据公安部和中国充电联盟统计,截至2022年底,我国新能源汽车保有量达到 1310 万辆,车桩比为2.5:1。今年2月,工信部发布《关于组织开展公共领域车辆全面电动化先行区试点工作的通知》,提出新增公共充电桩/新能源汽车推广数量比例力争达到1:1。
中央、地方政府鼓励充电桩建设的文件层出不穷、方兴未艾。充电桩越来越多,街上随处可见充电站,但新能源车主依然深受充电焦虑的困扰。究其原因主要有两个,一是充电桩在不断增加,电动汽车的保有量也在持续增长,二是充电慢,随着电动汽车的电池能量在不断加大,如果还采用旧款充电桩充电,则充电速度会更慢。
即充即走,超充大势所趋
目前交流桩(慢充)充电需要6-8小时,普通直流桩(快充)将车从20%电量充至80%需要三十四分钟,与传统燃油车5分钟加好油的体验相差甚远。
要有效缓解车主的充电焦虑,进一步提升新能源汽车的市场渗透率,除了缩小车桩比,还应该提升补能效率,实现让新能源汽车的充电速度可以媲美燃油车加油的速度。《节能与新能源汽车技术路线图2.0》更是提出,2035年大功率快充要实现充电5min行驶300km以上的目标。届时,电动汽车充电速度就如同燃油车加油一样快,即充即走。
天下武功,唯快不破。汽车充电就是要快,根据中国充电联盟今年发布的《2022中国电动汽车用户充电行为白皮书》显示,网约车、商用车用户对于充电时间高度敏感,快充桩已成为96%的首选。
直流快充桩中,高电压快充相比大电流快充更具优势,而超充桩则需电流、电压同步提升。现有的大功率充电可分为三种方式:
1)电流由250A上升至600A的大电流快充。根据焦耳定律(Q=I²RT)可得知,电流通过导体产生的热量,和电流的二次方成正比,和电阻成正比,和通电时间成正比。即在大电流模式下,电流提升1倍,散热增加4倍。大电流快充对于散热要求非常高,所以国内企业较少涉足大电流快充,大电流快充做得好的代表企业是特斯拉。
2)电压由400V上升至800V的高电压快充。相比之下,高电压快充更容易实现,在市面上也更主流。车端暂且不谈,桩端只需要把原本低压的部分换成耐高压的、更改充电模块即可,整体改动较少,成本相对可控。这也是国内车企为什么都在往 800V 高电压平台转的原因之一,目前国内已有小鹏、广汽埃安、岚图、理想等超过10家车企宣布研发800V高压平台,意图抢占高压快充新高地。
3)电流、电压同步提升下,功率达400kw及以上的超级充电。当前,国内仍未有统一的标准来定义超充,但据美国能源部定义,超级充电(XFC)的充电功率需达到400kW以上。目前,广汽埃安、小鹏等国内车企均有布局。广汽埃安A480超充桩最大电流可达600A,最高电压达880V,最大充电功率达480kW。车端800V布局势必将带动超充桩同步发展。
龙头企业跑步进入液冷超充赛道
400kW及以上的超充桩运行时,会在短时间内产生巨大的热量,设备迅速发热,可能会引发安全问题。传统的风冷散热模式达不到设备的散热要求,因此,具有更好散热效果的液冷技术应运而生。
什么是充电桩的液冷技术?其原理就是在电缆和充电枪之间设置一个专用的液体循环通道,通道内加入液冷却液,通过电子泵驱动冷却液流动,使冷却液在液冷电缆、储存冷却液的油箱、散热器之间循环流动,从而把充电桩在工作过程中产生的热量散发出来。
风冷向液冷转换是大功率充电模块的散热技术的趋势,液冷超充这一项新技术已成为业界竞逐焦点,是否布局了液冷超充在一定程度上成为了衡量企业竞争力的标签之一。因此,许多新能源车企、桩企纷纷开始跑步进入对液冷技术研发与布局的快车道。
小鹏G9搭载800V高压SiC平台,最高支持480kW的超级快充,同时小鹏已于去年下半年开启了全新一代的超充桩布局,逐步构建800V/480kW超充网络,其480kW高压超充桩的充电枪采用液冷散热技术,通流能力可达670A,5分钟可充 200KM,12分钟可从10%充到80%;2022年4 月,广汽埃安首个超级充换电中心正式落成,其中配备A480液冷超充桩,实现480kW充电功率;2022年,京能新能源自主研发生产了480/960kW直流液冷超充,峰值充电功率高达600kW(1000V/600A)……
液冷超充的优点是什么?
说了这么多,液冷超充到底有什么了不得的优点,引得小鹏、广汽等车企,京能新能源等桩企,华为等零部件研发类企业纷纷入局该赛道?
总的来说,液冷超充具有电流更大、充电更快、充电枪更轻便、防护等级更高、噪声更小、维护成本更低等特点。
下面我们将一一说明:
第一、电流更大,充电速度更快
市面上国标充电桩的最大电流为250A,而液冷充电桩的电流可达到600A,充电速度瞬间提升几倍。以京能新能源EVDCF系列960kW分体式直流液冷超充为例,该终端单枪输出电流最高600A,200V-1000V恒功率范围输出,10分钟可补电100度,理论上,一辆电池能量为50kWh的新能源汽车,只需要5分钟就可以充满电,并可以实现300KM的续航(按15度电可行驶100公里计算)。
第二、充电枪更轻
国标250A的充电枪一般采用线径为80mm²的电缆,不容易弯曲,非常笨重。而500A的液冷充电枪电缆线径一般才35mm²,电缆细,液冷充电枪要比常规的充电枪轻30%~40%,更轻盈的充电枪让用户使用体验更好。
第三、散热更快,防护等级高
常规充电桩、半液冷充电桩都是风冷散热,其防护等级一般为IP54。
而全液冷充电桩采用液冷散热,全封闭设计,有效隔绝灰尘、易燃易爆气体,一般具有IP65的防护等级,液冷充电模块的散热能力更强,相较风冷充电模块低10-20℃,而且液冷充电桩的电缆都需要通过耐高温、耐腐蚀、抗爆破、耐低温等测试,更适合恶劣的环境。
第四、噪声小
常规充电桩内置了多个高速运转小风扇和散热风扇,满功率运行时噪声大多在70dB以上,这个音量,说大也不大,说小也不小,就相当于在闹市区里的声音,在夜深人静的晚上就会比较明显,容易被场站附近的居民投诉。
而全液冷充电桩内部液冷模块靠电子泵驱动冷却液循环散热,外部靠低转速大风量风扇或是空调来散热,噪声小很多,一般控制在35dB 以内。
第五、使用寿命长
常规充电桩的寿命一般在5年左右,但充电场站的租期一般是8-10年,这意味着在场站运营周期内要更换一次充电设备。而全液冷充电桩一般可以使用10年以上。
第六、维护成本低
常规充电桩防护等级为IP54,后期需要进行开柜除尘等比较繁杂的维护操作,而全液冷充电桩的充电模块与外部环境完全隔绝,整体故障率更低,后期只需要在外置散热器积尘后进行冲洗即可,维护简单、成本低。
液冷超充的局限在哪里?
虽然目前已有不少龙头企业已经布局了液冷超充,但是市面上的液冷充电站还是寥寥可数,其原因主要有两点:
第一、研发难度大,生产成本高。
常规充电桩的采购成本为0.35-0.4元/W,液冷超充的采购成本约为0.63-0.72元/W,其成本将近翻了一倍。如果企业没有核心研发团队、成熟的生产基地、雄厚的资金,则很难支撑其冲进液冷超充的赛道和行业巨头“硬碰硬”。
第二、电力条件要求高。
目前液冷充电桩的功率高达600kW,可能很多人对于600kW没什么概念,就用一般家庭房间常见的小挂机空调来讲,其功率一般是1.1kW,600kW就相当于超过500台这样的空调同时运行,这对配电网而言是一个巨大的负担。
基于以上原因,目前国内液冷超充技术处于市场导入期,在这一阶段,消费者对于液冷超充缺乏了解,布局液冷超充的大多是“财大气粗”的龙头企业。
发展新能源汽车产业是加快汽车强国建设的重要方向和破解能源环境约束的有效手段。超充的未来,已来。
随着“双碳”这一国家战略的持续推进,新能源汽车的市场占有量势必会逐渐超越传统燃油车,甚至会取代传统燃油车。而想要壮大新能源汽车产业,则必须站在客户一端,解决“续航短、充电慢”的“顽疾”。需求侧的痛点,势必会倒逼供给侧加速布局大功率超充产品,有能力者,早已入局。随着科技技术的进步,相信以液冷技术为代表的超充在不久的将来必然会引领新一轮充电设施发展潮流。
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