“Один километр в секунду и запас хода 200 километров после 5 минут зарядки”. 27 февраля на конференции партнеров Huawei China Digital Energy 2024 компания Huawei Digital Energy Technology Co., Ltd. (далее именуемая «Huawei Digital Energy») представила полностью жидкостно охлаждаемую зарядную станцию. План продвижения станции утверждает, что «сделает опыт дозаправки реальностью». Согласно плану, Huawei Digital Energy построит более 100 000 полностью жидкостно охлаждаемых зарядных станций Huawei в более чем 340 городах и на крупных автомагистралях по всей стране в 2024 году, чтобы создать «одну сеть для городов», «одну сеть для высоких скоростей» и «одну энергосистему». «Дружественная» зарядная сеть. Фактически, Huawei выпустила полностью жидкостно охлаждаемый нагнетатель еще в октябре прошлого года и на данный момент завершила разработку нескольких демонстрационных площадок.
По совпадению, в конце прошлого года компания NIO официально объявила о выпуске новой сверхбыстрой зарядной станции мощностью 640 кВт с полным жидкостным охлаждением. Сверхбыстрая зарядная станция оснащена зарядным пистолетом с жидкостным охлаждением весом всего 2,4 кг и официально будет представлена уже в апреле этого года. До сих пор многие называли 2024 год годом бурного развития полностью жидкостных нагнетателей. Думаю, что в связи с этой новинкой у всех ещё много вопросов: что такое перезарядка с жидкостным охлаждением? Каковы её уникальные преимущества? Станет ли жидкостное охлаждение основным направлением развития наддува в будущем?
01
Более эффективная и быстрая зарядка
«До сих пор не существует единого стандартного определения для так называемого полностью жидкостного нагнетателя», – сообщил Вэй Дун, инженер Лаборатории микроэлектронных технологий Сианьского технологического университета, репортеру China Automotive News. Проще говоря, полностью жидкостный нагнетатель – это технология, использующая циркуляцию жидкости для быстрого отвода тепла, выделяемого в процессе зарядки ключевыми компонентами, такими как зарядные модули, кабели и головки зарядных пистолетов. В ней используется специальный насос для подачи охлаждающей жидкости, что позволяет рассеивать тепло и обеспечивать эффективную работу зарядного оборудования. Охлаждающая жидкость в полностью жидкостном нагнетателе – это не обычная вода, а, в основном, этиленгликоль, вода, присадки и другие вещества. Что касается пропорций, то это технический секрет каждой компании. Охлаждающая жидкость может не только улучшить стабильность и охлаждающий эффект жидкости, но и снизить коррозию и повреждение оборудования. Необходимо знать, что метод отвода тепла существенно влияет на производительность зарядного оборудования. Согласно теоретическим расчетам, текущие тепловые потери мощных зарядных установок постоянного тока составляют около 5%. Отсутствие эффективного теплоотвода не только ускорит старение оборудования, но и приведет к высокому уровню отказов зарядного оборудования.
Именно благодаря поддержке технологии теплоотвода с полным жидкостным охлаждением мощность суперзарядных батарей с полным жидкостным охлаждением значительно выше, чем у обычных быстрозарядных батарей. Например, суперзарядная батарея Huawei с жидкостным охлаждением имеет максимальную мощность 600 кВт, что позволяет пользователям наслаждаться чрезвычайно быстрой зарядкой «чашка кофе и полная зарядка». «Хотя ток и мощность суперзарядных батарей с полным жидкостным охлаждением в настоящее время различаются, все они мощнее обычных быстрых зарядных батарей и суперзарядных батарей». Цзэн Синь, профессор Пекинского университета науки и технологий, рассказал репортеру China Automotive News: «В настоящее время мощность обычных быстрозарядных батарей составляет около 120 кВт, а обычных — около 300 кВт. Мощность суперзарядных батарей с полным жидкостным охлаждением от Huawei и NIO может достигать 600 кВт. Кроме того, суперзарядная батарея Huawei с полным жидкостным охлаждением также имеет функции интеллектуальной идентификации и адаптивной регулировки. Он может автоматически регулировать выходную мощность и ток в соответствии с требованиями к заряду аккумуляторных батарей разных моделей, достигая показателя успешности единовременной зарядки до 99%.
«Нагрев полностью жидкоохлаждаемых наддувочных батарей также стимулировал развитие всей отраслевой цепочки». По словам Ху Фэнлиня, исследователя из Центра инновационных технологий новой энергетики Шэньчжэньского института передовых технологий, компоненты, необходимые для полностью жидкоохлаждаемых наддувочных батарей, можно грубо разделить на компоненты оборудования для перезарядки, общие структурные компоненты, высоковольтные материалы для быстрой зарядки и другие компоненты, включая интеллектуальные сенсорные компоненты, чипы из карбида кремния, силовые насосы, охлаждающие жидкости, а также полностью жидкоохлаждаемые модули, полностью жидкоохлаждаемые зарядные пистолеты и зарядные устройства. Большинство из них имеют более строгие требования к производительности и стоят дороже, чем компоненты, используемые в обычных зарядных батареях.
02
Удобство использования, длительный срок службы
По сравнению с обычными зарядными устройствами и традиционными системами быстрой/суперзарядки, суперзарядные устройства с полным жидкостным охлаждением не только заряжают быстрее, но и обладают рядом преимуществ. «Зарядный пистолет полностью жидкостного охлаждения суперзарядного устройства Huawei очень лёгкий, и даже автовладельцы с невысокой физической силой могут им легко пользоваться, в отличие от предыдущих зарядных устройств, которые были громоздкими», — говорит Чжоу Сян, владелец электромобиля из Чунцина.
«Применение ряда новых технологий, новых материалов и новых концепций дает полностью жидкостно-охлаждаемым суперзарядным батареям преимущества, с которыми обычные зарядные батареи не могли сравниться в прошлом». Ху Фэнлинь сказал, что для полностью жидкостно-охлаждаемых суперзарядных батарей ток и мощность больше, что означает более быструю зарядку. Обычно нагрев зарядного кабеля пропорционален квадрату тока. Чем больше зарядный ток, тем сильнее нагревается кабель. Чтобы уменьшить количество тепла, выделяемого кабелем, и избежать перегрева, необходимо увеличить площадь поперечного сечения провода, что означает, что зарядный пистолет и зарядный кабель тяжелее. Полностью жидкостно-охлаждаемый суперзарядный насос решает проблему рассеивания тепла и использует кабели с меньшей площадью поперечного сечения, чтобы обеспечить передачу больших токов. Поэтому кабели полностью жидкостно-охлаждаемых суперзарядных батарей тоньше и легче, чем у обычных суперзарядных батарей, а зарядные пистолеты также легче. Например, зарядный пистолет нагнетателя NIO с жидкостным охлаждением весит всего 2,4 кг, что значительно легче обычных зарядных пистолетов. Пистолет гораздо легче и удобнее в использовании, особенно для женщин-автовладельцев, поскольку он более удобен в использовании.
«Преимущество полностью жидкостноохлаждаемых наддувочных столбов заключается в том, что они безопаснее». Вэй Дун сказал, что в прошлом большинство зарядных столбов использовали естественное охлаждение, воздушное охлаждение и другие методы, которые требовали вентиляционных отверстий в соответствующих частях зарядного столба, что неизбежно приводило к Воздух, смешанный с пылью, даже мелкими металлическими частицами, солевым туманом и водяным паром, попадал внутрь зарядного столба и адсорбировался на поверхности электрических компонентов, что приводило к таким проблемам, как ухудшение изоляционных свойств системы, плохое рассеивание тепла, снижение эффективности зарядки и сокращение срока службы оборудования. Напротив, метод полного жидкостного охлаждения может обеспечить полное покрытие, улучшить изоляцию и безопасность, а также позволить зарядному столбу достичь более высокого уровня пыле- и водонепроницаемости в соответствии с международным электрическим стандартом IP65, с более высокой надежностью. Более того, после отказа от конструкции с воздушным охлаждением и несколькими вентиляторами уровень шума нагнетателя с полным жидкостным охлаждением значительно снизился: с 70 децибел у нагнетателя с воздушным охлаждением до примерно 30 децибел, что близко к шепоту. Это позволило избежать необходимости быстрой зарядки в жилых районах. Ранее возникали неловкие ситуации, связанные с жалобами на громкий шум по ночам.
Более низкие эксплуатационные расходы и более короткие циклы окупаемости также являются одними из преимуществ полностью жидкоохлаждаемых суперзарядных свай. Цзэн Синь сказал, что традиционные воздушноохлаждаемые зарядные сваи, как правило, имеют срок службы не более 5 лет, но текущие сроки аренды для эксплуатации зарядных станций в основном составляют от 8 до 10 лет, что означает, что как минимум требуются реинвестиции в течение рабочего цикла станции. Замените основное зарядное устройство. Срок службы полностью жидкоохлаждаемых зарядных свай, как правило, превышает 10 лет. Например, проектный срок службы полностью жидкоохлаждаемых суперзарядных свай Huawei составляет более 15 лет, что может покрыть весь жизненный цикл станции. Более того, по сравнению с зарядными сваями, использующими воздушные охлаждаемые модули, которые требуют частого открытия шкафов для удаления пыли и обслуживания, полностью жидкоохлаждаемые зарядные сваи необходимо промывать только после того, как пыль накопится во внешнем радиаторе, что упрощает обслуживание.
В целом, стоимость полного жизненного цикла нагнетателя с полностью жидкостным охлаждением ниже, чем у традиционного воздушного нагнетательного оборудования. С внедрением и популяризацией нагнетателей с полностью жидкостным охлаждением его комплексные преимущества в плане экономической эффективности будут становиться всё более очевидными.
03
Рынок имеет блестящие перспективы, и конкуренция обостряется
Фактически, в связи с непрерывным ростом популярности транспортных средств на новых источниках энергии и быстрым развитием вспомогательной инфраструктуры, такой как зарядные станции, наддувочные станции с полным жидкостным охлаждением стали предметом конкуренции в отрасли. Многие компании, занимающиеся разработкой транспортных средств на новых источниках энергии, зарядных станций, технологических компаний и т.д., начали проводить технологические исследования и разработки, а также проектировать наддувочные станции с полным жидкостным охлаждением.
Tesla — первая автомобильная компания в отрасли, которая начала массово внедрять станции наддува с жидкостным охлаждением. Ее станции наддува V3 имеют конструкцию с полным жидкостным охлаждением, зарядные модули и зарядные пистолеты с жидкостным охлаждением. Максимальная мощность зарядки одной пушки составляет 250 кВт. Сообщается, что с прошлого года Tesla постепенно развертывает новые станции наддува V4 с полным жидкостным охлаждением по всему миру. Первая в Азии станция наддува V4 была запущена в Гонконге, Китай, в октябре прошлого года и вскоре выйдет на материковый рынок. Сообщается, что теоретическая максимальная мощность зарядки этой станции составляет 615 кВт, что эквивалентно производительности полностью жидкостных зарядных столбов Huawei и NIO. Похоже, что рыночная конкуренция для полностью жидкостных зарядных столбов началась незаметно.
«В целом, полностью жидкостноохлаждаемые нагнетатели обладают высокой мощностью зарядки, а эффективность зарядки значительно повышается, что может эффективно снизить беспокойство пользователей по поводу зарядки». В интервью репортеру China Automotive News он сказал, что в настоящее время полностью жидкостноохлаждаемые нагнетатели с избыточной зарядкой ограничены в масштабе применения, что приводит к более высоким затратам. Более того, поскольку высокопроизводительная зарядка требует оптимизации управления безопасностью аккумуляторной батареи и повышения платформы напряжения транспортного средства, стоимость также увеличится на 15–20%. В целом, разработка технологии высокопроизводительной зарядки требует всестороннего рассмотрения таких факторов, как управление безопасностью транспортного средства, независимая управляемость высоковольтных устройств и стоимость. Это поэтапный процесс.
«Более высокая стоимость наддувочных столбов с жидкостным охлаждением является одним из практических препятствий, мешающих их широкомасштабному продвижению». Ху Фэнлинь сказал, что текущая стоимость каждого наддувочного столба Huawei составляет около 600 000 юаней. На данном этапе малым и средним предприятиям, как правило, занимающимся зарядным бизнесом, практически сложно конкурировать. Однако в долгосрочных перспективах развития, с расширением сфер применения и снижением затрат, многочисленные преимущества полностью жидкостно-охлаждаемых наддувочных столбов постепенно станут заметными. Высокий спрос пользователей и рынок на безопасную, высокоскоростную и быструю зарядку откроют более широкое пространство для разработки полностью жидкостно-охлаждаемых наддувочных столбов.
В недавнем исследовательском отчете, опубликованном CICC, указано, что перезарядка систем жидкостного охлаждения стимулирует модернизацию производственной цепочки, а объем внутреннего рынка, как ожидается, достигнет почти 9 миллиардов юаней в 2026 году. Изначально ожидается, что благодаря автомобильным компаниям, энергетическим компаниям и т. д. количество внутренних станций наддува систем жидкостного охлаждения достигнет 45 000 к 2026 году.
Цзэн Синь также отметил, что в 2021 году на внутреннем рынке будет менее 10 моделей с поддержкой функции перезарядки; в 2023 году их будет более 140, и в будущем их число будет расти. Это не только реалистично отражает ускоренный темп работы и жизни людей, стремящихся восполнить энергию для новых транспортных средств, но и отражает тенденцию развития рыночного спроса. В связи с этим перспективы развития полностью жидкостно-охлаждаемых суперзарядных батарей весьма многообещающи.
Время публикации: 15 марта 2024 г.