中國儲能網(wǎng)訊：電動汽車作為未來出行方式的重要組成部分受到了越來越多的關注。隨著新能源純電動汽車應用越來越多，新能源車“充電慢、充電難”一直是業(yè)內(nèi)的關注重點。液冷超充技術作為解決新能源車“充電慢、充電難”的新技術，已成為行業(yè)競逐的焦點。
那么，到底什么是“液冷超充”？優(yōu)勢在哪里？又有哪些企業(yè)？今天的這篇文章，一次性把“液冷超充”這件事兒講個明白。
什么是液冷超充
液冷超充技術，是一種將液體冷卻系統(tǒng)應用于電動汽車充電過程中的新能源技術。它的主要原理是通過液冷系統(tǒng)，冷卻充電過程中產(chǎn)生的熱量，從而提高充電效率和速度。
液冷超充樁是在電纜和充電槍之間設置專門的液體循環(huán)通道，通道內(nèi)加入起到散熱作用的冷卻液，通過液冷系統(tǒng)高效帶走充電線纜上的熱量，從而讓更細的充電線上可以加載更大的充電電流，成倍提升充電功率，達到高速充電的目的。
1、工作原理
液冷充電模塊在電氣原理上與傳統(tǒng)風冷充電模塊并無差異，關鍵是散熱方式。風冷，顧名思義，用風扇吹就行了；但是液冷則不一樣，既要考慮冷卻液與發(fā)熱器件的緊密接觸，又要顧慮冷卻液的導電性，不能與電氣元件有任何接觸；同時從液冷模塊到全液冷充電樁的設計對系統(tǒng)研發(fā)團隊的熱設計能力要求極高。
2、液冷超充方案
從技術層面來看液冷超充的話，包括“半液冷”和“全液冷”兩種方案，其中前者只是在充電終端配置支持大功率充電的液冷終端，因為技術相對成熟，投資成本更低一些，也是目前液冷超充的主流技術方案。
半液冷超充方案
全液冷超充方案
電池包及高壓線束液冷方案
3、液冷終端
液冷終端是支撐大功率充電的剛需，包括水冷和油冷兩種路徑。為滿足大功率充電下的散熱需求，同時保持便利性、避免充電槍線過重，液冷超充樁需配置液冷充電終端(充電槍+線+冷卻系統(tǒng))。液冷終端按照冷卻介質(zhì)劃分為水冷和油冷兩種技術路徑：
? 水冷：水冷方式冷卻介質(zhì)采用乙二醇+水，充電電纜內(nèi)設計冷卻管路，通過水泵推動冷卻液的循環(huán)流動進行散熱，以保持電纜的低溫恒溫運行，提高電纜的載流能力。
? 油冷：油冷電纜通過將電芯浸泡在油冷介質(zhì)中散熱，將導熱電芯與冷卻油直接接觸并完全浸沒于絕緣冷卻油中，輔助循環(huán)系統(tǒng)從而高效地帶走大功率充電產(chǎn)生的熱量，以保持電纜的低溫恒溫運行。油冷介質(zhì)具有更強大的熱容量和導熱率，相比水冷具有更高的冷卻效率。但因絕緣油與電芯直接接觸，存在一定安全隱患，且在低溫條件下油易粘稠，一定程度限制油冷技術的推廣。
從目前實際應用看，除華為、特斯拉部分采用“全液冷”方案外，其余車企普遍為“半液冷”方案；液冷終端技術方面，除小鵬采用油冷技術外，其余多選用水冷(乙二醇+水冷)方案。
4、液冷充電系統(tǒng)
液冷充電系統(tǒng)組成：液冷充電槍（車輛插頭）、冷卻液、液冷電纜、整體的冷卻系統(tǒng)（熱管理系統(tǒng)，包含循環(huán)泵、儲液箱、散熱器等）、充電槍芯件流道結構、尾部電纜鎖緊結構、溫度控制。
5、液冷超充槍
（1）充電槍結構圖
常規(guī)直流充電槍通過電流一般在250A以下，超級快充充電槍通過電流一般可達500A左右，充電觸頭位置會產(chǎn)生大量熱量。為降低端子周圍溫度，解決大電流下充電槍散熱問題，通常會在端子周圍添加液冷管，液冷管內(nèi)循環(huán)流動硅油、水或乙二醇等高比熱容液體，以此降低端子溫度，保證充電槍正常工作。液冷充電槍內(nèi)部結構如下圖所示：
（2）冷卻電纜
線纜的外形尺寸、線纜的柔軟度和流道管路的強度。線纜尺寸過大或電纜太硬會影響用戶體驗，流道管路強度不足會導致線纜在碾壓等情況下造成冷卻液堵塞或管道破損漏液。
充電槍內(nèi)部包含液冷電纜DC+、DC- 各一根、地線一根和若干信號線。液冷電纜一端為充電樁側端子連接充電樁母排，另一端為充電槍端子，內(nèi)置于充電槍外殼中。液冷充電槍內(nèi)的端子、液冷電纜、充電樁端子三者密封連接。
液冷槍線散熱原理：通過電子泵驅動冷卻液流動，冷卻液經(jīng)過液冷線纜時，帶走線纜及充電連接器的熱量，回到油箱（儲存冷卻液）；然后再通過電子泵驅動經(jīng)過散熱器散發(fā)熱量。
（3）接觸件與接觸端子
根據(jù)接觸件冷卻位置的選擇，需要做出完善的線纜連接方案。液壓系統(tǒng)中液體泄漏問題是業(yè)界難題，而充電槍使用環(huán)境復雜多變，拖拽移動頻繁，時常發(fā)生跌落、碾壓等極端情況，所以對連接位置的密封要求更高。
充電槍工作時，通過端子的電壓較高、電流較大，端子位置會產(chǎn)生大量熱量；在外殼材料的選擇上通常會考慮導熱塑料，以利于端子熱量導出。同時，為解決充電槍端子散熱問題，注意以下事項：
端子外表面鍍高導熱系數(shù)的材料，常采用銀質(zhì)材料；
利用銅材質(zhì)卡槽或插孔（接觸件）創(chuàng)建端子與導線連接；
由于充電槍插槍過程涉及機械碰撞，為固定端子和連接導線，保證槍頭的防塵、防水性能，部分槍頭內(nèi)部還會填充高導熱系數(shù)的灌封膠。
接觸電阻是線纜與端子端接的一項重要質(zhì)量指標，它決定著端接部位的發(fā)熱量，該指標在大功率充電線上尤為重要，為降低端接部位發(fā)熱量，提升載流能力，推薦線纜與接觸件用超聲波焊接方式。
（4）液冷板
液冷模塊是液冷充電系統(tǒng)核心，散熱原理：通過水泵驅動冷卻液在液冷充電模塊內(nèi)部及外部散熱器之間循環(huán)，帶走模塊熱量。
液冷充電槍的散熱原理是通過在充電線纜中設置液冷管道，讓冷卻液帶走充電模塊的發(fā)熱量，從而降低充電過程中的溫度升高。這種散熱方式可以有效地保護充電線纜和充電模塊，同時提高充電效率和充電速度。
（5）液冷循環(huán)系統(tǒng)
在整個系統(tǒng)中，電流、溫度、冷卻液流量、噪音等都需要實時監(jiān)測，達到充電效率高、安全性好、低損耗、低噪音、低污染的目的。
（6）冷卻液
冷卻液需要同時滿足低凝固點、高閃點、低粘度、高比熱容、環(huán)保、絕緣等特點，冷卻液選擇要保證冷卻效率高。
對于液冷散熱系統(tǒng)，其冷卻介質(zhì)的選擇也非常重要，普通的充電樁冷卻液僅有“防凍”和“冷卻”的作用，好的冷卻液對冷卻系統(tǒng)各部件也有一定的防腐蝕、除銹等保護作用。目前，市面上絕大部分充電樁冷卻液沒有自己的核心技術，這種冷卻液易腐蝕、堵塞液冷板，損害水泵導致故障發(fā)生，具有很大的危害。
冷卻液一般使用全氟化合物，它在自然環(huán)境中不會結冰，不可燃，絕緣，導熱效果好，流動性好。在液冷電纜內(nèi)部由冷卻模塊中的循環(huán)泵驅動，通過液冷電纜中的冷卻液管道到達充電槍端子內(nèi)部，并由端子經(jīng)DC+/DC-液冷電纜內(nèi)部，到充電樁端子流出回到冷卻模塊中。
（7）設計參數(shù)
大功率液冷充電槍和常規(guī)充電槍相比，最明顯區(qū)別是增加了液冷冷卻回路，因此在大功率液冷充電槍的設計參數(shù)中需要考慮工作壓力、工作流量等方面的性能要求，以應用絕緣油冷卻介質(zhì)的大功率液冷充電槍為例。主要參數(shù)如下
（8）液冷充電系統(tǒng)性能參數(shù)
液冷超充的優(yōu)劣勢
1、優(yōu)勢：
（1）充電更快，即充即走。充電更快當然是第一大優(yōu)點，也是這一技術的主要實現(xiàn)目標。液冷充電樁采用了液體冷卻技術，有效提升了充電過程中的散熱效率，極大地提高了充電電流，從而提高充電速度，實現(xiàn)充電“一秒一公里”，可能實現(xiàn)充電速度堪比加油。由于充電樁具有較高的充電效率，可以滿足大量車輛充電需求，方便車主隨時進行充電。
（2）槍線更輕，使用體驗更好。由于散熱能力更強，無需通過加粗電纜的方式減少發(fā)熱。250A的國標充電槍一般采用80mm2的電纜，充電槍整體很重，且不容易彎曲。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，所以液冷充電槍要比常規(guī)的充電槍輕30%~40%。即便是較為柔弱的女生也能夠輕松使用。
（3）設備可靠性高、使用壽命長。液冷充電樁具有較高的設備可靠性和使用壽命。常規(guī)充電樁及半液冷充電樁的樁體都是風冷散熱，空氣從一側進入樁體，吹走電氣元件、整流模塊的熱量，從另一側樁體散出?？諝鈺A雜著灰塵、鹽霧及水氣并吸附在內(nèi)部器件表面，導致系統(tǒng)絕緣變差、散熱變差，充電效率低，設備壽命減少。采用液體冷卻技術，液體交換熱量是在一個密閉環(huán)境，充電模塊與外界無直接接觸，防護等級可以做到IP65，減少灰塵等接觸電子器件，可靠性更高。并且液體散熱，散熱更均勻有效，可有效降低充電過程中設備內(nèi)部的溫度，減少設備故障率，提高設備使用壽命。
（4）匹配所有車型。液冷充電樁可以匹配所有車型，一般液冷超充技術采用通用的充電接口標準。無論是電動汽車、混合動力汽車還是燃料電池汽車，都可以使用液冷充電樁進行充電。充電樁可以識別車型，當車輛不能接受超級充電時，可按車輛能接受的最大電流進行充電。這使得液冷充電樁具有更廣泛的應用范圍和更高的使用率。
（5）充電噪音小。全液冷充電樁采用雙循環(huán)散熱的架構，內(nèi)部液冷模塊靠水泵驅動冷卻液循環(huán)散熱，將模塊發(fā)熱轉移到翅片散熱器上，外部則是靠低轉速大風量風扇或是空調(diào)來將散熱器上熱量散走，低轉速大風量的風扇噪聲較高轉速的小風扇低得多。全液冷超充樁還可以采用分體式散熱設計，與分體式空調(diào)類似，將有噪音的散熱單元放置于遠離人群的地方，甚至還可以跟水池、噴泉進行熱交換來達到更好的散熱效果及更低的噪聲。
（6）低TCO。充電站點充電設備的成本支出得從充電樁全生命周期成本（TCO）來考慮，傳統(tǒng)采用風冷充電模塊的充電樁壽命一般不超過5年，但目前充電場站運營的租期是8-10年，這意味著在場站運營周期內(nèi)至少需要更換一次充電設備。反觀全液冷充電樁使用壽命至少10年以上，可以覆蓋場站的全生命周期。同時相比于采用風冷模塊的充電樁需要頻繁的開柜除塵、維護等操作，全液冷充電樁只需要在外置散熱器積塵后進行沖洗，維護簡單。全液冷充電系統(tǒng)的TCO要低于傳統(tǒng)采用風冷充電模塊的充電系統(tǒng)，且隨著全液冷系統(tǒng)的廣泛批量應用，其性價比優(yōu)勢將更為明顯。
（7）促進電動汽車市場普及。當新能源車充電難的問題解決，用戶體驗感將得到極大的的提升，緩解用戶對于長時間充電的疑慮，加速了充電設施的建設和覆蓋范圍的擴大，推動了更多用戶選擇購買電動汽車。
2、劣勢：
（1）目前全液冷超充樁相對于傳統(tǒng)風冷充電樁，全液冷超充樁的成本更高。這個全面普及之后可能可以通過體量降低成本。
（2）目前在高溫環(huán)境下，液體的散熱性能會有一定的影響，進而降低充電效率。
（3）維護可能更復雜，液冷超充系統(tǒng)需要定期檢查、清洗和更換液體，增加了維護難度。
（4）電池壽命與質(zhì)量方面的技術發(fā)展。超充不僅是充電樁可以輸出，也需要車輛電池可以承受。根據(jù)經(jīng)驗，過快充放電時會對電池壽命有一定影響。雖然，目前有企業(yè)供應3C、4C等超快充動力電池，但技術成熟度需要進一步應用檢驗，更何況目前慢充也出現(xiàn)不少車輛充電時著火情況。希望充電加快的同時電池的安全性也全面提高，同時電池壽命也得到保障。
（5）這么大功率的充電設備，一般一個充電站需要多臺充電樁，因此，超充站對配電網(wǎng)的供電需求甚至對電網(wǎng)的沖擊也要考慮。不過光儲充一體化充電站也是一個可行的解決方案，其原理是將光伏發(fā)電與儲能作為補充，即電價便宜、供電充足時儲備電量，電價貴時和電量需求大時，則使用儲能電量，一方面能減少超級快充對電網(wǎng)的直接影響，緩解用電壓力，同時也能降低用電成本。
液冷超充的企業(yè)
1、華為數(shù)字能源——華為全液冷超充
華為全液冷超充，融合光儲，打造極致體驗、極高質(zhì)量、極佳收益、長期演進的充電基礎設施。全液冷超充解決方案包含超充主機和充電終端，液冷超充主機（CE）最大輸出功率720kW，創(chuàng)新的全液冷設計，設備使用壽命長，低故障率減少運維成本。
2、盛弘股份——800kW天璣柔性共享超充堆
盛弘800kW天璣柔性共享超充堆，輸出電壓可達1000V，擁有超充600A大電流，可持續(xù)2小時以上穩(wěn)定電流輸出，雙槍并充最大1200A，充電1秒鐘，續(xù)航不止1公里，完全覆蓋當前超充車型的充電需求。
3、ABB——480kW大功率液冷超充
ABB 480kW大功率液冷超充設備，最大輸出功率為480kW，峰值輸出電流高達650A，可兼容未來800V及以上的高電壓平臺的新車型，實現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航200公里，同時為四輛車進行充電，減少充電排隊等候時間。
4、星星充電 ——北極四代液冷超充分體樁
北極四代液冷超充分體樁，產(chǎn)品整流柜與充電終端均采用全新液冷技術。單槍最大充電電流可達700A。針對公共充電的離散特性，通過DPA動態(tài)功率分配技術的研發(fā)，可實時計算充電車輛的需求功率、可調(diào)用的模塊資源、模塊效率曲線，結合高效率模塊的批量應用，提升系統(tǒng)資源利用率10%以上，提升運營收益10%以上。
5、綠能慧充
綠能慧充大功率群充系統(tǒng)兼容超級液冷終端，支持1000V電壓平臺，電流輸出最大可達600A，單槍最大功率可達800kW，適配未來更多車型的充電需要，保證技術的持續(xù)領先性，實現(xiàn)了1秒1公里的充電速度。
6、特來電
特來電液冷直流充電終端可支持電動汽車在10分鐘內(nèi)完成0-80%的補能過程，充電功率最快可達600kW，需與群充系列中的充電箱變/群控箱配合使用，為電動汽車帶來加油般的充電體驗。
7、英飛源——800kW超大功率分體式全液冷儲能充電系統(tǒng)
800kW全液冷儲能超充系統(tǒng)采用分倉式設計，由配電倉、功率倉及散熱倉構成。功率倉是全液冷儲能超充系統(tǒng)的核心，可根據(jù)實際場景配電需求配置液冷ACDC模塊(接電網(wǎng))或是液冷DCDC模塊(接儲能電池)，配電倉內(nèi)有交流母線和直流母線，根據(jù)模塊的配置來搭配配電單元，此方案可以實現(xiàn)電網(wǎng)交流輸入和電池直流輸入同時給車輛充電，減輕大功率液冷超充對配電網(wǎng)的壓力。
8、永聯(lián)科技 ——640kW 液冷分體式直流充電堆
永聯(lián)科技640kW液冷分體式直流充電堆，液冷終端充電槍最大輸出電壓1000Vdc，最大輸出電流640A，標準產(chǎn)品包括液冷主機部分+液冷終端，客戶也可可配置主機+液冷終端+風冷終端的模式。該產(chǎn)品主機部分采用標準40kW模塊，風冷降噪設計模式
液冷超充未來趨勢
液冷超充處于起步階段，潛力大，發(fā)展前景廣闊，液冷是解決大功率充電的優(yōu)異方案。大功率充電樁電源的設計和生產(chǎn)國內(nèi)外已不存在技術問題，主要需要解決大功率充電樁電源到充電槍的線纜連接。
目前我國大功率液冷超充樁滲透率仍較低，這是因為液冷充電槍線成本占比較高，根據(jù)公開信息，液冷充電樁均價約為0.4元/W，240kW快充樁價格約9.6萬元，目前液冷充電槍線均價約2萬元/套，推算液冷充電槍成本約占充電樁成本21%，成為僅次于充電模塊的組件。
未來，液冷超充技術將持續(xù)加速滲透。液冷超充面臨著投入成本過高、設備利用率和投資回報率較低等困難。而要解決這些難題，首先，可以通過技術創(chuàng)新來降低設備生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，從而降低投入成本；其次，加強市場調(diào)研，根據(jù)實際需求合理規(guī)劃產(chǎn)品方案，提高設備利用率，進而提高投資回報率；另外，還可以通過政府支持政策、產(chǎn)業(yè)資本引導等方式降低投資風險，吸引更多資金進入該領域，推動液冷超充技術的發(fā)展與普及。
大功率液冷超充技術的發(fā)展與布局，任重而道遠。需要多方配合，共同努力，形成合力，才能更好地推動行業(yè)發(fā)展，進一步推進有序充電和V2G，助力節(jié)能減排、低碳綠色發(fā)展，加速實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標。
