液冷超充技术是一种先进的充电技术,它通过在充电设备中采用液体冷却技术,可以更快速、更高效地充电。液冷超充技术解决了散热与大功率充电不可兼得的问题,加快了充电速度。在充电过程中,大功率电流会产生大量热量,如果不能及时散热,将会对电池和充电桩造成损害。常规充电桩使用风冷模块进行散热,能带走的热量有限。液冷超充技术在电缆和充电枪之间加入液冷通道,其中的冷却液或油冷绝缘油在动力泵的推动下完成循环,带走更多热量,这意味着充电桩的功率可以进一步提升。此外,液冷超充技术还有高效、稳定和安全的特点,适用于各种类型的电池,包括锂离子电池、镍氢电池等。
液冷充电桩在电缆和充电枪之间设置一个专门的液体循环通道,通道内加入起散热作用的冷却液,通过动力泵推动冷却液循环,把充电过程中产生的热量带走,以提高电缆传输功率,实现大功率充电。
与传统的直通风散热方式相比,液冷散热可使模块内外部完全隔绝,避免内部电子器件与外界的灰尘、盐雾、水汽、易燃易爆气体等直接接触,可以将防护等级提升至IP65,安全性更好。
采用液冷超充的充电枪线更细、更轻,更方便车主尤其是女性车主的使用。综合来看,液冷充电桩具有安全性高、噪音小、轻量化、兼容性强、寿命长、运维成本低、充电速度超快等优势,在住宅小区、办公楼、高速服务区、公共停车场等场景中应用较多。
一. 液冷超充工作原理
液冷超充技术是利用液冷系统来加速电动车充电的创新方法,其技术的核心在于高效的液冷系统,这种系统由多个关键组件组成,包括散热器、冷却液、泵和管道网络。与传统的空气冷却系统相比,液冷超充技术能够实现更快的充电速度。
在电缆和充电枪之间设置一个专门的液体循环通道,通道内加入起散热作用的冷却液,通过动力泵推动冷却液循环,从而把充电过程中产生的热量带出来。
系统功率部分采用液冷散热,与外界环境无空气交换,故可实现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。
二. 液冷超充的优势
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,充电枪线里面的铜制电缆来导电,而电缆的发热与电流的平方值成正比,充电电流越大,线缆发热也就越大,要降低线缆发热量避免过热就必须增加导线的截面积,当然枪线也就越重。当前250A的国标充电枪一般采用80mm2的电缆,充电枪整体很重,且不容易弯曲。如果要实现更大电流充电,也可以采用双枪充电,但这只是特定场合的权宜之计,大电流充电的最终解决方法只能是液冷充电枪充电。
常规国标充电枪:
液冷充电枪内部有电缆和水管,500A液冷充电枪的电缆通常才35mm2,通过水管内的冷却液流动来带走热量。因为电缆细,所以液冷充电枪要比常规的充电枪轻30%~40%。液冷充电枪还需配套冷却单元,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。
3. 发热少,散热快,安全性高。常规充电桩及半液冷充电桩的桩体都是风冷散热,空气从一侧进入桩体,吹走电气元件、整流模块的热量,从另一侧桩体散出。空气会夹杂着灰尘、盐雾及水气并吸附在内部器件表面,导致系统绝缘变差、散热变差,充电效率低,设备寿命减少。对于常规充电桩或是半液冷充电桩来说,散热和防护是两个相互矛盾的因素,防护好则散热较难设计,散热好则防护较难处理。
液冷模块散热示意图:
风冷模块散热示意图:
全液冷充电桩采用液冷充电模块,液冷模块正面及背面无任何风道,模块靠液冷板内部循环的冷却液与外界进行热交换,从而充电桩功率部分可以全封闭设计,将散热器外置,内部通过冷却液将热量带到散热器上,外部空气吹走散热器表面的热量。充电桩体内的液冷充电模块、电气配件等与外界环境无接触,从而可以实现IP65的防护,可靠性更高。
4. 充电噪音小,防护等级更高。常规充电桩及半液冷充电桩内置风冷充电模块,风冷模块内置多个高转速小风扇,运行噪声达到65db以上,充电桩桩体上还有散热风扇,当前采用风冷模块的充电桩满功率运行时噪声基本都在70dB以上,白天影响不大,夜间则十分扰民。所以充电站点噪声大是运营商被投诉最多的问题,被投诉就得整改,但整改成本高,效果却十分有限,到最后不得不降功率运行以降噪。
全液冷充电桩采用双循环散热的架构,内部液冷模块靠水泵驱动冷却液循环散热,将模块发热转移到翅片散热器上,外部则是靠低转速大风量风扇或是空调将散热器上热量散走,低转速大风量的风扇噪声低得多。全液冷超充桩还可以采用分体式散热设计,与分体式空调类似,将散热单元放置于远离人群的地方,甚至还可以跟水池、喷泉进行热交换来达到更好的散热效果及更低的噪声。
5. 全生命周期成本(TCO)低 充电站点充电设备的成本支出得从充电桩全生命周期成本(TCO)来考虑,传统采用风冷充电模块的充电桩寿命一般不超过5年,但目前充电场站运营的租期是8-10年,这意味着在场站运营周期内至少需要更换一次充电设备。而全液冷充电桩使用寿命至少10年以上,可以覆盖场站的全生命周期。同时相比于采用风冷模块的充电桩需要频繁地开柜除尘、维护等操作,全液冷充电桩只需要在外置散热器积尘后进行冲洗,维护简单。
全液冷充电系统的TCO要低于传统采用风冷充电模块的充电系统,且随着全液冷系统的广泛批量应用,其性价比优势将更为明显。
6、液冷超充市场现状
目前市面上主流液冷超充方案通常采用常规风冷模块主机柜结合液冷充电枪的组合方式,以实现大电流超快充电。例如,常规1拖8的分体式充电,系统配置一个液冷充电接口的设计,能够有效地降低充电时的温度,提高充电效率,并且更好地控制充电时的热量,确保充电安全和稳定性。
目前,国内入局液冷超充系统市场的充电桩核心企业主要有英可瑞、英飞源 技术、ABB、锐速智能科技、动力源、星星充电、特来电、华为等;特斯拉、吉利、小鹏、理想等主机厂也在全国各地部署了液冷超充站以提升用户体验。
涉及液冷超充的标准有:GB/T 18487.1—2023、GB/T 27930—2023、GB/T 20234.4—2023等。
某厂商600kW液冷超充主要技术参数:
产品型号 | 国标口: H-L-600-1Q-A/1.0 ChaoJi口: H-L-600-1Q-CJ/1.0 |
最大电流 | 600A |
额定电压 | 1000VDC |
最大输出功率 | 600kW |
枪线长度 | 5m |
工作温度 | -20℃~50℃ |
相对湿度 | 5%~95%RH |
防护等级 | IP55 |
安装方式 | 落地式 |
启动方式 | 刷卡、扫码、VIN |
产品尺寸 | 420mmx400mmx1960mm |
三. 液冷超充未来趋势
液冷超充处于起步阶段,潜力大,发展前景广阔,液冷是解决大功率充电的优异方案。大功率充电桩电源的设计和生产国内外已不存在技术问题,主要需要解决大功率充电桩电源到充电枪的线缆连接。
目前我国大功率液冷超充桩渗透率仍较低,这是因为液冷充电枪线成本占比较高,根据公开信息,液冷充电桩均价约为0.4元/W,240kW快充桩价格约9.6万元,目前液冷充电枪线均价约2万元/套,推算液冷充电枪成本约占充电桩成本21%,成为仅次于充电模块的组件。
未来,液冷超充技术将持续加速渗透。液冷超充面临着投入成本过高、设备利用率和投资回报率较低等困难。而要解决这些难题,首先,可以通过技术创新来降低设备生产成本,提高生产效率,从而降低投入成本;其次,加强市场调研,根据实际需求合理规划产品方案,提高设备利用率,进而提高投资回报率;另外,还可以通过政府支持政策、产业资本引导等方式降低投资风险,吸引更多资金进入该领域,推动液冷超充技术的发展与普及。同时,加强行业标准制定和技术规范,提高液冷超充设备的通用性和可靠性,也是提高投资回报率的重要途径。 解决液冷超充投入成本过高、设备利用率和投资回报率较低等难题需要政府、企业、产业链上下游等多方共同努力,形成合力,推动行业更好地发展。
大功率液冷超充技术的发展与布局,任重而道远。需要多方配合,共同努力,形成合力,才能更好地推动行业发展,进一步推进有序充电和V2G,助力节能减排、低碳绿色发展,加速实现“双碳”战略目标。
尽管面临重重挑战,但液冷超充技术给用户带来了全新的体验,稳定性高、寿命长、噪音小这些优势都会使液冷超充技术脱颖而出。另外,随着各头部企业的技术不断进步和液冷模块成本的不断降低,相信其市场占有率也会大幅提高,有望在全球范围内普及应用。(转载自充电储能之星公众号)