电模块并无差异,关键是散热方式。风冷,顾名思义,用风扇吹就行了;但是液冷则不一样,既要考虑冷却液与发热器件的紧密接触,又要顾虑冷却液的导电性,不能与电气元件有任何接触;同时从液冷模块到全液冷充电桩的设计对系统研发团队的热设计能力要求极高。
液冷超充,即在电缆和充电枪之间设置专门的液体循环通道。这种通道内注入了具备散热功能的液冷冷却液。通过动力泵的推动,冷却液在通道内循环流动,从而将充电过程中产生的热量带出 。通过循环往复的方式将热量从电池中导出,从而保持电池的工作温度在一个合适的范围内。 从工程技术角度来看,液冷充电模式的原理在于利用液体对热量的吸收和传导特性。
由于系统功率部分采用液冷散热,与外界环境无空气交换,因此可以实现IP65的设计,同时系统采用大风量风扇散热,噪声低,环境友好性高。这种方式能够有效地提高电池的充电效率,避免因过热而导致的充电效率下降和电池寿命缩短等问题。
半液冷超充方案
全液冷超充方案
如果从技术层面来看待液冷超充,其实包括“半液冷”和“全液冷”两种方案,其中前者只是在充电终端配置支持大功率充电的液冷终端,因为技术相对成熟,投资成本更低一些,也是目前液冷超充的主流技术方案。
电池包及高压线束液冷方案
液冷终端是支撑大功率充电的刚需,包括水冷和油冷两种路径。为满足大功率充电下的散热需求,同时保持便利性、避免充电枪线过重,液冷超充桩需配置液冷充电终端(充电枪+线+冷却系统)。液冷终端按照冷却介质划分为水冷和油冷两种技术路径:
• 水冷:水冷方式冷却介质采用乙二醇+水,充电电缆内设计冷却管路,通过水泵推动冷却液的循环流动进行散热,以保持电缆的低温恒温运行,提高电缆的载流能力。
• 油冷:油冷电缆通过将电芯浸泡在油冷介质中散热,将导热电芯与冷却油直接接触并完全浸没于绝缘冷却油中,辅助循环系统从而高效地带走大功率充电产生的热量,以保持电缆的低温恒温运行。油冷介质具有更强大的热容量和导热率,相比水冷具有更高的冷却效率。但因绝缘油与电芯直接接触,存在一定安全隐患,且在低温条件下油易粘稠,一定程度限制油冷技术的推广。
从目前实际应用看,除华为、特斯拉部分采用“全液冷”方案外,其余车企普遍为“半液冷”方案;液冷终端技术方面,除小鹏采用油冷技术外,其余多选用水冷(乙二醇+水冷)方案。
液冷超充技术的优势
液冷超充技术有许多优势。首先,液冷超充可以实现更大电流,从而实现更快的充电速度。充电桩的输出电流受限于充电枪线,而线缆的发热与电流的平方值成正比。因此,要降低线缆发热量避免过热就必须增加导线的截面积,而液冷超充技术可以有效解决这一问题。
液冷超充具体有什么优势?
①电流更大,充电速度快。
充电桩的输出电流受限于充电枪线,充电电流越大,线缆发热也就越大。液冷充电枪内部有电缆和水管,还需配套冷却单元,冷却单元由水箱、水泵、散热器和风扇构成。水泵驱动冷却液在枪线循环流动,将热量带到散热器,再由风扇吹走,从而实现比常规自然冷却充电枪更大的载流量。
②枪线更轻,充电装备重量轻。
国标250A的充电枪一般采用线径为80mm?的电缆,不容易弯曲,非常笨重。而500A的液冷充电枪电缆线径一般才35mm?,电缆细,液冷充电枪要比常规的充电枪轻30%~40%,更轻盈的充电枪让用户使用体验更好。
③发热少,散热快,安全性高。
常规充电桩、半液冷充电桩都是风冷散热,其防护等级一般为IP54。
而全液冷充电桩采用液冷散热,全封闭设计,有效隔绝灰尘、易燃易爆气体,一般具有IP65的防护等级,液冷充电模块的散热能力更强,相较风冷充电模块低10℃-20℃,而且液冷充电桩的电缆都需要通过耐高温、耐腐蚀、抗爆破、耐低温等测试,更适合恶劣的环境。
④充电噪音更小
常规充电桩内置了多个高速运转小风扇和散热风扇,满功率运行时噪声大多在70dB以上,相当于在闹市区里的声音,在晚上就会比较明显,容易被场站附近的居民投诉。
而全液冷充电桩内部液冷模块靠电子泵驱动冷却液循环散热,外部靠低转速大风量风扇或是空调来散热,噪声小很多,一般控制在35dB 以内。
⑤使用寿命长,维护成本低
常规充电桩的寿命一般在5年左右,但充电场站的租期一般是8-10年,这意味着在场站运营周期内要更换一次充电设备。而全液冷充电桩一般可以使用10年以上,可以覆盖场站的全生命周期。
常规充电桩后期需要进行开柜除尘等比较繁杂的维护操作,而全液冷充电桩的充电模块与外部环境完全隔绝,整体故障率更低,后期只需要在外置散热器积尘后进行冲洗即可,维护简单、成本低,其性价比优势将更为明显。
总的来说,液冷充电电缆在电动汽车充电领域具有重要意义。通过技术原理和应用实践的结合,液冷充电电缆不仅提高了充电效率,降低设备维护成本,还提升了用户体验。奥美格作为优秀的新能源充电应用技术提供商,在电动汽车充电电缆领域深耕多年,专注研发高品质充电电缆,注重行业认证。奥美格电动汽车充电电缆满足欧标EN、IEC认证、美标UL认证、日标JCS、PSE认证、新国标CQC、DEKRA双认证。其具备高柔软性,弯曲半径小于5D;耐酸碱、耐磨耐拉、耐碾压、抗开裂、抗UV;耐弯折50000次以上;阻燃性能好;使用的所有材料均符合RoHS 2.0 & REACH环保标准。在未来的发展中,液冷充电电缆有望成为电动汽车充电技术的重要发展方向,为电动汽车的普及和推广提供更为可靠、高效的充电解决方案。
超充技术发展现状
2023年是全液冷超充桩爆发之年,国内众多企业纷纷发力超充技术,如宁德时代、特斯拉、理想、极氪、蔚来、华为等均在超充领域布局。
6月份深圳数字能源展,深圳市公布了自己的“超充之城”计划:2024年3月底前,建成不少于300座公用超充站,“超充/加油”数量比达到1:1;2030年,超充站将增至1000座,完成超充骨干网建设,实现超充比加油更方便。
8月,宁德时代发布了神行超充电池,“充电10分钟,神行800里”。使得早期只有高端车型才能配置的超充电池能飞入寻常百姓家。随后奇瑞宣布旗下的星途星纪元车型将搭配神行电池,成为搭载神行电池的首批超充车型。接下来众多车企也陆续公布了自己的旗舰超充车型及超充网络建设计划。
9月,特斯拉官宣:历时11年,从2012年启动超充网络建设,到2023年9月,其全球超充桩数量突破了5万个,其中在中国区有超过1万个全液冷超充桩。
10月,理想公布了首款5C纯电超级旗舰车型MEGA,该车搭载宁德时代的5C麒麟电池,支持最高充电功率521kW,并计划到2023年底在全国建设超过300个全液冷超充站,到2025年,建成3000座自营超级充电站。
12月14日,极氪发布了超快充“金砖电池”及搭载该电池的极氪007车型,极氪007充电功率最大可达500kW,实现4.5C充电;同时宣布2024年极氪自建极充站总数预计将达到1000站;到2026年底,极充桩总数预计将达到10000根,实现“千站万桩”。
12月23日,蔚来NIO Day上,创始人李斌发布了全新的640千瓦全液冷超充桩。该充电桩最大输出功率640千瓦,最大输出电流765A,最大输出电压1000V,并将于24年4月开始部署,且向其它品牌车型开放。
华为数字能源在海口举行的2023世界新能源汽车大会上更是透露,将携手客户、合作伙伴,计划于2024年率先在全国340多个城市和主要公路部署超过10万个全液冷超充桩,实现“有路的地方就有高质量充电”。这一计划的透露将全液冷超充的盛宴带入高潮。
广汽埃安旗下昊铂品牌宣布,随着昊铂超充站9城11站落地上新,累计自建超级充换电站已突破1200座。去年年底,昊铂在重庆建成的全球首创人车生活补能岛的昊铂超级充换中心,有自主研发的H640全液冷超级充电桩,支持全球最快6C充电。
当前全液冷超充桩受限于应用规模导致成本较高。而且,由于大功率充电需要优化动力电池安全管理和提高车辆电压平台,成本也会增加15%~20%。总体来看,发展大功率充电技术,需要综合考虑车辆安全管理、高压器件自主可控以及成本等因素,这是一个循序渐进的过程。相信随着技术不断创新,参与企业越来越多, 随着应用的扩大和成本的下降,全液冷超充桩的众多优势将逐渐凸显。