فناوری سوپرشارژر خنک‌شده با مایع: کمک به بازار خودروهای انرژی نو

با توسعه سریع بازار خودروهای برقی، کاربران خواسته‌های بسیار بالایی در زمینه برد، سرعت شارژ، راحتی شارژ و سایر جنبه‌ها دارند. با این حال، هنوز نقص‌ها و مشکلات ناسازگاری در زیرساخت‌های شارژ در داخل و خارج کشور وجود دارد که باعث می‌شود کاربران اغلب با مشکلاتی مانند عدم توانایی در پیدا کردن ایستگاه‌های شارژ مناسب، زمان انتظار طولانی و اثر نامناسب شارژ هنگام سفر مواجه شوند.

توییتر انرژی دیجیتال هواوی نوشت: «سوپرشارژر مایع‌خنک کامل هواوی به ایجاد مسیر سبز شارژ سریع و ارتفاع بالا در مسیر سوپرشارژ 318 سیچوان-تیبت کمک می‌کند.» این مقاله اشاره می‌کند که این ترمینال‌های شارژ مجدد کاملاً مایع‌خنک ویژگی‌های زیر را دارند:

1. حداکثر توان خروجی 600 کیلووات و حداکثر جریان 600 آمپر است. به عنوان «یک کیلومتر در ثانیه» شناخته می‌شود و می‌تواند حداکثر توان شارژ در ارتفاعات بالا را فراهم کند.

2. فناوری خنک‌سازی کامل مایع، اطمینان از قابلیت اطمینان بالا تجهیزات را تضمین می‌کند: در ارتفاعات، می‌تواند دماهای بالا، رطوبت بالا، گرد و غبار و خوردگی را تحمل کند و با شرایط مختلف خط‌های عملیاتی دشوار سازگار باشد.

3. مناسب برای تمام مدل‌ها: دامنه شارژ 200-1000 ولت است و نرخ موفقیت شارژ می‌تواند به 99% برسد. می‌تواند با خودروهای مسافری مانند تسلا، ایکس‌پنگ و لیلی، و همچنین وسایل نقلیه تجاری مانند لالامو، تطابق یابد و به صورت «نزدیک شدن به خودرو، شارژ کردن، و رفتن» عمل کند.

فناوری سوپرشارژر مایع‌خنک نه تنها خدمات و تجربه با کیفیت بالا را به کاربران خودروهای برقی داخلی ارائه می‌دهد بلکه به توسعه و ترویج بازار خودروهای برقی کمک بیشتری خواهد کرد. این مقاله به شما کمک می‌کند تا فناوری شارژ مجدد مایع‌خنک را درک کنید و وضعیت بازار و روندهای آینده آن را تحلیل کنید.

شارژ مجدد با خنک‌سازی مایع چیست؟

شارژ مجدد با خنک‌سازی مایع از طریق ایجاد یک کانال گردش مایع خاص بین کابل و تفنگ شارژ حاصل می‌شود. این کانال با مایع خنک‌کننده پر می‌شود تا گرما را دفع کند. پمپ قدرت گردش مایع خنک‌کننده را ترویج می‌دهد، که می‌تواند گرمای تولید شده در طول فرآیند شارژ را به طور مؤثر دفع کند. بخش قدرت سیستم از خنک‌سازی مایع استفاده می‌کند و کاملاً از محیط خارجی جدا شده است، بنابراین استاندارد طراحی IP65 را برآورده می‌کند. همزمان، سیستم از یک فن قدرتمند برای کاهش صدای دفع گرما و بهبود سازگاری با محیط زیست بهره می‌برد.

ویژگی‌ها و مزایای فنی خنک‌سازی مایع سوپرشارژر.

1. جریان بالاتر و سرعت شارژ سریع‌تر.

خروجی جریان باتری شارژ محدود به سیم تفنگ شارژ است که معمولاً از کابل‌های مسی برای انتقال جریان استفاده می‌کند. با این حال، گرمای تولید شده توسط کابل متناسب با مربع جریان است، یعنی هر چه جریان شارژ افزایش یابد، احتمال تولید گرمای اضافی در کابل بیشتر می‌شود. برای کاهش مشکل گرمای بیش از حد کابل، باید سطح مقطع سیم افزایش یابد، اما این باعث سنگین‌تر شدن تفنگ شارژ می‌شود. به عنوان مثال، استاندارد ملی 250 آمپر برای تفنگ شارژ معمولاً از کابل 80 میلی‌متر مربع استفاده می‌کند که باعث سنگین‌تر شدن کلی تفنگ شارژ و دشواری در خم کردن آن می‌شود.

اگر نیاز به دستیابی به جریان شارژ بالاتر دارید، شارژر دوگانه تفنگی راه‌حلی قابل اجرا است، اما این تنها در موارد خاص مناسب است. بهترین راه‌حل برای شارژ با جریان بالا، فناوری تفنگ شارژ خنک‌شده مایع است. این فناوری به طور مؤثر داخل تفنگ شارژ را خنک می‌کند و اجازه می‌دهد جریان‌های بالاتر بدون گرم شدن بیش از حد تحمل شود.

ساختار داخلی تفنگ شارژ خنک‌شده مایع شامل کابل‌ها و لوله‌های آب است. به طور معمول، سطح مقطع کابل تفنگ شارژ 500 آمپر خنک‌شده مایع تنها 35 میلی‌متر مربع است و گرمای تولید شده توسط جریان خنک‌کننده در لوله آب به طور مؤثر دفع می‌شود. به دلیل نازک‌تر بودن کابل، تفنگ شارژ خنک‌شده مایع 30 تا 40 درصد سبک‌تر از تفنگ شارژ معمولی است.

علاوه بر این، برای استفاده از تفنگ شارژ خنک‌شده مایع نیاز به واحد خنک‌کننده است که شامل مخازن آب، پمپ‌های آب، رادیاتورها، فن‌ها و سایر اجزا است. پمپ آب مسئول گردش مایع خنک‌کننده در داخل خط تفنگ است، گرما را به رادیاتور منتقل می‌کند و سپس با فن خارج می‌شود، که ظرفیت حمل جریان بیشتری نسبت به نازل‌های طبیعی خنک‌شده معمولی فراهم می‌کند.

2. سیم تفنگ سبک‌تر و تجهیزات شارژ سبک‌تر.

3. گرمای کمتر، دفع سریع گرما و ایمنی بالا.

دیگ‌های بارگذاری معمولی و دیگ‌های بارگذاری نیم‌مایع‌خنک معمولاً از سیستم‌های دفع گرمای خنک‌شده با هوا استفاده می‌کنند که در آن هوا از یک طرف وارد دیگ می‌شود، گرمای تولید شده توسط اجزای برقی و ماژول‌های یک‌سوساز را دفع می‌کند و سپس از طرف دیگر خارج می‌شود. اما این روش دفع گرما مشکلاتی دارد زیرا هوای وارد شده ممکن است حاوی گرد و غبار، اسپری نمک و بخار آب باشد و این مواد ممکن است به سطح اجزای داخلی بچسبند، که باعث کاهش عملکرد عایق‌بندی دیگ و کاهش کارایی دفع گرما می‌شود، که در نتیجه باعث کاهش کارایی شارژ و کوتاه‌تر شدن عمر تجهیزات می‌شود.

برای دیگ‌های بارگذاری معمولی و دیگ‌های نیم‌مایع‌خنک، دفع گرما و حفاظت دو مفهوم متضاد هستند. اگر عملکرد حفاظتی مهم باشد، عملکرد حرارتی ممکن است محدود شود و برعکس. این موضوع طراحی چنین دیگ‌هایی را پیچیده می‌کند و نیازمند توجه کامل به دفع گرما در کنار حفاظت از تجهیزات است.

بلوک بوت تمام‌مایع‌خنک از یک ماژول بوت خنک‌شده با مایع استفاده می‌کند. این ماژول هیچ کانال هوایی در جلو یا عقب ندارد. این ماژول از مایع خنک‌کننده‌ای استفاده می‌کند که از طریق صفحه خنک‌کننده داخلی گردش می‌کند تا گرما را با محیط خارجی تبادل کند، و اجازه می‌دهد بخش قدرت واحد بوت کاملاً محصور باشد. رادیاتور در خارج از دیگ قرار دارد و مایع خنک‌کننده داخل آن گرما را به رادیاتور منتقل می‌کند و سپس هوای بیرون گرما را از سطح رادیاتور خارج می‌کند.

در این طراحی، ماژول شارژ مایع‌خنک و لوازم برقی داخل بلوک شارژ کاملاً از محیط خارجی جدا شده‌اند، که به سطح حفاظت IP65 دست یافته و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد.

4. صدای کم شارژ و حفاظت بالاتر.

سیستم‌های شارژ سنتی و مایع‌خنک هر دو دارای ماژول‌های شارژ هوای‌خنک داخلی هستند. این ماژول‌ها مجهز به چندین فن کوچک با سرعت بالا هستند که معمولاً در حین عملیات سطح صدا بالای 65 دسی‌بل تولید می‌کنند. علاوه بر این، خود پله شارژ نیز مجهز به فن خنک‌کننده است. در حال حاضر، شارژرهای هوای‌خنک اغلب در حالت حداکثر توان بیش از 70 دسی‌بل صدا تولید می‌کنند. این ممکن است در طول روز قابل توجه نباشد، اما در شب می‌تواند حتی بیشتر مزاحمت ایجاد کند.

بنابراین، افزایش صدا از ایستگاه‌های شارژ رایج‌ترین شکایت اپراتورها است. برای حل این مشکل، اپراتورها باید اقدامات اصلاحی انجام دهند، اما این اقدامات اغلب پرهزینه و محدود در اثربخشی هستند. در نهایت، عملیات محدود به توان ممکن است تنها راه کاهش تداخل صوتی باشد.

بلوک بوت تمام مایع‌خنک از ساختار دفع حرارت دو گردش استفاده می‌کند. ماژول خنک‌کننده مایع داخلی، مایع خنک‌کننده را از طریق پمپ آب به گردش در می‌آورد تا حرارت را دفع کند و حرارت تولید شده در داخل ماژول را به هیت‌سینک فن‌دار منتقل کند. یک فن بزرگ یا سیستم تهویه مطبوع با سرعت کم اما حجم هوای بالا در خارج از رادیاتور برای دفع مؤثر حرارت استفاده می‌شود. این نوع فن حجم کم و سطح صدای نسبتاً پایینی دارد و نسبت به صدای فن کوچک با سرعت بالا کمتر مضر است.

علاوه بر این، یک سوپرشارژر کاملاً مایع‌خنک ممکن است طراحی دفع حرارت تقسیم‌شده داشته باشد، مشابه اصل کولرهای تقسیم‌شده. این طراحی از واحد خنک‌کننده در برابر افراد محافظت می‌کند و حتی می‌تواند حرارت را با استخرها، فواره‌ها و غیره تبادل کند تا خنک‌کنندگی بهتر و سطح صدای کاهش یافته باشد.

5. هزینه کل مالکیت پایین‌تر.

هنگام بررسی هزینه تجهیزات شارژ در ایستگاه‌های شارژ، باید هزینه کل چرخه عمر (TCO) شارژر در نظر گرفته شود. سیستم‌های شارژ سنتی با ماژول‌های شارژ هوای‌خنک معمولاً عمر مفید کمتر از 5 سال دارند، در حالی که دوره‌های اجاره عملیاتی ایستگاه‌های شارژ فعلی معمولاً 8-10 سال است. این بدان معناست که تجهیزات شارژ باید حداقل یک بار در طول عمر تأسیسات تعویض شوند. برعکس، یک دیگ شارژ کاملاً مایع‌خنک می‌تواند حداقل 10 سال عمر مفید داشته باشد و کل چرخه عمر نیروگاه را پوشش دهد. علاوه بر این، بر خلاف بلوک بوت ماژول هوای‌خنک که نیاز به باز کردن مکرر کابینت برای تمیزکاری و نگهداری دارد، بلوک بوت کاملاً مایع‌خنک تنها پس از جمع شدن گرد و غبار روی هیت‌سینک خارجی نیاز به شستشو دارد، که نگهداری آن را دشوار و راحت‌تر می‌کند.

بنابراین، هزینه کل مالکیت سیستم شارژ کاملاً مایع‌خنک کمتر از سیستم سنتی با ماژول‌های هوای‌خنک است، و با گسترش استفاده از سیستم‌های کاملاً مایع‌خنک، مزایای صرفه‌جویی در هزینه آن واضح‌تر خواهد شد.

نقص‌های فناوری سوپرشارژینگ مایع‌خنک.

1. تعادل حرارتی ضعیف

خنک‌کاری مایع هنوز بر اصل تبادل حرارت بر اساس تفاوت دما استوار است. بنابراین، مشکل تفاوت دما در داخل ماژول باتری قابل اجتناب نیست. تفاوت دما ممکن است منجر به شارژ بیش‌ازحد، شارژ بیش‌ازحد یا کم‌شارژ شدن شود. تخلیه اجزای مختلف ماژول در حین شارژ و دشارژ. شارژ بیش‌ازحد و دشارژ بیش‌ازحد باتری‌ها می‌تواند مشکلات ایمنی باتری را ایجاد کند و عمر باتری را کوتاه کند. کم‌شارژ و دشارژ کردن، چگالی انرژی باتری را کاهش می‌دهد و دامنه عملیاتی آن را محدود می‌کند.

2. قدرت انتقال حرارت محدود است.

نرخ شارژ باتری توسط نرخ دفع حرارت محدود می‌شود، در غیر این صورت خطر گرم‌شدن بیش‌ازحد وجود دارد. قدرت انتقال حرارت در خنک‌کننده مایع صفحه سرد محدود است و به تفاوت دما و نرخ جریان بستگی دارد، و تفاوت دما کنترل‌شده به دمای محیط وابسته است.

3. خطر زیاد رهاشدگی حرارتی وجود دارد.

رهاشدگی حرارتی باتری زمانی رخ می‌دهد که باتری در مدت زمان کوتاهی مقدار زیادی حرارت تولید کند. به دلیل محدودیت نرخ دفع حرارت حساس بر اساس تفاوت دما، تجمع حرارت زیاد منجر به رشد ناگهانی دما می‌شود، که باعث چرخه مثبت بین گرم‌شدن باتری و افزایش دما می‌شود و منجر به انفجار و آتش‌سوزی می‌شود، و همچنین رهاشدگی حرارتی در سلول‌های مجاور را به همراه دارد.

4. مصرف قدرت پارازیت زیاد.

مقاومت چرخه خنک‌کاری مایع بالا است، به‌ویژه با توجه به محدودیت حجم ماژول باتری. کانال جریان صفحه سرد معمولاً کوچک است. زمانی که انتقال حرارت زیاد باشد، نرخ جریان بالا خواهد بود و افت فشار در چرخه زیاد است، و مصرف انرژی بالا خواهد بود، که عملکرد باتری را هنگام شارژ بیش‌ازحد کاهش می‌دهد.

وضعیت بازار و روندهای توسعه برای شارژ مجدد مایع‌خنک.

وضعیت بازار

بر اساس جدیدترین داده‌های اتحادیه شارژرهای چین، در فوریه 2023 تعداد ایستگاه‌های شارژ عمومی 31000 عدد بیشتر از ژانویه 2023 بوده است، که نسبت به فوریه 54.1% افزایش یافته است. تا فوریه 2023، واحدهای عضو اتحادیه مجموعاً 1.869 میلیون ایستگاه شارژ عمومی گزارش کرده‌اند، از جمله 796,000 ایستگاه شارژ DC و 1.072 میلیون ایستگاه شارژ AC.

همزمان با افزایش نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو و توسعه سریع امکانات پشتیبانی مانند پله‌های بارگذاری، فناوری جدید سوپرشارژ مایع‌خنک شده به موضوع رقابت در صنعت تبدیل شده است. بسیاری از شرکت‌های خودروهای انرژی نو و شرکت‌های پله‌گذاری نیز شروع به تحقیق و توسعه فناوری کرده‌اند و برنامه‌ریزی برای افزایش قیمت‌ها دارند.

تسلا اولین شرکت خودروسازی در صنعت است که شروع به پذیرش انبوه واحدهای سوپرشارژ مایع‌خنک شده کرده است. در حال حاضر بیش از 1500 ایستگاه سوپرشارژ در چین مستقر کرده است، با مجموع 10,000 واحد سوپرشارژ. سوپرشارژر V3 تسلا دارای طراحی کاملاً مایع‌خنک، ماژول شارژ مایع‌خنک و تفنگ شارژ مایع‌خنک است. یک تفنگ می‌تواند تا 250 کیلووات/600 آمپر شارژ کند، و برد خودرو را در 15 دقیقه تا 250 کیلومتر افزایش می‌دهد. مدل V4 به صورت دسته‌جمعی تولید خواهد شد. نصب شارژر همچنین قدرت شارژ را به 350 کیلووات برای هر تفنگ افزایش می‌دهد.

در ادامه، پورشه تایکان اولین معماری برقی با ولتاژ بالا 800 ولت در جهان را معرفی کرد و از شارژ سریع قدرتمند 350 کیلووات پشتیبانی می‌کند؛ نسخه محدود جهانی گریت وال سالون مکا دراگون 2022 دارای جریان تا 600 آمپر، ولتاژ تا 800 ولت و قدرت شارژ اوج 480 کیلووات است؛ ولتاژ اوج تا 1000 ولت، جریان تا 600 آمپر و قدرت شارژ اوج 480 کیلووات؛ شیائومگ G9 یک خودرو تولیدی با باتری سیلیکونی 800 ولت است؛ سکوی ولتاژ کاربید و مناسب برای شارژ فوق‌سریع 480 کیلووات.

در حال حاضر، شرکت‌های عمده تولیدکننده شارژر وارد بازار داخلی سوپرشارژرهای مایع‌خنک شده‌اند که شامل این‌کروئی، فناوری اینفینئون، ABB، فناوری هوشمند Ruisu، Power Source، Star Charging، Te Laidian و غیره می‌باشند.

روند آینده شارژ مجدد با خنک‌سازی مایع

حوزه سوپرشارژرهای مایع‌خنک در مراحل اولیه خود قرار دارد و پتانسیل و چشم‌انداز توسعه وسیعی دارد. خنک‌سازی مایع راه‌حلی عالی برای شارژ با قدرت بالا است. در طراحی و تولید منابع تغذیه باتری با قدرت بالا در داخل و خارج کشور هیچ مشکل فنی وجود ندارد. لازم است مسئله اتصال کابل از منبع تغذیه باتری شارژ با قدرت بالا به تفنگ شارژ حل شود.

با این حال، نرخ پذیرش پله‌های سوپرشارژ مایع‌خنک با قدرت بالا در کشور من هنوز پایین است. این به دلیل هزینه نسبی بالای تفنگ‌های شارژ مایع‌خنک شده است، و سیستم‌های شارژ سریع در سال 2025 بازار به ارزش صدها میلیارد دلار را باز خواهند کرد. بر اساس اطلاعات در دسترس، میانگین قیمت واحدهای شارژ حدود 0.4 یوان/W است.

برآورد می‌شود قیمت واحدهای شارژ سریع 240 کیلووات حدود 96000 یوان باشد، بر اساس قیمت کابل‌های شارژ مایع‌خنک در شرکت ریفنگ. در کنفرانس مطبوعاتی، که هزینه هر مجموعه آن 20000 یوان است، فرض بر این است که شارژر مایع‌خنک است. هزینه تفنگ تقریباً 21% از هزینه پله شارژ است، که پس از ماژول شارژ گران‌ترین جزء است. با افزایش تعداد مدل‌های جدید شارژ سریع، انتظار می‌رود بازار باتری‌های سریع‌القدرت در کشور من تا سال 2025 حدود 133.4 میلیارد یوان باشد.

در آینده، فناوری شارژ مجدد با خنک‌سازی مایع بیشتر نفوذ خواهد کرد. توسعه و اجرای فناوری قدرتمند سوپرشارژ مایع‌خنک هنوز راه زیادی در پیش دارد. این نیازمند همکاری بین شرکت‌های خودرو، شرکت‌های باتری، شرکت‌های پله‌گذاری و سایر طرف‌ها است.

فقط به این صورت می‌توانیم از توسعه صنعت خودرو برقی در ایران بهتر حمایت کنیم، فرآیند شارژ بهینه و V2G را ترویج دهیم، و صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشار را در رویکردی کم‌کربن و سبز ترویج کنیم، و اجرای استراتژیک «دو برابر کربن» را تسریع بخشیم.