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Con el rápido desarrollo del mercado de vehículos eléctricos, los usuarios están exigiendo cada vez más en aspectos como la autonomía, la velocidad de carga, la conveniencia de carga y otros. Sin embargo, todavía existen deficiencias y problemas de inconsistencia en la infraestructura de carga en el país y en el extranjero, lo que provoca que los usuarios a menudo encuentren problemas como la dificultad para encontrar estaciones de carga adecuadas, largos tiempos de espera y mala eficiencia de carga al viajar.
Huawei Energía Digital tuiteó: «El supercargador de líquido completo de Huawei ayuda a crear el Corredor Verde de Carga Rápida de Sichuan-Tíbet de alta calidad en altitudes elevadas». El artículo señala que estos terminales de recarga completamente refrigerados por líquido tienen las siguientes características:
1. La potencia máxima de salida es de 600KW y la corriente máxima es de 600A. Se le conoce como «un kilómetro por segundo» y puede proporcionar la máxima potencia de carga en altitudes elevadas.
2. La tecnología de enfriamiento líquido completo garantiza una alta fiabilidad del equipo: en la meseta, puede soportar altas temperaturas, alta humedad, polvo y corrosión, y puede adaptarse a diversas condiciones difíciles de operación de línea.
3. Compatible con todos los modelos: El rango de carga es de 200-1000V, y la tasa de éxito de carga puede alcanzar 99%. Puede coincidir con coches de pasajeros como Tesla, Xpeng y Lili, así como con vehículos comerciales como Lalamove, y lograr: «Acércate al coche, cárgalo, cárgalo y vete».
La tecnología de supercarga con enfriamiento líquido no solo proporciona servicios y experiencias de alta calidad a los usuarios de vehículos de energía nueva en el país, sino que también ayudará a expandir y promover aún más el mercado de vehículos de energía nueva. Este artículo te ayudará a entender la tecnología de recarga con enfriamiento líquido y analizar su estado en el mercado y las tendencias futuras.
¿Qué es la sobrecarga con enfriamiento líquido?
La recarga con enfriamiento líquido se logra creando un canal de circulación de líquido especial entre el cable y la pistola de carga. Este canal se llena con un fluido refrigerante para eliminar el calor. La bomba de potencia promueve la circulación del refrigerante líquido, que puede disipar eficazmente el calor generado durante el proceso de carga. La parte de potencia del sistema usa enfriamiento líquido y está completamente aislada del entorno externo, cumpliendo así con el estándar de diseño IP65. Al mismo tiempo, el sistema también utiliza un ventilador potente para reducir el ruido de disipación de calor y mejorar la compatibilidad ambiental.
Características técnicas y ventajas del enfriamiento líquido de supercarga.
1. Corriente más alta y velocidad de carga más rápida.
La corriente de la batería de carga está limitada por el cable de la pistola de carga, que generalmente usa cables de cobre para transportar la corriente. Sin embargo, el calor generado por un cable es proporcional al cuadrado de la corriente, lo que significa que a medida que aumenta la corriente de carga, el cable es más propenso a generar calor excesivo. Para reducir el problema de sobrecalentamiento del cable, se debe aumentar la sección transversal del cable, pero esto también hará que la pistola de carga sea más pesada. Por ejemplo, la pistola de carga estándar nacional de 250A típicamente usa un cable de 80mm², lo que hace que la pistola de carga en general sea más pesada y difícil de doblar.
Si necesitas alcanzar una corriente de carga más alta, un cargador de doble pistola es una solución viable, pero esto solo es adecuado para casos especiales. La mejor solución para cargas de alta corriente suele ser la tecnología de pistola de carga con enfriamiento líquido. Esta tecnología enfría eficazmente el interior de la pistola de carga, permitiendo manejar corrientes mayores sin sobrecalentamiento.
La estructura interna de la pistola de carga con enfriamiento líquido incluye cables y tuberías de agua. Típicamente, la sección transversal del cable de la pistola de carga con enfriamiento líquido de 500A es de solo 35mm², y el calor generado se disipa eficazmente mediante el flujo de refrigerante en la tubería de agua. Debido a que el cable es más delgado, una pistola de carga con enfriamiento líquido es de 30 a 40% más ligera que una pistola de carga convencional.
Además, una pistola de carga con enfriamiento líquido también necesita ser utilizada con una unidad de enfriamiento, que incluye tanques de agua, bombas de agua, radiadores, ventiladores y otros componentes. La bomba de agua se encarga de circular el refrigerante dentro de la línea de boquilla, transfiriendo el calor al radiador, y luego el ventilador expulsa el calor al aire exterior, proporcionando una mayor capacidad de transporte de corriente que las boquillas de enfriamiento natural convencionales.
2. El cable de la pistola es más ligero y el equipo de carga más liviano.
3. Menos calor, disipación rápida del calor y alta seguridad.
Los sistemas de carga convencionales y los sistemas de carga semi-refrigerados por líquido generalmente usan sistemas de rechazo de calor enfriados por aire en los que el aire entra en el cuerpo de la caldera desde un lado, elimina el calor generado por los componentes eléctricos y los módulos rectificadores, y luego sale del cuerpo de la caldera. Sin embargo, este método de eliminación de calor presenta algunos problemas porque el aire que entra en la pila puede contener polvo, salpicaduras de sal y vapor de agua, y estas sustancias pueden adherirse a la superficie de los componentes internos, reduciendo el rendimiento de aislamiento de la pila. Los sistemas y las calderas de carga semi-refrigeradas por líquido también enfrentan problemas similares, lo que reduce la eficiencia de disipación de calor y la vida útil del equipo.
Para las calderas de carga convencionales y las calderas de carga semi-refrigeradas por líquido, la eliminación de calor y la protección son conceptos contradictorios. Si la protección es importante, el rendimiento térmico puede verse limitado, y viceversa. Esto complica el diseño de dichas pilas y requiere una consideración completa de la disipación de calor mientras se protege el equipo.
El bloque de arranque completamente refrigerado por líquido utiliza un módulo de arranque con enfriamiento líquido. Este módulo no tiene conductos de aire en la parte frontal ni trasera. El módulo usa refrigerante que circula a través de la placa de enfriamiento líquida interna para intercambiar calor con el entorno externo, permitiendo que la sección de potencia de la unidad de arranque tenga un diseño completamente cerrado. El radiador se coloca en el exterior de la pila y el refrigerante dentro transfiere el calor al radiador y luego el aire exterior se encarga de disipar el calor de la superficie del radiador.
En este diseño, el módulo de carga enfriado por líquido y los accesorios eléctricos dentro del bloque de carga están completamente aislados del entorno externo, logrando un nivel de protección IP65 y aumentando la fiabilidad del sistema.
4. Bajo ruido de carga y mayor protección.
Tanto los sistemas de carga tradicionales como los enfriados por líquido tienen módulos de carga con refrigeración por aire integrados. El módulo está equipado con varios pequeños ventiladores de alta velocidad que típicamente producen niveles de ruido superiores a 65 decibelios durante su funcionamiento. Además, la propia estación de carga está equipada con un ventilador de enfriamiento. Actualmente, los cargadores enfriados por aire a menudo superan los 70 decibelios cuando funcionan a plena potencia. Esto puede no ser perceptible durante el día, pero por la noche puede causar aún más molestias en el entorno.
Por lo tanto, el aumento del ruido en las estaciones de carga es la queja más común de los operadores. Para resolver este problema, los operadores deben tomar medidas correctivas, pero estas suelen ser costosas y de eficacia limitada. En última instancia, la operación limitada en potencia puede ser la única forma de reducir la interferencia por ruido.
El bloque de arranque completamente enfriado por líquido adopta una estructura de disipación de calor de doble circulación. El módulo interno de enfriamiento líquido circula el refrigerante a través de la bomba de agua para disipar el calor y transferir el calor generado dentro del módulo al disipador de aletas. Se utiliza un ventilador grande o un sistema de aire acondicionado con baja velocidad pero alto volumen de aire fuera del radiador para disipar eficazmente el calor. Este tipo de ventilador de volumen de baja velocidad tiene un nivel de ruido relativamente bajo y es menos dañino que el ruido de un ventilador pequeño de alta velocidad.
Además, un supercargador completamente enfriado por líquido también puede tener un diseño de disipación de calor dividido, similar al principio de los aires acondicionados split. Este diseño protege la unidad de enfriamiento de las personas e incluso puede intercambiar calor con piscinas, fuentes, etc., para una mejor refrigeración y niveles de ruido reducidos.
5. Bajo costo total de propiedad.
Al considerar el costo de los equipos de carga en las estaciones de carga, se debe tener en cuenta el costo total de ciclo de vida (TCO) del cargador. Los sistemas de carga tradicionales que utilizan módulos de carga enfriados por aire suelen tener una vida útil de menos de 5 años, mientras que los términos de arrendamiento operativo de las estaciones de carga actuales suelen ser de 8 a 10 años. Esto significa que el equipo de carga debe ser reemplazado al menos una vez durante la vida útil de la instalación. En cambio, un calderín de carga completamente enfriado por líquido puede tener una vida útil de al menos 10 años, cubriendo todo el ciclo de vida de la planta de energía. Además, a diferencia del bloque de arranque de un módulo enfriado por aire, que requiere abrir frecuentemente el armario para eliminar polvo y realizar mantenimiento, un bloque de arranque completamente enfriado por líquido solo necesita ser enjuagado después de que se acumule polvo en el disipador externo, haciendo que el mantenimiento sea más cómodo.
Por lo tanto, el costo total de propiedad de un sistema de carga completamente enfriado por líquido es menor que el de un sistema de carga tradicional que utiliza módulos de carga enfriados por aire, y con la adopción generalizada de sistemas completamente enfriados por líquido, sus ventajas en relación costo-efectividad serán más evidentes.
Defectos en la tecnología de sobrealimentación por enfriamiento líquido.
1. Desequilibrio térmico deficiente
El enfriamiento líquido todavía se basa en el principio de intercambio de calor debido a las diferencias de temperatura. Por lo tanto, no se puede evitar el problema de la diferencia de temperatura dentro del módulo de la batería. Las diferencias de temperatura pueden resultar en sobrecarga, sobrecarga o subcarga. Descarga de componentes individuales del módulo durante la carga y descarga. Las baterías sobrecargadas y sobredescargadas pueden causar problemas de seguridad en la batería y acortar su vida útil. La subcarga y la descarga reducen la densidad de energía de la batería y acortan su rango operativo.
2. La potencia de transferencia de calor es limitada.
La tasa de carga de la batería está limitada por la tasa de disipación de calor, de lo contrario, existe el riesgo de sobrecalentamiento. La potencia de transferencia de calor del enfriamiento por placa fría está limitada por la diferencia de temperatura y el caudal, y la diferencia de temperatura controlada está estrechamente relacionada con la temperatura ambiente.
3. Existe un alto riesgo de fuga térmica.
La fuga térmica de la batería ocurre cuando la batería genera una gran cantidad de calor en un corto período. Debido a la limitada tasa de disipación de calor sensible por diferencias de temperatura, la acumulación de calor resulta en un crecimiento repentino de la temperatura, lo que provoca un ciclo positivo entre el calentamiento de la batería y el aumento de la temperatura, causando explosiones e incendios, así como llevando a una fuga térmica en las celdas vecinas.
4. Alto consumo parasitario de energía.
La resistencia del ciclo de enfriamiento líquido es alta, especialmente dada las limitaciones del volumen del módulo de la batería. El canal de flujo de la placa fría suele ser pequeño. Cuando la transferencia de calor es grande, el caudal será grande, y la pérdida de presión en el ciclo será considerable, y el consumo de energía será alto, lo que reducirá el rendimiento de la batería durante la sobrecarga.
Estado del mercado y tendencias de desarrollo para recargas por enfriamiento líquido.
Estado del mercado
Según los últimos datos de la Alianza de Carga de China, en febrero de 2023 había 31,000 estaciones de carga públicas más que en enero de 2023, un aumento del 54.1% respecto a febrero. Hasta febrero de 2023, las unidades miembros de la alianza reportaron un total de 1.869 millones de estaciones de carga públicas, incluyendo 796,000 estaciones de carga de corriente continua y 1.072 millones de estaciones de carga de corriente alterna.
A medida que la tasa de penetración de los vehículos de nueva energía continúa aumentando y las instalaciones de soporte como las pilas de carga se desarrollan rápidamente, la nueva tecnología de supercarga con enfriamiento líquido se ha convertido en objeto de competencia en la industria. Muchas empresas de vehículos de nueva energía y empresas de pilas de carga también han comenzado a realizar investigaciones y desarrollos tecnológicos y planean inflar los precios.
Tesla es la primera compañía automovilística en la industria en comenzar la adopción masiva de unidades de supercarga con enfriamiento líquido. Actualmente ha desplegado más de 1,500 estaciones de supercarga en China, con un total de 10,000 unidades de supercarga. La supercargadora V3 de Tesla presenta un diseño completamente enfriado por líquido, un módulo de carga enfriado por líquido y una pistola de carga enfriada por líquido. Una pistola puede cargar hasta 250 kW/600 A, aumentando la autonomía en 250 kilómetros en 15 minutos. El modelo V4 se producirá en lotes. La instalación de carga también aumenta la potencia de carga a 350 kW por pistola.
Posteriormente, el Porsche Taycan introdujo la arquitectura eléctrica de alto voltaje de 800 V y soporta una carga rápida potente de 350 kW; la edición limitada mundial Great Wall Salon Mecha Dragon 2022 tiene una corriente de hasta 600 A, un voltaje de hasta 800 V y una potencia máxima de carga de 480 kW; voltaje máximo de hasta 1000 V, corriente de hasta 600 A y potencia máxima de carga de 480 kW; el Xiaopeng G9 es un coche de producción con una batería de silicio de 800 V; plataforma de voltaje de carburo y es adecuado para carga ultra rápida de 480 kW.
Actualmente, las principales empresas fabricantes de cargadores que ingresan al mercado nacional de supercargadores con enfriamiento líquido incluyen a Inkerui, Infineon Technology, ABB, Ruisu Intelligent Technology, Power Source, Star Charging, Te Laidian, etc.
Tendencia futura de la recarga con enfriamiento líquido
El campo de la refrigeración líquida de supercarga está en su infancia y tiene un gran potencial y amplias perspectivas de desarrollo. La refrigeración líquida es una excelente solución para la carga de alta potencia. No existen problemas técnicos en el diseño y producción de fuentes de alimentación de baterías de carga de alta potencia en el ámbito nacional e internacional. Es necesario resolver el problema de la conexión del cable desde la fuente de alimentación de la batería de carga de alta potencia hasta la pistola de carga.
Sin embargo, la tasa de adopción de pilas de supercarga con enfriamiento líquido de alta potencia en mi país todavía es baja. Esto se debe a que las pistolas de carga con enfriamiento líquido tienen un costo relativamente alto, y los sistemas de carga rápida abrirán un mercado que valdrá cientos de miles de millones de dólares en 2025. Según información disponible públicamente, el precio promedio de las unidades de carga es de aproximadamente 0.4 RMB/W.
Se estima que el precio de las unidades de carga rápida de 240 kW ronda los 96,000 yuanes, según los precios de los cables de carga con enfriamiento líquido en Rifeng Co., Ltd. En la conferencia de prensa, que cuesta 20,000 yuanes por conjunto, se asume que el cargador es de enfriamiento líquido. El costo de la pistola es aproximadamente 21% del costo de la pila de carga, convirtiéndola en el componente más caro después del módulo de carga. A medida que aumenta el número de nuevos modelos de carga rápida de energía, se espera que el mercado de baterías de carga rápida de alta potencia en mi país alcance aproximadamente 133.4 mil millones de yuanes para 2025.
En el futuro, la tecnología de recarga con enfriamiento líquido acelerará aún más su penetración. El desarrollo e implementación de tecnología de supercarga con enfriamiento líquido potente aún tiene un largo camino por recorrer. Esto requiere colaboración entre empresas automovilísticas, fabricantes de baterías, empresas de pilas de carga y otras partes.
Solo de esta manera podremos apoyar mejor el desarrollo de la industria de vehículos eléctricos en España, promover aún más la carga simplificada y V2G, y fomentar el ahorro de energía y la reducción de emisiones, en un enfoque de bajo carbono y desarrollo verde, y acelerar la implementación del objetivo estratégico de 'doble carbono'.