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电压散热-采用液冷技术对大功率充电设备散热时-丰台新闻

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他給出了三種對策:第一,基於流量信號變化的檢測,採用質量/體積平衡法,評判質量/體積是否平衡;第二,基於壓力信號變化的檢測,採用負壓波檢漏法,捕捉壓力下降波;第三,基於次聲壓力信號變化的檢測,採用聲波泄漏檢測,檢測與背景不同頻率的次聲波 ,來做判定保護。

大功率充電一定是未來的發展趨勢,這點毋庸置疑。但在起步階段,大功率充電將會更多的應用於公共車輛、商用車、物流車、的士等領域,並主要建設在高速公路上,對電網的短時衝擊不得不考慮。此外,一些充電設施企業之所以能較快的實現商業化落地,離不開與整車企業的深度合作,普天新能源充電設備負責人彭博的一句話頗有深意,「乘用車領域短期內還無法大規模實現大功率充電,這需要充電設備和整車雙輪驅動才行。」

國內也有相關的技術路線,即2018年-2019年,大功率充電關鍵技術研究、關鍵標準制定(如大功率充電接口、液冷電纜組件、通信協議)、小規模試運行;2020年-2022年,投入商用;2023年-2025年,開始大規模投入使用。

特來電技術研究院副院長、電氣技術中心總經理穆曉鵬向記者表示:「特來電的大功率充電樁充電功率可達450kW,今年已經在和車企進行對接測試,將根據國標的推進情況安排投放市場。」

「我們的500kW大功率充電樁,一個小時可以充500度電,普通的純電動車10分鐘左右即可充滿。」星星充電戰略市場中心總經理向冀介紹說。

此外向冀坦言,液冷技術難度還是比較高的,在電流、電壓非常大的情況下,系統非常容易發熱,電損也會比較高。

各國都在努力推進大功率充電標準的同時,技術儲備進度如何?

目前應用最多的冷卻液為複合型絕緣油,線纜為一體式液冷線纜,與普通線纜相比,液冷線纜可以一邊導電,一邊用冷卻液散熱。

這是一組新能源汽車行業夢寐以求的數字,在打消續航焦慮的道路上,大功率充電樁似乎被視為救世主,它讓純電動車變成近乎完美的交通工具。

動力電池的主要問題在於安全和壽命,整車層面需要升級的則是電池管理系統、充電控制系統以及電壓平台。

一位星星充電相關技術的負責人向記者表示,充電設備散熱問題直接決定設備的使用壽命和穩定性,通過熱仿真技術研究大功率充電系統內部發熱量及選擇合適的散熱方式極為關鍵。採用液冷技術對大功率充電設備散熱時,需要解決系統設計散熱管道排布,冷卻液的選擇等問題。

國內方面,星星充電自主研發的大功率充電樁已蓄勢待發,「我們為公交和4C倍率的電池配套的大功率快充,已經與保時捷的產品做了對口測驗,可以實現非常快的充電,(功率為)500kW、(電壓為)1000V、(電流為)500A。這個產品正常情況我們至少需要18個月的研發周期,但是因為我們有工業互聯網,在前期已經採集了大量的用戶數據和大量的產品數據,所以極大的壓縮了我們的研發成本,壓縮了研發時間,大概用了12個月的時間,提高了我們研發的效率50%,這個產品已經下線。」 星星充電董事長邵丹薇介紹說。

日本電動汽車用快速充電器協會(CHAdeMP)將快速充電的輸出功率定義在120kW-180kW,最大充電電流300A。根據規劃,到2025年以後充電功率將進一步提高到350kW-400kW,最大充電電流400A,電壓平台設定為1000V。

「普天新能源已有充電功率400kW以上的液冷充電樁處於驗證階段,目標是15分鐘從20%充到80%。」彭博說。

液冷不同於風冷,此前特斯拉的大功率充電樁曾被曝有冷卻液泄露的隱患,密封技術需要被格外重視。

今年3月,佔據全美70%充電樁份額的ChargePoint宣布,將推出Express Plus模塊化平台,專為主要道路或運輸倉庫的企業和充電中心而設計,可為純電動車提供高達400kW的充電輸出功率。

關於大功率充電的界定,國內的標準一直比較模糊,功率值的界定並不清晰。不過,針對快速充電標準,新的國標有望在1-2年內發佈實施。「據我所知,目前有一個正在計劃中的國家標準還未正式出台,出台後將定義基於未來的大功率充電樁,現在還處於試點階段。」普天新能源充電設備負責人彭博向記者透露。

技術準備好,還遠遠不夠縱然大功率充電樁有了突破性的發展,但前方道路上依舊存在很多未知數。

在穆曉鵬看來,特來電大功率充電樁在密封方面需要做特殊的設計和處理,以確保可靠性。「當管路發生泄露時,容易導致冷卻系統失效,需要進行實時監控。」

動輒數百千瓦的充電功率,傳統的風冷已無法滿足大功率充電樁的散熱需求,用一位充電設施企業技術負責人的話來說,「液冷技術是可見範圍內最實際的解決方案。」

當被問及是否有計劃針對大功率充電進行技術升級時,安馳科技總經理徐小明坦言,「暫時不考慮。」他認為,大功率充電對電芯的發熱、散熱、安全、壽命都會提出新的挑戰,「現有的電池,要進行PCAK的重新設計才有適應350kW大功率充電的可能性,我們目前不考慮做相關的技術升級的研發。」他還表示,大功率充電對電網負荷也是很大的挑戰,目前中國的政策沒有考慮這種情況的充電。

記者在與通用中國科學研究院電池研究員孔德文的溝通中得知,通用中國前瞻技術科研中心已經將最新研發出的新型高功率電池授權給兩家國際電池供應商進行量產,這款電池通過混合兩種性能完全不同的電核貯能材料作為極耳,提高了低溫功率特性和高溫耐久性。

液冷技術的原理並不複雜,簡單來說,即在電纜和充電槍之間設置一個專門的循環通道,通道內加入起散熱作用的冷卻液,通過動力泵推動液體循環從而把熱量帶出。

這裏就要提及成本問題,雖然星星充電、特來電等頭部企業均表示IGBT等功率元器件已實現自主研發,但多數企業的相關零部件還是依賴於進口。「國內還是依靠進口,產業發展相對保守一些,還是按照既定的技術路線走,一些核心器件受控于進口。」萬馬愛充相關負責人曾表示。

大眾汽車學院技術培訓師陳慶貴也提出了類似的觀點,他表示大眾品牌電動車目前還無法承受大功率充電,「大眾的電動車電壓平台都在400V,現在的車還做不到。」

但世間,哪有完美二字。充電設施企業為了縮短充電時間不遺餘力,技術研發上也有了喜人的突破。但面向未來的市場化目標,充電接口的另一端,或許才是更應被重視的大山。

對此愛馳汽車動力系統副總裁吳畏認為,目前在售的車型,沒有一款電池可以承受連續350kW的大功率充電,更不用說500kW。「充電樁具有350kW、450kW、甚至500kW的大功率充電能力,代表可以涵蓋大電量電池包的充電功率需求,但是電池包的充電電流和功率邊界要以不影響安全和壽命為前提。」

雖然景色誘人,但前往的道路也許並未就緒。

液冷和密封,大功率充電樁的關鍵

升級電壓平台成為可行的方案之一,「如果要做大功率的充電,最佳的辦法是提高電壓平台,目前國外做350kW快充的電壓平台都提高到700V-800V,這就需要所有的高壓器件也要做相應的調整,或者通過大功率的DCDC進行電壓轉換。」 但吳畏也提出了自己的擔憂,「目前國內電動車及高壓部件的電壓平台還是以350V為主,高電壓零部件的資源有限。」

他表示,能適用大電流充電的電池包、電芯、模組、高壓系統以及電池熱管理系統,必須具有足夠的耐受大電流能力,電池管理系統也需要做適應性的調整。

▼本文首發於微信公眾號:汽車商業評論。文章內容屬作者個人觀點,不代表和訊網立場。投資者據此操作,風險請自擔。

面對大功率充電下的電池問題,通用汽車中國首席技術專家杜江凌認為,重點在於電池的負極材料。「快充是一個充滿潛力的研究領域,也是通往『零排放』未來的路上必須解決的問題。電池負極就像一個大海綿,吸引鋰離子從正極向負極傳輸。如果充電太快,相當於這些離子跑得太快,就會在負極表面形成結晶,從而降低負極的效率。好的負極材料可以使離子在傳輸時,迅速鑲嵌到負極,不會在表面形成結晶,這樣就不會影響到電池的循環次數。這也是我們電池研發團隊目前的一個研究項目。」

目前全球充電標準大致可分為五大類,分別為日本CHAdeMO、中國GB/T、美國COMBO(CCS1)、歐洲CCS以及特斯拉自己的標準。彭博口中的新國標,即新版GB/T快速充電標準,新版本中1500V和600A時最大功率可達到900kW(現版GB/T在950V和250A時提供237.5kW)。

從技術上說,大功率充電樁需要做諸多特殊的設計和調整,其中散熱系統和密封技術是保證可靠性與安全性的關鍵。

液體冷卻方式可以縮小電纜直徑,使其輕量化。記者在詢問多家充電設施企業后發現,各家的技術思路比較統一,只是由於核心元器件的來源(進口或自主研發)不同,造成了細節上的差異而已。

去年9月,中國電力企業聯合會與日本電動汽車用快速充電器協會(CHAdeMO)簽署備忘錄,雙方會在充電設施國際標準化方面進行協商,並重點推進電動汽車大功率充電領域合作。據悉,雙方將在2020年前共同研發大功率充電樁,目標是10分鐘即可將車輛充滿電。

同月,特斯拉首席執行官埃隆·馬斯克在一份聲明中表示,第三代特斯拉超級充電站即將投入運營,站內的充電樁輸出功率或高達350kW。

動力電池研究領域一直將此視為研發方向,但作為動力電池生產企業來說,日益白熱化的競爭環境,或許不允許他們把過多的精力放在相對遙遠的事情上。

問題主要有二:其一,大功率充電如何保證電池安全和壽命,現在的電池技術是否能應對?其二,渴望大功率充電儘早落地的整車企業,產品是否能承受這種充電方式?

大功率充電樁已有突破性的發展,被看作是救世主。但是,大功率充電,絕非充電設施企業一家之事,孤軍作戰可不行!

這些困難,大家心知肚明,於是一些新能源整車企業將換電看作是更切實際的解決方案。「蔚來的能源補充,包括家充樁、超充樁、移動充電車、換電站、充電地圖(公共樁)、蔚來能源雲(一鍵代客加電調度體系)等,這是一個系統的組合,根據用戶使用場景各取所長,互相補充。」蔚來汽車傳播總監萬銳認為,相對於大功率充電樁,換電要更加合理。

除充電設施企業外,新能源車企也在布局自己的超級充電站,但充電功率要小不少。小鵬超級充電樁採用180kW雙槍直流快充樁,通過柔性分配單槍可實現最高120kw的充電功率,平均功率可達90kw;不久前,蔚來官方宣布,105kW超級充電樁在蘇州蔚來交付中心開啟試運營。

大功率充電樁,顧名思義,具備大輸出功率的充電設施,一般來說數據上的定義為傳導大功率充電技術充電功率≥350kW,充電時間約為10-15分鐘,續航里程可達300公里。它的出現,一方面可以提高整個充電場站的運營效率和收益,更大的意義在於,其將有效縮短充電等待時間,解決續航焦慮的問題。

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