液冷超充站建成总结
来源: | 作者:重庆紫杉科技有限公司 | 发布时间: 2024-08-05 | 2356 次浏览 | 分享到:

常规直流充电枪在运作时,其电流通常被限制在250A以下,以保证充电过程的稳定性和安全性。然而,随着超级快充技术的发展,充电枪所承受的电流已能高达500A左右,这极大地提升了充电效率,但同时也带来了显著的挑战——热效应的显著增加,这主要是通过风冷和液冷两种方式。

风冷技术,依赖于风冷模块与自然冷却枪线,通过空气的热交换来降低温度。然而,面对大电流快充带来的高发热量,如果继续沿用风冷方式,就必须采用更粗的铜线以增加散热面积。这不仅会增加制造成本,而且会使充电枪线重量增加,不仅使用不便,还可能因重量过大而带来安全隐患。此外,风冷方式的一个显著局限是它无法直接对线缆的线芯进行有效冷却。
  液冷技术,则展现出了明显的优势。它采用液冷模块与液冷枪线相结合,通过冷却液(如乙二醇、油等)流经液冷线缆,直接带走线缆产生的热量。这种方式不仅散热效率高,能实现小截面线缆通载大电流且保持低升温,大大提高了充电的安全性。而且,由于线缆线径更细,重量也随之减轻,不仅使用更加便捷,还降低了因重量过大而带来的安全隐患。此外,液冷系统由于没有风扇等转动部件,因此噪音也较小,进一步提升了用户的使用体验。


液冷散热模式在新能源汽车充电领域展现出显著的优势,其最引人瞩目的特点包括加速充电过程、高效散热、卓越的安全性能、低噪音以及更高的防护等级。该模式采用独特的双循环散热架构,内部液冷模块通过高效水泵驱动冷却液循环,迅速带走充电过程中产生的热量;而外部则利用低转速大风量风扇或空调设备,进一步将散热器上的热量散发到环境中,确保充电设备始终处于理想的温度状态。

风冷向液冷散热技术的转换,已成为大功率充电模块散热技术的必然趋势。随着充电模块功率的不断提升,其工作过程中产生的热量也日益增多。目前,虽然主流充电桩仍采用风冷散热模块,但风冷散热技术的局限性已逐渐显现。
  风冷散热技术虽然应用广泛、成本较低,但其散热效率有限,难以满足未来大功率充电模块的散热需求。同时,风冷散热过程中产生的大量噪音也对周边环境造成了影响。此外,由于模块内部元件与空气直接接触,容易积聚灰尘、腐蚀零件,导致
充电桩故障率较高、使用寿命较短,维护成本也相对较高。

液冷超充是一种先进的充电技术,通过使用液体冷却系统来提高充电效率和速度,同时降低充电设备的运营成本和噪音污染。技术原理:液冷超充技术通过在充电设备中采用液体冷却技术,使充电设备的电子元件与冷却剂管道相连,当电子元件产生热量时,冷却剂会吸收并带走这些热量,从而保持充电设备的温度稳定,提高充电效率并延长电池使用寿命。‌优势快速充电:液冷超充技术能够显著减少充电时间,例如,‌华为的液冷超充技术可以实现5分钟内充电200KM的续航能力,极大地提升了用户体验。‌高效能:系统效率高达95.5%,远高于传统充电技术。‌低噪音和高安全性:相比传统风冷充电桩液冷充电桩的运行噪音更低,同时采用全封闭设计,提高了防护等级,有效隔绝外界灰尘和杂物,降低了故障风险。‌轻便和易操作:液冷充电枪的电缆更细,重量减轻30%-40%,弯折更容易,操作更轻松。‌长期运营成本低:由于设备工作温度低、零部件故障率小,设备使用寿命更长,一般可使用10年以上,避免了二次投资。应用和发展:随着新能源汽车市场的快速发展,液冷超充技术正在全球范围内得到广泛应用。例如,华为计划在全国340多个城市和主要公路建设10万根以上的全液冷超快充充电桩。此外,液冷超充技术也在不同场景下得到应用,如高速公路服务区、城市公共充电场景等,大大缓解了充电排队拥堵的情况。

相比之下,液冷散热技术则展现出了诸多优势。其通过冷却液在密闭通道中循环,实现发热器件与散热器之间的高效热交换。采用大风量低频风扇或水冷机散热,噪音远低于风冷散热的高速风扇。液冷散热效率更高,能够满足未来大功率充电模块的散热需求。同时,由于模块内部元件不与空气直接接触,因此维护成本较低、设备故障率也较低、使用寿命更长。

液冷超充的优势

1.电流更大,充电速度快。

充电桩的输出电流受限于充电枪线,充电枪线里面的铜制电缆来导电,而电缆的发热与电流的平方值成正比,充电电流越大,线缆发热也就越大,要降低线缆发热量避免过热就必须增加导线的截面积,当然枪线也就越重。当前250A的国标充电枪一般采用80mm2的电缆,充电枪整体很重,且不容易弯曲。如果要实现更大电流充电,也可以采用双枪充电,但这只是特定场合的权宜之计,大电流充电的最终解决方法只能是液冷充电枪充电。

液冷充电枪内部有电缆和水管,500A液冷充电枪的电缆通常才35mm2,通过水管内的冷却液流动来带走热量。因为电缆细,所以液冷充电枪要比常规的充电枪轻30%~40%。液冷充电枪还需配套冷却单元,冷却单元由水箱、水泵、散热器和风扇构成。水泵驱动冷却液在枪线循环流动,将热量带到散热器,再由风扇吹走,从而实现比常规自然冷却充电枪更大的载流量。

2.枪线更轻,充电装备重量轻。

 

传统方式会用扩大线缆截面面积的方式降低电缆发热,但供充电枪使用的线缆粗细是有上限的,这个上限决定了传统超充桩最大输出电流为250A。随着充电电流的不断增大,同等粗细的液冷线缆散热性能更好;此外,因为液冷枪线细,所以液冷充电枪比常规充电枪减重近50%。

3.发热少,散热快,安全性高。

常规充电桩及半液冷充电桩的桩体都是风冷散热,空气从一侧进入桩体,吹走电气元件、整流模块的热量,从另一侧桩体散出。空气会夹杂着灰尘、盐雾及水气并吸附在内部器件表面,导致系统绝缘变差、散热变差,充电效率低,设备寿命减少。对于常规充电桩或是半液冷充电桩来说,散热和防护是两个相互矛盾的概念,防护好则散热较难设计,散热好则防护较难处理。

模块散热原理

液冷充电桩采用液冷充电模块,液冷模块正面及背面无任何风道,模块靠液冷板内部循环的冷却液与外界进行热交换,从而充电桩功率部分可以全封闭设计,将散热器外置,内部通过冷却液将热量带到散热器上,外部空气吹走散热器表面的热量。充电桩体内的液冷充电模块、电气配件等与外界环境无接触,从而可以实现IP65的防护,可靠性更高。

4.充电噪音小,防护等级更高。

常规和半液冷充电桩多依赖风冷模块进行散热,其内置的多个高转速小风扇在运行时会产生高达65db以上的噪声。加之充电桩桩体上的散热风扇,当这些充电桩满功率运行时,噪声普遍超过70dB,对周边环境造成较大影响。尤其在夜间,这种噪声极易扰民,导致运营商频繁收到投诉。
  全液冷充电桩采用了更为先进的双循环散热架构。内部液冷模块通过水泵驱动冷却液循环散热,将热量转移至翅片散热器上,而外部则通过低转速大风量的风扇或空调进行散热。这种设计使得风扇的噪声远低于传统的高转速小风扇,显著降低了充电桩的整体噪声水平。
液冷超充桩还采用了分体式散热设计,类似于分体式空调,将散热单元放置在远离人群的地方。这种设计不仅进一步降低了噪声,还能与水池、喷泉等景观设施进行热交换,实现更好的散热效果和更低的噪声水平。

5.低TCO

在考虑充电站点充电设备的成本支出时,必须全面评估充电桩的全生命周期成本(TCO)。传统风冷充电模块的充电桩通常寿命有限,不超过5年,而现代充电场站的运营租期通常长达8-10年。这意味着在充电桩的生命周期内,需要频繁更换和维护,尤其是风冷模块需要每年至少4次的人工上站清洁和维护,这无疑增加了场站的运维成本。
虽然液冷散热系统的初始投资相对较大,但考虑到其较低的后期维护与检修频率以及更长的使用寿命,其运营成本实际上更低。华为数字能源部门预测,全液冷充电系统的TCO将低于传统风冷充电系统,特别是在广泛批量应用后,其性价比优势将更为明显。

6.液冷适应环境更恶劣

 

根据华为的行业洞察,充电桩的工作环境正变得愈发复杂多变,涵盖了热带、海边、矿区等极端环境,这些环境带来了高温、高湿、高盐度以及多尘的恶劣条件,对充电设施的稳定运行和日常维护构成了严峻挑战。
  传统的充电桩依赖空气进行热交换以实现降温,但这种方式存在显著缺陷。其内部元器件并未进行隔离,充电模块中的电路板和功率器件直接暴露于外界环境中,极易受到湿气和尘埃的侵蚀,导致模块故障频发。这种设计使得模块在湿尘和高温环境下的年失效率高达3~8%,甚至更高,严重影响了充电设施的稳定性和可靠性。
  液冷技术采用了全隔离防护设计。通过冷却液与散热器之间的热交换,实现了与外部环境的完全隔绝。这种设计不仅有效延长了设备的使用寿命,而且显著提高了充电设施的可靠性。