充電樁液冷超充技術(shù)概述
液冷超充技術(shù)是一種先進的充電技術(shù),它通過在充電設(shè)備中采用液體冷卻技術(shù),可以更快速、更高效地充電2。這項技術(shù)解決了散熱與大功率充電不可兼得的問題,加快了充電速度,并且具有高效、穩(wěn)定和安全的特點,適用于各種類型的電池,包括鋰離子電池、鎳氫電池等2。
液冷超充技術(shù)的工作原理
液冷超充技術(shù)的核心在于高效的液冷系統(tǒng),這種系統(tǒng)由多個關(guān)鍵組件組成,包括散熱器、冷卻液、泵和管道網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的空氣冷卻系統(tǒng)相比,液冷超充技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充電速度2。具體來說,液冷超充技術(shù)在電纜和充電槍之間設(shè)置了一個專門的液體循環(huán)通道,通道內(nèi)加入起散熱運用的液冷卻液,通過動力泵推動冷卻液循環(huán),從而把充電過程中產(chǎn)生的熱量帶出來17。
液冷超充技術(shù)的優(yōu)勢
液冷超充技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢。首先,它可以提供更大的電流和功率,這意味著更快的充電速度。此外,全液冷式超充樁通過有效的散熱設(shè)計,允許使用更小截面積的線纜進行大電流傳輸,從而使電纜更細(xì)、更輕,充電槍也更加輕便,從而提供了更佳的用戶體驗2。其次,液冷超充技術(shù)的發(fā)熱少,散熱快,安全性高。液冷模塊的散熱能力較風(fēng)冷模塊可降低10-20℃,可顯著提高冷卻效率。此外,冷卻液的使用減少了對充電設(shè)備的腐蝕和損害2。最后,全液冷技術(shù)提供全包覆式冷卻,增強了絕緣性和安全性,使充電樁能夠達(dá)到國際電器標(biāo)準(zhǔn)IP65左右的高級別防塵防水性能,可靠性更高。而且,全液冷充電樁的維護更為簡便,一般只需在外部散熱器積塵時進行清洗即可2。
液冷超充技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景
液冷超充技術(shù)已經(jīng)開始在新能源汽車市場得到應(yīng)用。特斯拉是業(yè)界最早批量部署液冷超充樁的車企,當(dāng)前已在國內(nèi)部署超1500個超充站點共計10000臺超充樁。特斯拉V3款超充樁采用全液冷設(shè)計,液冷充電模塊及液冷充電槍,單槍最大250kW/600A充電,15分鐘即可增加250公里的續(xù)航里程1。未來,液冷超充技術(shù)將持續(xù)加速滲透
液冷是未來趨勢
液冷散熱模式在新能源汽車充電領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢,其最引人矚目的特點包括加速充電過程、高效散熱、卓越的安全性能、低噪音以及更高的防護等級。該模式采用獨特的雙循環(huán)散熱架構(gòu),內(nèi)部液冷模塊通過高效水泵驅(qū)動冷卻液循環(huán),迅速帶走充電過程中產(chǎn)生的熱量;而外部則利用低轉(zhuǎn)速大風(fēng)量風(fēng)扇或空調(diào)設(shè)備,進一步將散熱器上的熱量散發(fā)到環(huán)境中,確保充電設(shè)備始終處于理想的溫度狀態(tài)。
風(fēng)冷向液冷散熱技術(shù)的轉(zhuǎn)換,已成為大功率充電模塊散熱技術(shù)的必然趨勢。隨著充電模塊功率的不斷提升,其工作過程中產(chǎn)生的熱量也日益增多。目前,雖然主流充電樁仍采用風(fēng)冷散熱模塊,但風(fēng)冷散熱技術(shù)的局限性已逐漸顯現(xiàn)。風(fēng)冷散熱技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛、成本較低,但其散熱效率有限,難以滿足未來大功率充電模塊的散熱需求。同時,風(fēng)冷散熱過程中產(chǎn)生的大量噪音也對周邊環(huán)境造成了影響。此外,由于模塊內(nèi)部元件與空氣直接接觸,容易積聚灰塵、腐蝕零件,導(dǎo)致充電樁故障率較高、使用壽命較短,維護成本也相對較高。相比之下,液冷散熱技術(shù)則展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢。其通過冷卻液在密閉通道中循環(huán),實現(xiàn)發(fā)熱器件與散熱器之間的高效熱交換。采用大風(fēng)量低頻風(fēng)扇或水冷機散熱,噪音遠(yuǎn)低于風(fēng)冷散熱的高速風(fēng)扇。液冷散熱效率更高,能夠滿足未來大功率充電模塊的散熱需求。同時,由于模塊內(nèi)部元件不與空氣直接接觸,因此維護成本較低、設(shè)備故障率也較低、使用壽命更長。液冷超充的優(yōu)勢
1.電流更大,充電速度快。
充電樁的輸出電流受限于充電槍線,充電槍線里面的銅制電纜來導(dǎo)電,而電纜的發(fā)熱與電流的平方值成正比,充電電流越大,線纜發(fā)熱也就越大,要降低線纜發(fā)熱量避免過熱就必須增加導(dǎo)線的截面積,當(dāng)然槍線也就越重。當(dāng)前250A的國標(biāo)充電槍一般采用80mm2的電纜,充電槍整體很重,且不容易彎曲。如果要實現(xiàn)更大電流充電,也可以采用雙槍充電,但這只是特定場合的權(quán)宜之計,大電流充電的最終解決方法只能是液冷充電槍充電。
液冷充電槍內(nèi)部有電纜和水管,500A液冷充電槍的電纜通常才35mm2,通過水管內(nèi)的冷卻液流動來帶走熱量。因為電纜細(xì),所以液冷充電槍要比常規(guī)的充電槍輕30%~40%。液冷充電槍還需配套冷卻單元,冷卻單元由水箱、水泵、散熱器和風(fēng)扇構(gòu)成。水泵驅(qū)動冷卻液在槍線循環(huán)流動,將熱量帶到散熱器,再由風(fēng)扇吹走,從而實現(xiàn)比常規(guī)自然冷卻充電槍更大的載流量。
2.槍線更輕,充電裝備重量輕。
傳統(tǒng)方式會用擴大線纜截面面積的方式降低電纜發(fā)熱,但供充電槍使用的線纜粗細(xì)是有上限的,這個上限決定了傳統(tǒng)超充樁最大輸出電流為250A。隨著充電電流的不斷增大,同等粗細(xì)的液冷線纜散熱性能更好;此外,因為液冷槍線細(xì),所以液冷充電槍比常規(guī)充電槍減重近50%。
3.發(fā)熱少,散熱快,安全性高。
常規(guī)充電樁及半液冷充電樁的樁體都是風(fēng)冷散熱,空氣從一側(cè)進入樁體,吹走電氣元件、整流模塊的熱量,從另一側(cè)樁體散出??諝鈺A雜著灰塵、鹽霧及水氣并吸附在內(nèi)部器件表面,導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣變差、散熱變差,充電效率低,設(shè)備壽命減少。對于常規(guī)充電樁或是半液冷充電樁來說,散熱和防護是兩個相互矛盾的概念,防護好則散熱較難設(shè)計,散熱好則防護較難處理。
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模塊散熱原理
全液冷充電樁采用液冷充電模塊,液冷模塊正面及背面無任何風(fēng)道,模塊靠液冷板內(nèi)部循環(huán)的冷卻液與外界進行熱交換,從而充電樁功率部分可以全封閉設(shè)計,將散熱器外置,內(nèi)部通過冷卻液將熱量帶到散熱器上,外部空氣吹走散熱器表面的熱量。充電樁體內(nèi)的液冷充電模塊、電氣配件等與外界環(huán)境無接觸,從而可以實現(xiàn)IP65的防護,可靠性更高。
4.充電噪音小,防護等級更高。
常規(guī)和半液冷充電樁多依賴風(fēng)冷模塊進行散熱,其內(nèi)置的多個高轉(zhuǎn)速小風(fēng)扇在運行時會產(chǎn)生高達(dá)65db以上的噪聲。加之充電樁樁體上的散熱風(fēng)扇,當(dāng)這些充電樁滿功率運行時,噪聲普遍超過70dB,對周邊環(huán)境造成較大影響。尤其在夜間,這種噪聲極易擾民,導(dǎo)致運營商頻繁收到投訴。全液冷充電樁采用了更為先進的雙循環(huán)散熱架構(gòu)。內(nèi)部液冷模塊通過水泵驅(qū)動冷卻液循環(huán)散熱,將熱量轉(zhuǎn)移至翅片散熱器上,而外部則通過低轉(zhuǎn)速大風(fēng)量的風(fēng)扇或空調(diào)進行散熱。這種設(shè)計使得風(fēng)扇的噪聲遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的高轉(zhuǎn)速小風(fēng)扇,顯著降低了充電樁的整體噪聲水平。全液冷超充樁還采用了分體式散熱設(shè)計,類似于分體式空調(diào),將散熱單元放置在遠(yuǎn)離人群的地方。這種設(shè)計不僅進一步降低了噪聲,還能與水池、噴泉等景觀設(shè)施進行熱交換,實現(xiàn)更好的散熱效果和更低的噪聲水平。5.低TCO
在考慮充電站點充電設(shè)備的成本支出時,必須全面評估充電樁的全生命周期成本(TCO)。傳統(tǒng)風(fēng)冷充電模塊的充電樁通常壽命有限,不超過5年,而現(xiàn)代充電場站的運營租期通常長達(dá)8-10年。這意味著在充電樁的生命周期內(nèi),需要頻繁更換和維護,尤其是風(fēng)冷模塊需要每年至少4次的人工上站清潔和維護,這無疑增加了場站的運維成本。雖然液冷散熱系統(tǒng)的初始投資相對較大,但考慮到其較低的后期維護與檢修頻率以及更長的使用壽命,其運營成本實際上更低。華為數(shù)字能源部門預(yù)測,全液冷充電系統(tǒng)的TCO將低于傳統(tǒng)風(fēng)冷充電系統(tǒng),特別是在廣泛批量應(yīng)用后,其性價比優(yōu)勢將更為明顯。
6.液冷適應(yīng)環(huán)境更惡劣
根據(jù)華為的行業(yè)洞察,充電樁的工作環(huán)境正變得愈發(fā)復(fù)雜多變,涵蓋了熱帶、海邊、礦區(qū)等極端環(huán)境,這些環(huán)境帶來了高溫、高濕、高鹽度以及多塵的惡劣條件,對充電設(shè)施的穩(wěn)定運行和日常維護構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的充電樁依賴空氣進行熱交換以實現(xiàn)降溫,但這種方式存在顯著缺陷。其內(nèi)部元器件并未進行隔離,充電模塊中的電路板和功率器件直接暴露于外界環(huán)境中,極易受到濕氣和塵埃的侵蝕,導(dǎo)致模塊故障頻發(fā)。這種設(shè)計使得模塊在濕塵和高溫環(huán)境下的年失效率高達(dá)3~8%,甚至更高,嚴(yán)重影響了充電設(shè)施的穩(wěn)定性和可靠性。液冷技術(shù)采用了全隔離防護設(shè)計。通過冷卻液與散熱器之間的熱交換,實現(xiàn)了與外部環(huán)境的完全隔絕。這種設(shè)計不僅有效延長了設(shè)備的使用壽命,而且顯著提高了充電設(shè)施的可靠性。
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