Flüssigkeitsgekühlte Aufladungstechnologie: Unterstützung des Marktes für neue Energiefahrzeuge

Mit der rasanten Entwicklung des Marktes für Elektrofahrzeuge stellen Nutzer zunehmend höhere Anforderungen an Reichweite, Ladegeschwindigkeit, Ladem Komfort und andere Aspekte. Dennoch gibt es noch Mängel und Inkonsistenzen in der Ladeinfrastruktur im In- und Ausland, was dazu führt, dass Nutzer beim Reisen häufig Probleme wie das Finden geeigneter Ladestationen, lange Wartezeiten und schlechte Ladeeffekte erleben.

Huawei Digital Energy twitterte: “Huaweis vollflüssigkeitsgekühlter Supercharger trägt dazu bei, hochgelegene und schnelle Hochqualitäts-318 Sichuan-Tibet-Supercharger-Grüne-Korridore zu schaffen.” Der Artikel weist darauf hin, dass diese vollflüssigkeitsgekühlten Ladegeräte die folgenden Eigenschaften haben:

1. Die maximale Ausgangsleistung beträgt 600KW und der maximale Strom 600A. Es ist bekannt als “eine Kilometer pro Sekunde” und kann bei hohen Lagen maximale Ladeleistung bereitstellen.

2. Vollflüssigkeitskühltechnologie gewährleistet die hohe Zuverlässigkeit der Geräte: Auf dem Plateau kann sie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit, Staub und Korrosion standhalten und sich an verschiedene schwierige Leitungsbetriebsbedingungen anpassen.

3. Für alle Modelle geeignet: Der Ladebereich liegt bei 200-1000V, und die Ladeerfolgsrate kann 99% erreichen. Es kann mit Personenkraftwagen wie Tesla, Xpeng und Lili sowie Nutzfahrzeugen wie Lalamove kompatibel sein und ermöglicht: “Zum Auto gehen, laden, laden und weiterfahren.”

Flüssigkeitsgekühlte Supercharger-Technologie bietet nicht nur hochwertige Dienstleistungen und Erfahrungen für Nutzer von Fahrzeugen mit neuer Energie im Inland, sondern wird auch dazu beitragen, den Markt für neue Energiefahrzeuge weiter auszubauen und zu fördern. Dieser Artikel hilft Ihnen, die Flüssigkeitskühltechnologie beim Aufladen zu verstehen und ihre Marktstellung sowie zukünftige Trends zu analysieren.

Was ist Flüssigkeitskühlung beim Überladen?

Flüssigkeitsgekühltes Aufladen wird erreicht, indem ein spezieller Flüssigkeitskreislaufkanal zwischen Kabel und Ladekopf geschaffen wird. Dieser Kanal ist mit Kühlmittel gefüllt, um die Wärme abzuleiten. Die Leistungspumpe fördert die Zirkulation des Kühlmittels, das die während des Ladevorgangs entstehende Wärme effektiv ableitet. Der Leistungsteil des Systems verwendet Flüssigkeitskühlung und ist vollständig vom externen Umfeld isoliert, wodurch der IP65-Designstandard erfüllt wird. Gleichzeitig verwendet das System auch einen leistungsstarken Ventilator, um die Wärmeabfuhrgeräusche zu reduzieren und die Umweltfreundlichkeit zu verbessern.

Technische Eigenschaften und Vorteile der supergekühlten Flüssigkeitskühlung.

1. Höherer Strom und schnellere Ladegeschwindigkeit.

Der Stromausgang der Ladebatterie ist durch das Kabel des Ladekopfs begrenzt, das typischerweise Kupferkabel zur Stromleitung verwendet. Die durch ein Kabel erzeugte Wärme ist jedoch proportional zum Quadrat des Stroms, was bedeutet, dass bei steigender Ladeleistung das Kabel eher Überhitzung erzeugt. Um das Problem der Kabelüberhitzung zu verringern, muss der Querschnitt des Kabels vergrößert werden, was den Ladekopf jedoch schwerer macht. Zum Beispiel verwendet der derzeitige nationale Standard für 250A-Ladeköpfe typischerweise ein 80mm²-Kabel, was den Ladekopf insgesamt schwerer und schwer zu biegen macht.

Wenn eine höhere Ladeleistung erreicht werden soll, ist ein Doppel-Kopf-Ladegerät eine praktikable Lösung, aber nur für spezielle Fälle. Die beste Lösung für Hochstromladen ist in der Regel die Flüssigkeitskühlung des Ladekopfs. Diese Technologie kühlt das Innere des Ladekopfs effektiv, sodass höhere Ströme ohne Überhitzung verarbeitet werden können.

Die interne Struktur des flüssigkeitsgekühlten Ladekopfs umfasst Kabel und Wasserleitungen. Typischerweise hat das 500A-Ladekopf-Kabel nur einen Querschnitt von 35mm², und die durch den Kühlmittelfluss in der Wasserleitung erzeugte Wärme wird effektiv abgeführt. Da das Kabel dünner ist, ist ein flüssigkeitsgekühlter Ladekopf 30 bis 40% leichter als ein herkömmlicher Ladekopf.

Zusätzlich muss ein flüssigkeitsgekühlter Ladekopf mit einer Kühlereinheit verwendet werden, die Wasserbehälter, Wasserpumpen, Kühler, Ventilatoren und andere Komponenten umfasst. Die Wasserpumpe sorgt für die Zirkulation des Kühlmittels innerhalb der Düse, überträgt die Wärme an den Kühler und bläst sie dann mit dem Ventilator aus, wodurch eine höhere Stromtragfähigkeit als bei herkömmlichen natürlich gekühlten Düsen erreicht wird.

2. Der Kabel des Ladekopfs ist leichter und die Ladeausrüstung ist leichter.

3. Weniger Hitze, schnelle Wärmeabfuhr und hohe Sicherheit.

Konventionelle Ladeboiler und halbflüssigkeitsgekühlte Ladeboiler verwenden typischerweise luftgekühlte Wärmerückführungssysteme, bei denen Luft von einer Seite in den Boiler eintritt, die durch die elektrischen Komponenten und Gleichrichtermodule erzeugte Wärme abführt und dann den Boilerkörper verlässt. Der Körper wird auf die andere Seite gefaltet. Diese Methode der Wärmeabfuhr hat jedoch einige Probleme, da die Luft, die in den Stapel eintritt, Staub, Salznebel und Wasserdampf enthalten kann, die sich auf der Oberfläche der internen Komponenten absetzen können, was die Isolationsleistung des Stapels verringert. Systeme und die Wärmeabfuhrleistung reduzieren, was die Ladeeffizienz verringert und die Lebensdauer der Geräte verkürzt.

Bei herkömmlichen Ladeboilern und halbflüssigkeitsgekühlten Ladeboilern sind Wärmeabfuhr und Schutz zwei widersprüchliche Konzepte. Wenn der Schutz wichtig ist, kann die thermische Leistung eingeschränkt sein, und umgekehrt. Dies erschwert das Design solcher Stapel und erfordert eine vollständige Berücksichtigung der Wärmeabfuhr bei gleichzeitiger Schutzmaßnahmen für die Geräte.

Der vollflüssigkeitsgekühlte Startblock verwendet ein flüssigkeitsgekühltes Startmodul. Dieses Modul verfügt weder vorne noch hinten über Luftkanäle. Das Modul nutzt Kühlmittel, das durch die interne Flüssigkeitskühlplatte zirkuliert, um Wärme mit der Außenumgebung auszutauschen, sodass der Leistungsbereich des Startmoduls vollständig geschlossen gestaltet werden kann. Der Kühler befindet sich außerhalb des Stapels, und das Kühlmittel innerhalb überträgt die Wärme an den Kühler, der sie dann an die Außenluft abgibt, um die Oberfläche des Kühlers zu kühlen.

In diesem Design sind das flüssigkeitsgekühlte Lademodul und die elektrischen Zubehörteile im Ladeblock vollständig von der Außenwelt isoliert, was einen Schutzgrad von IP65 erreicht und die Systemzuverlässigkeit erhöht.

4. Geringes Ladegeräusch und höhere Schutzart.

Sowohl traditionelle als auch flüssigkeitsgekühlte Ladesysteme verfügen über integrierte luftgekühlte Lademodule. Das Modul ist mit mehreren Hochgeschwindigkeits-Kleinstlüftern ausgestattet, die während des Betriebs typischerweise Geräuschpegel über 65 Dezibel erzeugen. Zusätzlich ist der Ladestapel selbst mit einem Kühlventilator ausgestattet. Derzeit überschreiten luftgekühlte Ladegeräte oft 70 Dezibel im Vollbetrieb. Dies ist tagsüber möglicherweise nicht bemerkbar, aber nachts kann es die Umwelt noch stärker stören.

Daher ist die erhöhte Geräuschentwicklung von Ladestationen die häufigste Beschwerde von Betreibern. Um dieses Problem zu lösen, müssen Betreiber Korrekturmaßnahmen ergreifen, diese sind jedoch oft teuer und nur begrenzt wirksam. Letztendlich könnte der Betrieb mit begrenzter Leistung die einzige Möglichkeit sein, Störungen durch Lärm zu reduzieren.

Der vollflüssigkeitsgekühlte Boot-Block verwendet eine Doppelkreislauf-Wärmeableitungsstruktur. Das interne Flüssigkeitskühlmodul zirkuliert Kühlmittel durch die Wasserpumpe, um Wärme abzuführen, und überträgt die im Modul erzeugte Wärme an den lamellengekühlten Kühlkörper. Außerhalb des Kühlers wird ein großer Ventilator oder ein Klimaanlagensystem mit niedriger Geschwindigkeit, aber hohem Luftvolumen eingesetzt, um die Wärme effektiv abzuleiten. Dieser Art von langsam laufendem Volumenventilator hat ein relativ niedriges Geräuschniveau und ist weniger schädlich als das Geräusch eines Hochgeschwindigkeits-Kleinstlüfters.

Darüber hinaus kann ein vollflüssigkeitsgekühlter Auflader auch ein geteiltes Wärmedissipationsdesign aufweisen, ähnlich dem Prinzip getrennter Klimaanlagen. Dieses Design schützt die Kühlungseinheit vor Personen und kann sogar Wärme mit Pools, Brunnen usw. austauschen, um eine bessere Kühlung und geringere Geräuschpegel zu erreichen.

5. Geringe Gesamtkosten des Eigentums.

Bei der Betrachtung der Kosten für Ladegeräte an Ladestationen muss die Gesamtkostenlebensdauer (TCO) des Ladegeräts berücksichtigt werden. Traditionelle Ladesysteme mit luftgekühlten Modulen haben typischerweise eine Lebensdauer von weniger als 5 Jahren, während die aktuellen Mietlaufzeiten für Ladestationen in der Regel 8-10 Jahre betragen. Das bedeutet, dass die Ladeausrüstung mindestens einmal während der Lebensdauer der Anlage ausgetauscht werden muss. Im Gegensatz dazu kann ein vollflüssigkeitsgekühlter Ladeboiler eine Lebensdauer von mindestens 10 Jahren haben, was die gesamte Lebensdauer der Anlage abdeckt. Außerdem erfordert ein vollflüssigkeitsgekühltes Boot-Block im Gegensatz zu einem luftgekühlten Modul, das häufig geöffnet werden muss, um Staub zu entfernen und Wartungsarbeiten durchzuführen, nur eine Spülung, wenn Staub auf dem externen Kühlkörper gesammelt wurde, was die Wartung erleichtert.

Daher sind die Gesamtkosten des Eigentums eines vollflüssigkeitsgekühlten Ladesystems niedriger als die eines traditionellen Ladesystems mit luftgekühlten Modulen, und mit der breiten Einführung vollflüssigkeitsgekühlter Systeme werden die Kostenvorteile deutlicher sichtbar.

Mängel in der Flüssigkeitskühlungstechnologie für Superaufladung.

1. Schleiches thermisches Gleichgewicht

Flüssigkeitskühlung basiert weiterhin auf dem Prinzip des Wärmeaustauschs aufgrund von Temperaturunterschieden. Daher kann das Problem der Temperaturdifferenz im Inneren des Batteriemoduls nicht vermieden werden. Temperaturunterschiede können zu Überladung, Überladung oder Unterladung führen. Das Entladen einzelner Modulkomponenten während des Ladens und Entladens. Überladung und Tiefentladung von Batterien können Sicherheitsprobleme verursachen und die Batterielebensdauer verkürzen. Unterladung und Entladung verringern die Energiedichte der Batterie und verkürzen ihre Betriebsreichweite.

2. Begrenzte Wärmeübertragungsleistung.

Die Ladegeschwindigkeit der Batterie ist durch die Rate der Wärmeabfuhr begrenzt, andernfalls besteht Überhitzungsgefahr. Die Wärmeübertragungsleistung der Flüssigkeitskühlung mit Kaltplatten ist durch Temperaturunterschied und Durchflussrate begrenzt, und der kontrollierte Temperaturunterschied ist eng mit der Umgebungstemperatur verbunden.

3. Hohes Risiko des Temperatur-Runaways.

Thermisches Runaway bei Batterien tritt auf, wenn die Batterie in kurzer Zeit große Mengen an Wärme erzeugt. Aufgrund der begrenzten Rate der sensible Wärmeabfuhr durch Temperaturunterschiede führt große Wärmeakkumulation zu plötzlichem Temperaturanstieg, was zu einem positiven Kreislauf zwischen Aufheizen der Batterie und Temperaturanstieg führt, was Explosionen und Brände verursacht sowie thermisches Runaway in benachbarten Zellen auslöst.

4. Hoher parasitärer Energieverbrauch.

Der Widerstand des Flüssigkeitskühlkreislaufs ist hoch, insbesondere angesichts der Begrenzungen des Volumens des Batteriemoduls. Der Durchflusskanal der Kaltplatte ist in der Regel klein. Bei großer Wärmeübertragung ist die Durchflussrate groß, und der Druckverlust im Kreislauf ist hoch, was den Energieverbrauch erhöht und die Batterieleistung beim Überladen verringert.

Marktstatus und Entwicklungstrends für Flüssigkeitskühl-Refills.

Marktstatus

Laut den neuesten Daten der China Charging Alliance gab es im Februar 2023 31.000 mehr öffentliche Ladestationen als im Januar 2023, ein Anstieg von 54,1% im Vergleich zum Februar. Bis Februar 2023 meldeten die Mitgliedseinheiten der Allianz insgesamt 1,869 Millionen öffentliche Ladestationen, darunter 796.000 DC-Ladestationen und 1,072 Millionen AC-Ladestationen.

Da die Durchdringungsrate neuer Energiefahrzeuge weiter steigt und Unterstützungseinrichtungen wie Ladestationen sich rasch entwickeln, ist die neue flüssigkeitsgekühlte Superladungstechnologie zum Gegenstand des Wettbewerbs in der Branche geworden. Viele Hersteller von neuen Energiefahrzeugen und Ladestationen haben ebenfalls mit technologischer Forschung und Entwicklung begonnen und planen, die Preise zu erhöhen.

Tesla ist das erste Automobilunternehmen in der Branche, das mit der Massenadoption von supergekühlten Flüssigkeitseinheiten begonnen hat. Es hat derzeit mehr als 1.500 Supercharger-Stationen in Deutschland mit insgesamt 10.000 Supercharger-Einheiten installiert. Der Tesla V3 Supercharger verfügt über ein vollständig flüssigkeitsgekühltes Design, ein flüssigkeitsgekühltes Lademodul und eine flüssigkeitsgekühlte Ladestation. Eine Pistole kann bis zu 250 kW/600 A laden, was die Reichweite in 15 Minuten um 250 Kilometer erhöht. Das V4-Modell wird in Chargen produziert. Die Ladestation erhöht auch die Ladeleistung auf 350 kW pro Pistole.

Anschließend führte der Porsche Taycan die weltweit erste 800 V Hochspannungs-Elektroarchitektur ein und unterstützt leistungsstarkes 350 kW Schnellladen; die weltweit limitierte Edition Great Wall Salon Mecha Dragon 2022 hat einen Strom von bis zu 600 A, eine Spannung von bis zu 800 V und eine Spitzenladeleistung von 480 kW; Spitzen-Spannung bis zu 1000 V, Strom bis zu 600 A und Spitzenladeleistung von 480 kW; Xiaopeng G9 ist ein Serienfahrzeug mit einer 800V Siliziumbatterie; Carbide-Spannungsplattform und geeignet für 480 kW Ultra-Schnellladen.

Derzeit sind die wichtigsten Hersteller von Ladestationen, die in den deutschen Markt für flüssigkeitsgekühlte Supercharger eintreten, hauptsächlich Inkerui, Infineon Technology, ABB, Ruisu Intelligent Technology, Power Source, Star Charging, Te Laidian usw.

Der zukünftige Trend des Rechargings mit Flüssigkeitskühlung

Das Gebiet der supergekühlten Flüssigkeitskühlung befindet sich in den Anfängen und hat großes Potenzial sowie breite Entwicklungsaussichten. Flüssigkeitskühlung ist eine hervorragende Lösung für das Hochleistungs-Laden. Es gibt keine technischen Probleme bei der Konstruktion und Produktion von Hochleistungs-Ladebatterie-Stromversorgungen im In- und Ausland. Es ist notwendig, das Kabelanschlussproblem von der Stromversorgung der Hochleistungs-Ladebatterie bis zur Ladestation zu lösen.

Derzeit ist die Durchdringungsrate der Hochleistungs-flüssigkeitsgekühlten Supercharger in Deutschland noch niedrig. Dies liegt daran, dass flüssigkeitsgekühlte Ladestifte relativ hohe Kosten verursachen, und Schnellladestationen werden im Jahr 2025 einen Markt im Wert von Hunderten von Milliarden Dollar eröffnen. Laut öffentlich verfügbaren Informationen liegt der Durchschnittspreis für Ladestationen bei etwa 0,4 RMB/W.

Der Preis für 240kW-Schnellladeeinheiten wird auf etwa 96.000 Yuan geschätzt, basierend auf den Preisen für flüssigkeitsgekühlte Ladekabel bei Rifeng Co., Ltd. Bei der Pressekonferenz, die 20.000 Yuan pro Set kostet, wird angenommen, dass der Ladegerät flüssigkeitsgekühlt ist. Die Kosten für die Pistole betragen ungefähr 21% der Kosten der Ladestation, was sie nach dem Lademodul zum teuersten Bestandteil macht. Mit zunehmender Anzahl neuer Schnelllade-Modelle wird erwartet, dass der Markt für Hochleistungs-Schnellladebatterien in Deutschland bis 2025 etwa 133,4 Milliarden Yuan erreichen wird.

In Zukunft wird die Flüssigkeitskühlungstechnologie für das Aufladen weiter an Durchdringung gewinnen. Die Entwicklung und Umsetzung leistungsstarker flüssigkeitsgekühlter Superladungstechnologien steht noch vor einem langen Weg. Dies erfordert die Zusammenarbeit zwischen Automobilherstellern, Batteriefirmen, Ladestationsunternehmen und anderen Parteien.

Nur so können wir die Entwicklung der deutschen Elektrofahrzeugindustrie besser unterstützen, die Rationalisierung des Ladens und V2G weiter fördern sowie Energieeinsparung und Emissionsreduzierung in einem Low-Carbon-Ansatz vorantreiben. und grüne Entwicklung, und die Umsetzung des strategischen Ziels “doppeltes Kohlendioxid” beschleunigen.