快充驱动液冷充电技术的发展

2024-01-09

觉知汽车


在汽车电动化趋势的推动之下,使用可循环充放电的动力电池作为汽车主要能源已成为了该行业发展的重点。但在电动汽车的市场应用过程中,由于其充电补能时间相对于传统燃油车要长,同时由于动力电池的能量密度等原因,常又使得整车的纯电续航里程并不理想,这对于用户而言里程焦虑、充电焦虑问题由此而生。

一、背景

在汽车电动化趋势的推动之下,使用可循环充放电的动力电池作为汽车主要能源已成为了该行业发展的重点。但在电动汽车的市场应用过程中,由于其充电补能时间相对于传统燃油车要长,同时由于动力电池的能量密度等原因,常又使得整车的纯电续航里程并不理想,这对于用户而言里程焦虑、充电焦虑问题由此而生。

基于以上背景,车企/相关供应商通过多方探索后推出了符合当下汽车发展阶段的实施方案,将其总结主要可分为两个阶段,其一,在当前技术背景之下,通过提高整车所搭载的动力电池容量以解决纯电下的续航里程不足问题,这也是周期短并可快速应用于市场的可行性方案。但随着动力电池容量的增加,整车续航问题虽得以缓解,可也进一步导致了充电时间的延长,这使得充电焦虑问题更加突出,而对于新能源车辆而言充电的便利性和补能时间的长短是制约其快速发展重要因素之一。因此在阶段一的基础上,为了解决充电焦虑进而推动新能源汽车的渗透,当前业内采用了基本一致的方案,即通过快充方式对整车进行补能,以此缩短充电时间。

新能源电动汽车主要问题及实施策略

二、液冷充电技术

在快充技术的推行之下,大功率充电将成为主流。而随着高压强流充电时代的到来,在充电过程中由于强电流的存在,将使得充电桩的发热量远高于现阶段的充电状态,因此为了满足更高功率下的整车充电需求,充电桩的线缆与连接器将随和充电电流的提升变得更加笨重。而这更加笨重的充电枪与线缆对于体能差些的用户将不那么友好。同时,充电模块作为充电桩的核心单元,当前其在热量管理上多以强制风冷为主,但由于充电功率的攀升,风冷方式因散热不均、散热效果差、噪声大等问题的存在使得其在实际应用过程中的效果并不理想且还存在因散热导致的隐患等问题。

 

快充背景下充电桩若干问题

为顺应行业及市场的发展,充电桩作为新能源汽车的基础设施也面临着技术上的革新。于充电桩总成产品而言散热是影响其性能的主要因素之一,因此可很好的解决产品运行过程中散热的热管理将是其变革的主要方向之一。在强制风冷无法满足其大功率充电需求的背景之下,液冷以更高的散热效率、更低的噪音以及更稳定的性能成为了该行业当前主流的发展方向。

在当前充电技术的应用中,由于充电时电流的行径是充电线缆与充电枪,因此在充电桩端液冷技术的应用也还是针对于充电桩的线缆与充电枪而言。

 

当前充电桩端液冷技术的应用

在该液冷系统中主要包括液冷充电枪、液冷电缆、冷却液以及液冷水泵四部分。其原理是通过在线缆与充电枪之间排布专用液冷管路,并在该管路内加入如水、乙二醇水溶液、空调制冷剂或硅油等常用冷却介质,再通过液冷水泵的驱动,让管道内的冷却液循环流动以此将热量带走,从而实现对系统的散热。

液冷充电技术原理

液冷充电枪与液冷电缆是液冷充电桩总成的第二核心组件,在大功率充电需求的背景之下,采用液冷技术可在大量减小充电线缆截面积的同时降低其总重量,让产品更具灵活性与方便性。据数据统计,液冷充电技术下的充电线缆与充电枪的重量较之传统技术要减轻40%-50%。同时,由于热管理温度的可控,这提升了充电电流的稳定性,在满足大功率需求下的强电流充电的同时还可保证系统的温升不超标,从而然提升设备的性。

以特斯拉为例,其在2019年推出的峰值功率为250kWV3液冷超充桩相较于之前的V2超充桩其充电线缆直径从原来的36.3mm变为23.87mm

 

东铎超充

随着汽车行业快充技术推行的深入,充电桩液冷技术的关键性将进一步得到凸显,而在成本上占据了约20%左右的液冷充电枪与电缆的价值或将进一步得到提升。

 

液冷充电枪

众所周知,由于充电桩的安装和使用环境常会遇到一些较极端的因素,而在液冷系统的应用中冷却液是关键,一旦发生冷却液泄漏,轻则导致系统失效,重则会引起事故,因此出于对性等方面的考虑,对于使用液冷技术的充电桩在IP等级、耐腐蚀、耐高低温等方面的要求要相较于传统风冷要更高。

另外,充电模块作为充电桩的核心,当前其具有独立的散热系统并主要通过风冷方式进行散热。但在快充技术以及系统集成化的驱动下,采用液冷技术可让充电模块通过全封闭设计与环境灰尘、易燃易爆气体等杂质相隔绝,让其具有更高的性以及更佳的性能,进而提升产品的使用效率和寿命。

7充电模块散热方式

以整车的热管理发展类比,当前液冷充电技术主要应用范围在充电枪与充电线缆,而随着充电模块液冷技术的应用普及,将两区域热管理系统相互集成并通过软件策略对充电桩全系统进行更加及合理的控制以此提高系统能源的利用率也不是不可能。

综上,在汽车行业推行快充的趋势之下,除车端相关技术的变革外,作为基础设施的充电桩其在热管理系统发展的方向上将必然会是朝着具有更高可靠性、更率的方向变革,而当前及未来的较长时间内液冷或是很好的选择。

 

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