Technologie de supercharge à refroidissement liquide : aider le marché des véhicules à énergie nouvelle

Avec le développement rapide du marché des véhicules électriques, les utilisateurs ont des exigences de plus en plus élevées en matière d'autonomie, de vitesse de charge, de commodité de charge et d'autres aspects. Cependant, il existe encore des lacunes et des problèmes d'incohérence dans l'infrastructure de recharge nationale et internationale, ce qui amène souvent les utilisateurs à rencontrer des problèmes tels que l'incapacité à trouver des stations de recharge adaptées, de longs temps d'attente et une faible efficacité de charge lors de leurs déplacements.

Huawei Digital Energy a tweeté : « Le superchargeur à refroidissement liquide complet de Huawei contribue à créer un corridor vert de superchargeurs de haute qualité entre Sichuan et Tibet, à haute altitude et à charge rapide. » L'article note que ces terminaux de recharge entièrement refroidis par liquide présentent les caractéristiques suivantes :

1. La puissance de sortie maximale est de 600KW et le courant maximal est de 600A. Il est connu sous le nom de « un kilomètre par seconde » et peut fournir une puissance de charge maximale en haute altitude.

2. La technologie de refroidissement liquide complet garantit une haute fiabilité de l'équipement : en plateau, il peut résister à des températures élevées, à une humidité élevée, à la poussière et à la corrosion, et peut s'adapter à diverses conditions difficiles de fonctionnement des lignes.

3. Convient à tous les modèles : La plage de tension de charge est de 200 à 1000V, et le taux de réussite de la charge peut atteindre 99%. Il peut s'adapter aux voitures particulières telles que Tesla, Xpeng et Lili, ainsi qu'aux véhicules commerciaux tels que Lalamove, et peut réaliser : « Approchez-vous de la voiture, chargez-la, et partez. »

La technologie de superchargeur refroidi par liquide offre non seulement des services et une expérience de haute qualité aux utilisateurs de véhicules à énergie nouvelle nationaux, mais aidera également à étendre et à promouvoir davantage le marché des véhicules à énergie nouvelle. Cet article vous aidera à comprendre la technologie de recharge par refroidissement liquide et à analyser son état de marché et ses tendances futures.

Qu'est-ce que la surcharge par refroidissement liquide ?

La recharge par refroidissement liquide est réalisée en créant un canal de circulation liquide spécial entre le câble et la pistolet de charge. Ce canal est rempli de fluide de refroidissement pour éliminer la chaleur. La pompe électrique favorise la circulation du liquide de refroidissement, qui peut dissiper efficacement la chaleur générée lors du processus de charge. La partie électrique du système utilise le refroidissement liquide et est complètement isolée de l'environnement extérieur, respectant ainsi la norme de conception IP65. En même temps, le système utilise également un ventilateur puissant pour réduire le bruit de dissipation thermique et améliorer l'écologie.

Caractéristiques techniques et avantages du refroidissement liquide superchargé.

1. Courant plus élevé et vitesse de charge plus rapide.

Le courant de sortie de la batterie de charge est limité par le câble du pistolet de charge, qui utilise généralement des câbles en cuivre pour transporter le courant. Cependant, la chaleur générée par un câble est proportionnelle au carré du courant, ce qui signifie qu'à mesure que le courant de charge augmente, le câble est plus susceptible de générer une chaleur excessive. Pour réduire le problème de surchauffe du câble, la section du câble doit être augmentée, mais cela rend également le pistolet de charge plus lourd. Par exemple, le pistolet de charge standard national de 250A utilise généralement un câble de 80mm², ce qui rend le pistolet de charge globalement plus lourd et difficile à plier.

Si vous avez besoin d'atteindre un courant de charge plus élevé, un chargeur à double pistolet est une solution viable, mais cela ne convient qu'à des cas spéciaux. La meilleure solution pour la charge à courant élevé est généralement la technologie de pistolet de charge refroidi par liquide. Cette technologie refroidit efficacement l'intérieur du pistolet de charge, lui permettant de supporter des courants plus élevés sans surchauffe.

La structure interne du pistolet de charge refroidi par liquide comprend des câbles et des tuyaux d'eau. Typiquement, la section du câble du pistolet de charge refroidi à 500A n'est que de 35mm², et la chaleur générée est efficacement dissipée par le flux de liquide de refroidissement dans le tuyau d'eau. Parce que le câble est plus fin, un pistolet de charge refroidi par liquide est 30 à 40% plus léger qu'un pistolet de charge conventionnel.

De plus, un pistolet de charge refroidi par liquide doit également être utilisé avec une unité de refroidissement, comprenant des réservoirs d'eau, des pompes à eau, des radiateurs, des ventilateurs et d'autres composants. La pompe à eau circule le liquide de refroidissement à l'intérieur du pistolet, transfère la chaleur au radiateur, puis le ventilateur souffle pour évacuer la chaleur, offrant ainsi une capacité de transport de courant supérieure à celle des buses refroidies naturellement conventionnelles.

2. Le câble du pistolet est plus léger et l'équipement de charge est plus léger.

3. Moins de chaleur, dissipation thermique rapide et haute sécurité.

Les chaudières de charge conventionnelles et semi-fluides utilisent généralement des systèmes de rejet de chaleur refroidis à l'air, dans lesquels l'air entre dans le corps de la chaudière par un côté, élimine la chaleur générée par les composants électriques et les modules de redressement, puis sort du corps de la chaudière de l'autre côté. Cependant, cette méthode de dissipation thermique présente certains problèmes car l'air entrant dans la pile peut contenir de la poussière, des embruns salins et de la vapeur d'eau, et ces substances peuvent adhérer à la surface des composants internes, réduisant ainsi la performance d'isolation de la pile. Les systèmes et la dissipation thermique sont alors moins efficaces, ce qui réduit l'efficacité de charge et raccourcit la durée de vie de l'équipement.

Pour les chaudières de charge conventionnelles et semi-fluides, l'élimination de la chaleur et la protection sont deux concepts contradictoires. Si la performance de protection est importante, la performance thermique peut être limitée, et vice versa. Cela complique la conception de telles piles et nécessite une prise en compte complète de la dissipation thermique tout en protégeant l'équipement.

Le bloc de démarrage entièrement refroidi par liquide utilise un module de démarrage refroidi par liquide. Ce module ne possède pas de conduits d'air à l'avant ou à l'arrière. Il utilise un liquide de refroidissement circulant à travers la plaque de refroidissement interne pour échanger la chaleur avec l'environnement extérieur, permettant à la section de puissance de l'unité de démarrage d'avoir une conception complètement étanche. Le radiateur est placé à l'extérieur de la pile, et le liquide de refroidissement à l'intérieur transfère la chaleur au radiateur, puis l'air extérieur emporte la chaleur de la surface du radiateur.

Dans cette conception, le module de charge refroidi par liquide et les accessoires électriques à l'intérieur du bloc de charge sont complètement isolés de l'environnement extérieur, atteignant un niveau de protection IP65 et augmentant la fiabilité du système.

4. Faible bruit de charge et protection accrue.

Les systèmes de charge traditionnels et refroidis par liquide disposent tous de modules de charge intégrés refroidis par air. Le module est équipé de plusieurs petits ventilateurs haute vitesse qui produisent généralement des niveaux de bruit supérieurs à 65 décibels lors du fonctionnement. De plus, la borne de recharge elle-même est équipée d’un ventilateur de refroidissement. Actuellement, les chargeurs refroidis par air dépassent souvent 70 décibels lorsqu'ils fonctionnent à pleine puissance. Cela peut ne pas être perceptible pendant la journée, mais la nuit, cela peut causer encore plus de perturbations à l’environnement.

Par conséquent, l’augmentation du bruit provenant des stations de charge est la plainte la plus courante des opérateurs. Pour résoudre ce problème, les opérateurs doivent prendre des mesures correctives, mais celles-ci sont souvent coûteuses et ont une efficacité limitée. En fin de compte, une opération limitée en puissance peut être la seule solution pour réduire les interférences sonores.

Le bloc de démarrage entièrement refroidi par liquide adopte une structure de dissipation thermique à double circulation. Le module de refroidissement liquide interne fait circuler le liquide de refroidissement à travers la pompe à eau pour dissiper la chaleur et transférer la chaleur générée à l’intérieur du module vers le dissipateur à ailettes. Un grand ventilateur ou un système de climatisation à faible vitesse mais à grand volume d’air est utilisé à l’extérieur du radiateur pour dissiper efficacement la chaleur. Ce type de ventilateur à faible vitesse et volume a un niveau de bruit relativement faible et est moins nuisible que le bruit d’un petit ventilateur à haute vitesse.

De plus, un surpresseur entièrement refroidi par liquide peut également avoir une conception de dissipation thermique divisée, similaire au principe des climatiseurs split. Cette conception protège l’unité de refroidissement des personnes et peut même échanger de la chaleur avec des bassins, fontaines, etc., pour un meilleur refroidissement et une réduction des niveaux de bruit.

5. Coût total de possession faible.

Lorsqu’on considère le coût de l’équipement de charge dans les stations de recharge, le coût total du cycle de vie (TCO) du chargeur doit être pris en compte. Les systèmes de charge traditionnels utilisant des modules de charge refroidis par air ont généralement une durée de vie inférieure à 5 ans, tandis que les contrats de location d’exploitation des stations de recharge actuelles sont généralement de 8 à 10 ans. Cela signifie que l’équipement de charge doit être remplacé au moins une fois au cours de la vie de l’installation. En revanche, un générateur de charge entièrement refroidi par liquide peut avoir une durée de vie d’au moins 10 ans, couvrant tout le cycle de vie de la centrale électrique. De plus, contrairement au bloc de démarrage d’un module refroidi par air, qui nécessite une ouverture fréquente du coffret pour le nettoyage de la poussière et la maintenance, un bloc de démarrage entièrement refroidi par liquide n’a besoin d’être rincé qu’après accumulation de poussière sur le dissipateur externe, rendant la maintenance plus difficile mais plus confortable.

Par conséquent, le coût total de possession d’un système de charge entièrement refroidi par liquide est inférieur à celui d’un système de charge traditionnel utilisant des modules de charge refroidis par air, et avec l’adoption généralisée des systèmes entièrement refroidis par liquide, ses avantages en termes de rentabilité deviendront plus évidents.

Défauts de la technologie de suralimentation par refroidissement liquide.

1. Mauvais équilibre thermique

Le refroidissement liquide est toujours basé sur le principe d’échange de chaleur dû aux différences de température. Par conséquent, le problème de la différence de température à l’intérieur du module de batterie ne peut être évité. Les différences de température peuvent entraîner une surcharge, une sous-charge ou une décharge excessive. La décharge des composants individuels du module lors de la charge et de la décharge. La surcharge et la décharge excessive des batteries peuvent causer des problèmes de sécurité et réduire la durée de vie de la batterie. La sous-charge et la décharge réduisent la densité d’énergie de la batterie et raccourcissent sa plage de fonctionnement.

2. La puissance de transfert de chaleur est limitée.

Le taux de charge de la batterie est limité par le taux de dissipation thermique, sinon il y a un risque de surchauffe. La puissance de transfert de chaleur du refroidissement par plaque froide est limitée par la différence de température et le débit, et la différence de température contrôlée est étroitement liée à la température ambiante.

3. Risque élevé de thermal runaway.

Le thermal runaway de la batterie se produit lorsque la batterie génère une grande quantité de chaleur en peu de temps. En raison de la limite du taux de dissipation de la chaleur sensible due aux différences de température, une accumulation importante de chaleur entraîne une croissance soudaine de la température, ce qui entraîne un cycle positif entre le chauffage de la batterie et la montée en température, provoquant des explosions et des incendies, ainsi que menant à un thermal runaway dans les cellules voisines.

4. Consommation parasitaire élevée.

La résistance du cycle de refroidissement liquide est élevée, surtout compte tenu des limitations du volume du module de batterie. Le canal de flux de la plaque froide est généralement petit. Lorsque le transfert de chaleur est important, le débit sera élevé, et la perte de pression dans le cycle sera grande, ce qui augmentera la consommation d’énergie, réduisant la performance de la batterie lors de la surcharge.

Situation du marché et tendances de développement pour les recharges par refroidissement liquide.

Situation du marché

Selon les dernières données de l'Alliance de la Recharge en France, il y avait 31 000 stations de recharge publiques supplémentaires en février 2023 par rapport à janvier 2023, en hausse de 54,1% par rapport à février. En février 2023, les unités membres de l'alliance ont rapporté un total de 1,869 million de stations de recharge publiques, dont 796 000 stations de recharge CC et 1,072 million de stations de recharge CA.

Alors que le taux de pénétration des véhicules à énergie nouvelle continue d'augmenter et que les infrastructures de soutien telles que les piles de chargement se développent rapidement, la nouvelle technologie de superchargeur liquide refroidi est devenue un sujet de compétition dans l'industrie. De nombreuses entreprises de véhicules à énergie nouvelle et entreprises de piles ont également commencé à mener des recherches technologiques et à planifier une augmentation des prix.

Tesla est la première entreprise automobile de l'industrie à commencer l'adoption massive d'unités de superchargeurs refroidis par liquide. Elle a actuellement déployé plus de 1 500 stations de superchargeurs en France, avec un total de 10 000 unités de superchargeurs. Le superchargeur V3 de Tesla présente un design entièrement refroidi par liquide, un module de charge refroidi par liquide et une arme de charge refroidie par liquide. Une arme peut charger jusqu'à 250 kW/600 A, augmentant l'autonomie de 250 kilomètres en 15 minutes. Le modèle V4 sera produit par lots. L'installation de charge augmente également la puissance de charge à 350 kW par arme.

Par la suite, la Porsche Taycan a introduit la première architecture électrique haute tension de 800 V au monde et supporte une charge rapide puissante de 350 kW ; l'édition limitée mondiale Great Wall Salon Mecha Dragon 2022 a un courant allant jusqu'à 600 A, une tension allant jusqu'à 800 V et une puissance de charge maximale de 480 kW ; une tension de pointe jusqu'à 1000 V, un courant jusqu'à 600 A et une puissance de charge maximale de 480 kW ; la Xiaopeng G9 est une voiture de production avec une batterie en silicium de 800 V ; plateforme de tension au carbure et convient à une charge ultra-rapide de 480 kW.

Actuellement, les principales entreprises de fabrication de chargeurs entrant sur le marché national des superchargeurs refroidis par liquide incluent principalement Inkerui, Infineon Technology, ABB, Ruisu Intelligent Technology, Power Source, Star Charging, Te Laidian, etc.

Tendance future de la recharge par refroidissement liquide

Le domaine du refroidissement liquide superchargé en est à ses débuts et possède un grand potentiel ainsi que de vastes perspectives de développement. Le refroidissement liquide est une solution idéale pour la charge à haute puissance. Il n'existe pas de problèmes techniques dans la conception et la production d'alimentations de batteries de charge à haute puissance, tant au niveau national qu'international. Il est nécessaire de résoudre la question de la connexion du câble entre l'alimentation de la batterie de charge à haute puissance et l'arme de charge.

Cependant, le taux d'adoption des piles de superchargeurs refroidis par liquide à haute puissance dans mon pays reste faible. Cela s'explique par le coût relativement élevé des pistolets de charge refroidis par liquide, et les systèmes de charge rapide ouvriront un marché valant des centaines de milliards de dollars en 2025. Selon des informations publiques, le prix moyen des unités de charge est d'environ 0,4 RMB/W.

Le prix des unités de charge rapide de 240 kW est estimé à environ 96 000 yuans, selon les prix des câbles de charge à refroidissement liquide chez Rifeng Co., Ltd. Lors de la conférence de presse, qui coûte 20 000 yuans par ensemble, il est supposé que le chargeur est refroidi par liquide. Le coût de l'arme représente environ 21% du coût de la pile de charge, ce qui en fait la composante la plus coûteuse après le module de charge. À mesure que le nombre de nouveaux modèles de charge rapide à énergie rapide augmente, la zone de marché pour les batteries de charge rapide haute puissance dans mon pays devrait atteindre environ 133,4 milliards de yuans d'ici 2025.

À l'avenir, la technologie de recharge par refroidissement liquide accélérera encore sa pénétration. Le développement et la mise en œuvre de la technologie de superchargeur refroidi par liquide puissant ont encore un long chemin à parcourir. Cela nécessite une collaboration entre les constructeurs automobiles, les fabricants de batteries, les entreprises de piles et d'autres parties.

Ce n'est qu'ainsi que nous pourrons mieux soutenir le développement de l'industrie des véhicules électriques en France, promouvoir davantage la recharge rationalisée et le V2G, et encourager l'économie d'énergie et la réduction des émissions, dans une approche à faible carbone et de développement vert, tout en accélérant la mise en œuvre de l'objectif stratégique « double carbone ».