液冷スーパーチャージ技術：新エネルギー車市場を支援

電気自動車市場の急速な発展に伴い、ユーザーは航続距離、充電速度、充電の便利さなどにますます高い要求を寄せている。しかし、国内外の充電インフラには依然として不足や不一致の問題があり、ユーザーは旅行中に適切な充電ステーションを見つけられない、待ち時間が長い、充電効果が悪いといった問題に頻繁に直面している。

華為デジタルエナジーはツイートで次のように述べた：「華為の完全液冷式スーパーチャージャーは、高地や高速充電を可能にし、高品質な318四川・チベットスーパーチャージンググリーン回廊の創造に寄与している。」記事では、これらの完全液冷再充電端末の特徴は次の通りであると述べている：

1. 最大出力は600KW、最大電流は600Aであり、「1キロメートルを1秒で走る」と称され、高地でも最大充電電力を提供できる。

2. 完全液冷技術は機器の高い信頼性を保証する：高原地帯でも高温、多湿、ほこり、腐食に耐え、さまざまな困難なライン運用条件に適応できる。

3. 全モデルに対応：充電範囲は200-1000Vで、充電成功率は99%に達する。テスラ、Xpeng、Liliなどの乗用車やLalamoveなどの商用車とマッチし、「車に近づき、充電し、充電して出発できる」。

液冷式スーパーチャージング技術は、国内の新エネルギー車ユーザーに高品質なサービスと体験を提供するだけでなく、新エネルギー車市場のさらなる拡大と促進にも寄与する。本記事は液冷充電技術の理解を深め、その市場状況と将来の動向を分析するのに役立つ。

液冷過充電とは何か？

液冷充電は、ケーブルと充電ガンの間に特殊な液循環チャネルを作ることで実現される。このチャネルは冷却液で満たされており、熱を除去する。電力ポンプは液冷却液の循環を促進し、充電中に発生する熱を効果的に放散できる。システムの電力部分は液冷却を採用し、外部環境から完全に隔離されているため、IP65の設計基準を満たす。同時に、システムは強力なファンも使用し、放熱ノイズを低減し、環境への配慮も向上させている。

スーパーチャージャー液冷技術の技術的特徴と利点。

1. より高い電流と高速充電。

充電バッテリーの電流出力は、通常銅ケーブルを用いる充電ガンのワイヤーによって制限される。しかし、ケーブルが発生させる熱は電流の二乗に比例し、充電電流が増加するとケーブルの過熱の可能性が高まる。ケーブルの過熱問題を軽減するためには、断面積を増やす必要があるが、これにより充電ガンは重くなる。例えば、現行の国内標準の250A充電ガンは、通常80mm²のケーブルを使用し、全体として重くなり、曲げにくくなる。

より高い充電電流を実現する必要がある場合、デュアルガン充電器が有効な解決策となるが、これは特殊なケースに限られる。高電流充電の最良の解決策は、通常液冷式充電ガン技術である。この技術は、充電ガン内部を効果的に冷却し、高電流でも過熱せずに対応できる。

液冷式充電ガンの内部構造にはケーブルと水管が含まれる。一般的に、500A液冷式充電ガンのケーブルの断面積はわずか35mm²であり、冷却液の流れによって発生した熱は効果的に水管内で放散される。ケーブルが細いため、液冷式充電ガンは従来の充電ガンより30〜40%軽量化されている。

さらに、液冷式充電ガンは冷却ユニットと併用する必要があり、これには水槽、水ポンプ、ラジエーター、ファンなどのコンポーネントが含まれる。水ポンプはノズルライン内の冷却液を循環させ、熱をラジエーターに伝達し、ファンで外気に放出することで、従来の自然冷却ノズルよりも大きな電流容量を実現している。

2. ガンコードが軽量化され、充電装置も軽量化される。

3. 熱が少なく、放熱が速く、安全性が高い。

従来の負荷ボイラーや半液冷負荷ボイラーは、一般的に空冷式の放熱システムを採用しており、空気が一方からボイラー本体に入り、電気部品や整流モジュールによって発生した熱を除去し、その後ボイラー本体の反対側から排出する。しかし、この放熱方法には問題があり、空気中のほこり、塩霧、水蒸気などが内部部品の表面に付着し、絶縁性能の低下や放熱効率の低下を招き、充電効率の低下や機器寿命の短縮につながる。

従来の充電ボイラーや半液冷負荷ボイラーでは、放熱と保護は相反する概念である。保護性能を重視すると熱性能が制限される可能性があり、その逆もまた然り。このため、これらの負荷の設計は複雑になり、放熱と機器保護の両立を十分に考慮する必要がある。

全液冷式起動ブロックは、液冷式起動モジュールを採用しており、前後に空気ダクトはない。このモジュールは冷却液を循環させる内部液冷板を通じて外部環境と熱交換を行い、起動ユニットの電力部分を完全に密閉設計にできる。ラジエーターは本体の外側に配置され、内部の冷却液が熱をラジエーターに伝達し、その後外気がラジエーター表面の熱を持ち去る。

この設計では、液冷式充電モジュールと充電ブロック内の電気アクセサリーは完全に外部環境から隔離されており、IP65の保護レベルを実現し、システムの信頼性を向上させている。

4. 低騒音充電と高い保護性能。

従来型および液冷式充電システムには、内蔵された空冷充電モジュールがあります。このモジュールには、通常運転中に65デシベルを超える騒音を発生させる高速小型ファンが複数搭載されています。さらに、充電スタンド自体にも冷却ファンが装備されています。現在、空冷式充電器はフルパワーで動作すると70デシベルを超えることが多いです。これは昼間は気にならないこともありますが、夜間には環境により一層の騒音被害をもたらす可能性があります。

したがって、充電ステーションからの騒音増加は運営者から最も一般的な苦情の一つです。この問題を解決するために、運営者は是正措置を講じる必要がありますが、これらはしばしば高コストで効果も限定的です。最終的には、電力制限運用が騒音干渉を減らす唯一の方法となる場合があります。

全液冷式ブートブロックは二重循環放熱構造を採用しています。内部の液冷モジュールは、水ポンプを通じて冷却液を循環させ、熱を放散し、モジュール内で発生した熱をフィン付きヒートシンクに伝達します。ラジエーターの外側には、低速ながら高風量の大型ファンまたはエアコンシステムを使用して効果的に熱を放散します。このタイプの低速風量ファンは比較的騒音レベルが低く、高速小型ファンの騒音よりも少なくて済みます。

さらに、完全液冷式スーパーチャージャーには、エアコンの分割原理に似た分割放熱設計もあります。この設計は冷却ユニットを人から保護し、プールや噴水などと熱交換も可能で、より良い冷却と騒音レベルの低減を実現します。

5. 低総所有コスト。

充電ステーションの充電設備コストを考慮する際には、充電器の総ライフサイクルコスト（TCO）を考慮する必要があります。従来の空冷充電モジュールを使用した充電システムは、通常5年未満の寿命ですが、現在の充電ステーションのリース期間は一般的に8〜10年です。これは、施設の寿命中に少なくとも一度は充電設備を交換する必要があることを意味します。それに対して、完全液冷式充電ボイラーは少なくとも10年以上の寿命を持ち、発電所の全ライフサイクルをカバーします。さらに、空冷モジュールのブートブロックは頻繁にキャビネットを開けてほこり除去やメンテナンスを行う必要がありますが、全液冷式ブートブロックは外部ヒートシンクにほこりがたまった後に洗浄するだけで済み、メンテナンスは容易です。

したがって、全液冷式充電システムの総所有コストは、空冷充電モジュールを使用した従来型の充電システムよりも低く、全液冷システムの普及に伴い、そのコスト効果の優位性はより明確になるでしょう。

液冷スーパーチャージング技術の欠点。

1. 熱的バランスの不良

液冷は温度差による熱交換の原理に基づいています。そのため、バッテリーモジュール内部の温度差の問題は避けられません。温度差は過充電、過放電、または不足充電を引き起こす可能性があります。充電や放電中の個々のモジュールコンポーネントの放電も問題です。過充電や過放電はバッテリーの安全性に問題を引き起こし、寿命を短くします。不足充電や放電はバッテリーのエネルギー密度を低下させ、動作範囲を縮小させます。

2. 熱伝達能力の制限。

バッテリーの充電速度は熱放散速度によって制限されます。さもなければ過熱のリスクがあります。冷却プレート液冷の熱伝達能力は温度差と流量によって制限されており、制御された温度差は周囲温度と密接に関連しています。

3. 高温暴走のリスクが高い。

バッテリーの熱暴走は、大量の熱が短時間に発生したときに起こります。温度差による感熱放散の制限により、大きな熱蓄積が突然の温度上昇を引き起こし、バッテリーの加熱と温度上昇の正のサイクルを生じ、爆発や火災を引き起こすほか、隣接セルの熱暴走を誘発します。

4. 大きな寄生電力消費。

液冷サイクルの抵抗は高く、特にバッテリーモジュールの容量制限を考慮すると、冷却プレートの流路は通常小さくなります。熱伝達が大きい場合、流量も増加し、サイクル内の圧力損失も大きくなり、電力消費も増加します。これにより、過充電時のバッテリー性能が低下します。

液冷リフィルの市場状況と開発動向。

市場状況

中国充電協会の最新データによると、2023年2月には2023年1月よりも公共充電ステーションが3万1千箇所増加し、54.11％増加しました。2023年2月時点で、協会加盟企業は合計186万9000の公共充電ステーションを報告しており、そのうちDC充電ステーションは79万6000、AC充電ステーションは107万2000です。

新エネルギー車の浸透率が引き続き上昇し、充電スタンドなどの支援施設が急速に発展する中、新しい液冷超充電技術が業界の競争の対象となっている。多くの新エネルギー車企業や杭打ち企業も技術研究開発を開始し、価格引き上げを計画している。

テスラは業界で初めて液冷式超充電ユニットの大量採用を開始した自動車会社である。現在、中国で1500以上の超充電ステーションを展開し、合計1万台の超充電ユニットを設置している。テスラV3超充電器は全液冷設計、液冷充電モジュール、液冷充電ガンを特徴とする。一つのガンで最大250 kW/600 Aの充電が可能で、15分で250キロメートルの走行距離を延長できる。V4モデルはバッチ生産される予定で、充電設備は各ガンの充電電力も350 kWに引き上げている。

その後、ポルシェタイカンは世界初の800 V高電圧電気アーキテクチャを導入し、強力な350 kW高速充電に対応している。グローバル限定版のグレートウォールサロンメカドラゴン2022は、最大600 Aの電流、最大800 Vの電圧、ピーク充電出力480 kWを持つ。ピーク電圧は1000 Vに達し、電流は600 A、ピーク充電出力は480 kW。小鵬G9は800Vのシリコンバッテリーを搭載した生産車で、炭化ケイ素電圧プラットフォームを採用し、480 kWの超高速充電に適している。

現在、国内の液冷超充電器市場に参入している主要な充電器メーカーには、インケルイ、インフィニオンテクノロジー、ABB、ルイスインテリジェントテクノロジー、パワーソース、スター充電、テライディンなどが含まれる。

リチャージ用液冷技術の将来動向

超充電液冷の分野はまだ初期段階であり、潜在能力と広範な発展展望を持っている。液冷は高出力充電にとって優れた解決策である。国内外で高出力充電バッテリー電源の設計と生産に技術的な問題はない。重要なのは、高出力充電バッテリーの電源から充電ガンへのケーブル接続の問題を解決することである。

しかし、我が国における高出力液冷超充電スタンドの採用率は依然として低い。これは液冷充電ガンのコストが比較的高いためであり、2025年には高速充電システムが数千億円規模の市場を開拓する見込みである。公開情報によると、充電ユニットの平均価格は約0.4人民元/Wである。

240kWの高速充電ユニットの価格は、理豊有限公司の液冷充電ケーブルの価格を基に約96,000元と推定される。記者会見では、1セット20,000元のコストで、充電器は液冷式と仮定されている。ガンのコストは充電スタンドのコストの約21%であり、充電モジュールに次ぐ最も高価な部品となる。新しい高速エネルギー充電モデルの増加に伴い、我が国の高出力高速充電バッテリーの市場規模は2025年までに約1,334億人民元に達すると予測されている。

将来的には、液冷充電技術の浸透がさらに加速する見込みである。強力な液冷超充電技術の開発と実用化にはまだ長い道のりがある。これには自動車メーカー、バッテリーメーカー、杭打ち企業、その他関係者の協力が必要である。

このようにして初めて、中国の電気自動車産業の発展をより良く支援し、効率的な充電とV2Gの推進、エネルギー節約と排出削減を促進し、低炭素型のグリーンな発展を加速し、「ダブルカーボン」戦略目標の実現を促進できる。