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(guān)注。隨著新能源純電動汽車應(yīng)用越來越多，新能源車“充電慢、充電難”一直是業(yè)內(nèi)的關(guān)注重點(diǎn)。液冷超充技術(shù)作為解決新能源車“充電慢、充電難”的新技術(shù)，已成為行業(yè)競逐的焦點(diǎn)。
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(shù)，是一種將液體冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于電動汽車充電過程中的新能源技術(shù)。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(shè)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(xì)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(dá)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(fēng)冷充電模塊并無差異，關(guān)鍵是散熱方式。風(fēng)冷，顧名思義，用風(fēng)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(dǎo)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(shè)計對系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊的熱設(shè)計能力要求極高。
2、液冷超充方案
從技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shè)計冷卻管路，通過水泵推動冷卻液的循環(huán)流動進(jìn)行散熱，以保持電纜的低溫恒溫運(yùn)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(dǎo)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(yùn)行。油冷介質(zhì)具有更強(qiáng)大的熱容量和導(dǎo)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(shù)的推廣。
從目前實(shí)際應(yīng)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(shù)方面，除小鵬采用油冷技術(shù)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(jié)構(gòu)、尾部電纜鎖緊結(jié)構(gòu)、溫度控制。
5、液冷超充槍
（1）充電槍結(jié)構(gòu)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(dá)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度。線纜尺寸過大或電纜太硬會影響用戶體驗，流道管路強(qiáng)度不足會導(dǎo)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(cè)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(qū)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(qū)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(fù)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(dǎo)熱塑料，以利于端子熱量導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線連接；
由于充電槍插槍過程涉及機(jī)械碰撞，為固定端子和連接導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)，它決定著端接部位的發(fā)熱量，該指標(biāo)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(qū)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(shè)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(hù)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(shí)時監(jiān)測，達(dá)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(diǎn)、高閃點(diǎn)、低粘度、高比熱容、環(huán)保、絕緣等特點(diǎn)，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(hù)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(shù)，這種冷卻液易腐蝕、堵塞液冷板，損害水泵導(dǎo)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(jié)冰，不可燃，絕緣，導(dǎo)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(qū)動，通過液冷電纜中的冷卻液管道到達(dá)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(shè)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(shè)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(yīng)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(dāng)然是第一大優(yōu)點(diǎn)，也是這一技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。液冷充電樁采用了液體冷卻技術(shù)，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(shí)現(xiàn)充電“一秒一公里”，可能實(shí)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(jìn)行充電。
（2）槍線更輕，使用體驗更好。由于散熱能力更強(qiáng)，無需通過加粗電纜的方式減少發(fā)熱。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。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%。即便是較為柔弱的女生也能夠輕松使用。
（3）設(shè)備可靠性高、使用壽命長。液冷充電樁具有較高的設(shè)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(fēng)冷散熱，空氣從一側(cè)進(jìn)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。空氣會夾雜著灰塵、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。采用液體冷卻技術(shù)，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(hù)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(shè)備內(nèi)部的溫度，減少設(shè)備故障率，提高設(shè)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(shù)采用通用的充電接口標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)行充電。充電樁可以識別車型，當(dāng)車輛不能接受超級充電時，可按車輛能接受的最大電流進(jìn)行充電。這使得液冷充電樁具有更廣泛的應(yīng)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(gòu)，內(nèi)部液冷模塊靠水泵驅(qū)動冷卻液循環(huán)散熱，將模塊發(fā)熱轉(zhuǎn)移到翅片散熱器上，外部則是靠低轉(zhuǎn)速大風(fēng)量風(fēng)扇或是空調(diào)來將散熱器上熱量散走，低轉(zhuǎn)速大風(fēng)量的風(fēng)扇噪聲較高轉(zhuǎn)速的小風(fēng)扇低得多。全液冷超充樁還可以采用分體式散熱設(shè)計，與分體式空調(diào)類似，將有噪音的散熱單元放置于遠(yuǎn)離人群的地方，甚至還可以跟水池、噴泉進(jìn)行熱交換來達(dá)到更好的散熱效果及更低的噪聲。
（6）低TCO。充電站點(diǎn)充電設(shè)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(fēng)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(yùn)營的租期是8-10年，這意味著在場站運(yùn)營周期內(nèi)至少需要更換一次充電設(shè)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(fēng)冷模塊的充電樁需要頻繁的開柜除塵、維護(hù)等操作，全液冷充電樁只需要在外置散熱器積塵后進(jìn)行沖洗，維護(hù)簡單。全液冷充電系統(tǒng)的TCO要低于傳統(tǒng)采用風(fēng)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(yīng)用，其性價比優(yōu)勢將更為明顯。
（7）促進(jìn)電動汽車市場普及。當(dāng)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(shè)施的建設(shè)和覆蓋范圍的擴(kuò)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(fēng)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(jìn)而降低充電效率。
（3）維護(hù)可能更復(fù)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(hù)難度。
（4）電池壽命與質(zhì)量方面的技術(shù)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(yīng)3C、4C等超快充動力電池，但技術(shù)成熟度需要進(jìn)一步應(yīng)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(shè)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(bǔ)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(jìn)的充電基礎(chǔ)設(shè)施。全液冷超充解決方案包含超充主機(jī)和充電終端，液冷超充主機(jī)（CE）最大輸出功率720kW，創(chuàng)新的全液冷設(shè)計，設(shè)備使用壽命長，低故障率減少運(yùn)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(dá)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(dāng)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(shè)備，最大輸出功率為480kW，峰值輸出電流高達(dá)650A，可兼容未來800V及以上的高電壓平臺的新車型，實(shí)現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航200公里，同時為四輛車進(jìn)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(shù)。單槍最大充電電流可達(dá)700A。針對公共充電的離散特性，通過DPA動態(tài)功率分配技術(shù)的研發(fā)，可實(shí)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(jié)合高效率模塊的批量應(yīng)用，提升系統(tǒng)資源利用率10%以上，提升運(yùn)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(dá)600A，單槍最大功率可達(dá)800kW，適配未來更多車型的充電需要，保證技術(shù)的持續(xù)領(lǐng)先性，實(shí)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(bǔ)能過程，充電功率最快可達(dá)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(shè)計，由配電倉、功率倉及散熱倉構(gòu)成。功率倉是全液冷儲能超充系統(tǒng)的核心，可根據(jù)實(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品包括液冷主機(jī)部分+液冷終端，客戶也可可配置主機(jī)+液冷終端+風(fēng)冷終端的模式。該產(chǎn)品主機(jī)部分采用標(biāo)準(zhǔn)40kW模塊，風(fēng)冷降噪設(shè)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(shè)計和生產(chǎn)國內(nèi)外已不存在技術(shù)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(shù)將持續(xù)加速滲透。液冷超充面臨著投入成本過高、設(shè)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(shù)創(chuàng)新來降低設(shè)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(qiáng)市場調(diào)研，根據(jù)實(shí)際需求合理規(guī)劃產(chǎn)品方案，提高設(shè)備利用率，進(jìn)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(dǎo)等方式降低投資風(fēng)險，吸引更多資金進(jìn)入該領(lǐng)域，推動液冷超充技術(shù)的發(fā)展與普及。
大功率液冷超充技術(shù)的發(fā)展與布局，任重而道遠(yuǎn)。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(jìn)一步推進(jìn)有序充電和V2G，助力節(jié)能減排、低碳綠色發(fā)展，加速實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)。
