液冷超充——助力新能源汽车市场扩大与推广

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2024-03-13 09:55

液冷超充——助力新能源汽车市场扩大与推广

DiLiquid-cooled supercharging--helping to expand and promote the market of new energy vehicles

随着电动汽车市场的快速发展，用户对于续航里程、充电速度、充电便利性等方面的需求也越来越高。但是，目前国内外的充电基础设施还存在不足和不匹配的问题，导致用户在出行过程中经常遇到找不到合适的充电站、等待时间过长、充电效果不佳等困扰。

10月3日，华为数字能源发布推文“华为全液冷超充助力打造海拔最高、充电更快的高质量318川藏超充绿廊”。文章指出这些全液冷超充终端具备如下特性：

1.最大输出功率 600kW，最大电流 600A，号称“一秒一公里”，在海拔最高的区域可提供最大的充电功率。

2.全液冷技术可确保设备的高可靠性：在高原区域，可耐高温、高湿，且能防灰尘、防腐蚀，适应沿线多种复杂工况。

3.匹配“所有车型”：充电范围覆盖200-1000V，一次充电成功率可达99%，能够匹配特斯拉、小鹏、理想等乘用车及货拉拉等商用车，可做到“来车即充，即充即走”。

液冷超充技术不仅为国内新能源车用户提供了优质的服务和体验，也将助力新能源汽车市场的进一步扩大和推广。本篇文章就带大家了解液冷超充这一技术并且分析其市场现状和未来趋势。

一、什么是液冷超充

液冷超充是通过在电缆和充电枪之间设置一个专门的液体循环通道来实的。这个通道内充满了液冷却液，用于散热。通过动力泵推动液冷却液循环，可以有效地带走充电过程中产生的热量。系统的功率部分采用液冷散热，与外界环境完全隔离，因此可以实现IP65的设计标准。与此同时，系统还采用高风量的风扇，使散热噪音降低，提高了环境友好性。

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二、液冷超充的技术特点及优势

1.电流更大，充电速度快

充电桩的输出电流受到充电枪线的限制，充电枪线通常采用铜制电缆来传导电流。然而，电缆的发热量与电流的平方成正比，这意味着充电电流增时，电缆会更容易产生过多的热量。为了减少电缆过热的问题，必须增加导线的截面积，但这也会导致充电枪变得更重。例如，目前的国标250A充电枪通常采用80mm²的电缆，这使得充电枪整体重量较大，且不容易弯曲。

如果需要实现更大电流的充电，一种权宜之计是采用双枪充电方式，但这只适用于特定场合。实际上，解决高电流充电的最终方案通常是采用液冷充电枪技术。这种技术能够有效地冷却充电枪内部，使其能够承受更高的电流而不过热。

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液冷充电枪内部结构包括电缆和水管。通常，500A液冷充电枪的电缆截面积只有35mm²，通过水管内的冷却液流动来有效地带走产生的热量。由于电缆较细，因此液冷充电枪相较于常规充电枪要轻30%~40%。

此外，液冷充电枪还需要与冷却单元配套使用，冷却单元包括水箱、水泵、散热器和风扇等组件。水泵负责驱动冷却液在充电枪线内循环，将热量传递到散热器，然后由风扇吹散，从而实现比常规自然冷却充电枪更大的电流承载能力。

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2.枪线更轻，充电装备重量轻

3.发热少，散热快，安全性高

常规充电桩和半液冷充电桩通常采用风冷散热系统，其中空气从一侧进入桩体，带走电气元件和整流模块产生的热量，然后从另一侧桩体排出。然而，这种散热方式存在一些问题，因为进入桩体的空气可能夹带灰尘、盐雾和水汽，这些物质可能会附着在内部器件表面，导致系统绝缘性能下降、散热效率降低，从而降低了充电效率并缩短了设备寿命。

对于常规充电桩和半液冷充电桩来说，散热和防护是两个相互矛盾的概念。如果注重防护性能，那么散热性能可能会受到限制，反之亦然。这使得设计这些桩体变得更加复杂，需要在保护设备的同时充分考虑热量散发问题。

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全液冷充电桩采用液冷充电模块，这个模块的正面和背面没有任何风道。模块依赖内部液冷板循环的冷却液与外部环境进行热交换，使得充电桩的功率部分能够实现全封闭设计。散热器被置于桩外部，内部通过冷却液将热量传送到散热器上，然后外部空气将散热器表面的热量吹散。

在这种设计下，充电桩内部的液冷充电模块和电气配件等与外部环境完全隔离，因此可以实现IP65级别的防护，提高了系统的可靠性。

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4.充电噪音小，防护等级更高

传统充电桩和半液冷充电桩内置了风冷充电模块，该模块内设多个高转速小型风扇，运行时产生的噪音通常超过65分贝。此外，充电桩本身还装有散热风扇。目前，采用风冷模块的充电桩在满功率运行时，噪音水平通常都在70分贝以上。这在白天可能不太显著，但在夜间则可能对周围环境造成较大干扰。

因此，充电站点的高噪音水平是运营商面临的最常见投诉问题。针对这个问题，运营商需要采取整改措施，但这些措施往往成本较高，而且效果有限。最终，可能只能采取限制功率运行的方式来减少噪音干扰。

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全液冷充电桩采用双循环散热的结构，其内部液冷模块通过水泵驱动冷却液循环来散热，将模块内部产生的热量传递到翅片散热器上。在外部，采用低转速但高风量的大型风扇或者空调系统来将散热器上的热量有效散走。这种低转速大风量风扇的噪音相对较低，与高转速小风扇相比，噪音干扰更小。

此外，全液冷超充桩还可以采用分体式散热设计，类似于分体式空调的原理。这种设计将散热单元放置在远离人群的地方，甚至可以与水池或喷泉等进行热交换，以实现更出色的散热效果和更低的噪音水平。

5.低TCO

在考虑充电站点充电设备的成本支出时，需要综合考虑充电桩的全生命周期成本（TCO）。传统采用风冷充电模块的充电桩通常寿命不超过5年，而充电场站目前的运营租期通常为8-10年。这意味着在场站的运营周期内，至少需要更换一次充电设备。相比之下，全液冷充电桩的使用寿命至少可达10年以上，能够覆盖场站的整个生命周期。此外，与采用风冷模块的充电桩需要经常开柜清除灰尘、进行维护等操作不同，全液冷充电桩只需在外置散热器积尘后进行冲洗，维护非常简便。

因此，全液冷充电系统的TCO要低于传统采用风冷充电模块的充电系统，并且随着全液冷系统的广泛批量应用，其性价比优势将更为明显。

三、液冷超充技术的缺陷

1. 热均衡性差

液冷方法仍然基于温差换热原理，热量传输为显热方式，因此无法避免电池模组内部温差问题，温差导致模组不同单电池充放电过程中的过充、过放或者充放电不足，电池过充过放会导致电池安全性问题，降低电池寿命，充放电不足会降低电池能量密度，降低电池续航里程。

2. 换热功率受限

电池充电速度受散热速率限制，否则会造成热失控风险。基于冷板的液冷换热功率受限于温差大小和流量，而可控温差与环境温度密切相关。

3. 热失控风险高

电池热失控是由于发生问题的电池在短时间内释放大量热，基于温差显热散热速率有限，热量大量累积引起温度急剧上升，使电池发热与温升之间产生正循环而发生爆炸、燃烧，并引起相邻的电池发生热失控。

4. 寄生功耗大

液冷循环阻力较大，特别是考虑到电池模组体积限制，冷板流道一般较小，当换热量大时，流速会较大，循环压损大，功耗大，降低了电池的续航里程。

四、液冷超充的市场现状和发展趋势

1.市场现状

根据中国充电联盟最新数据显示，2023年2月比2023年1月公共充电桩增加3.1万台，2月同比增长54.1%。截至2023年2月，联盟内成员单位总计上报公共充电桩186.9万台，其中直流充电桩79.6万台、交流充电桩107.2万台。

事实上，随着新能源汽车渗透率不断提高，充电桩等配套设施快速发展，液冷超充这一新技术已成为业界竞逐焦点。许多新能源车企、桩企也纷纷开始对超充进行技术研发与布局。

特斯拉是业界最早批量部署液冷超充桩的车企，当前已在国内部署超1500个超充站点共计10000台超充桩。特斯拉V3款超充桩采用全液冷设计，液冷充电模块及液冷充电枪，单枪最大250kW/600A充电，15分钟即可增加250公里的续航里程，而即将批量部署的V4款充电桩更将充电功率增大到了单枪350kW。

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随之，保时捷Taycan在全球首次推出800V高电压电气架构，并支持350kW大功率快充；长城沙龙机甲龙2022全球限量版，电流可达600A，电压可达800V，峰值充电功率是480kW；广汽埃安AION V，峰值电压可达1000V，电流可达600A，峰值充电功率同样为480kW；小鹏G9，800V碳化硅电压平台量产车，适用于480kW超快充。

目前，国内入局液冷超充系统市场的充电桩核心企业主要有英可瑞、英飞源技术、ABB、锐速智能科技、动力源、星星充电、特来电等。

五、液冷超充未来趋势

液冷超充领域处于起步阶段，潜力大，发展前景广阔。液冷是解决大功率充电的优异方案。大功率充电桩电源的设计和生产国内外已不存在技术问题，需要解决由大功率充电桩电源到充电枪的线缆连接。

但是，我国高功率液冷超充桩渗透率仍较低。这是因为液冷充电枪先成本占比较高，快充桩2025年将迎来千亿市场空间。根据公开信息，充电桩均价约为0.4元/W，推算240kW快充桩价格约9.6万元，根据日丰股份发布会中的液冷充电枪线价格2万元/套，推算液冷充电枪成本约占充电桩成本21%，成为仅次于充电模块的成本最高组件。预计随着新能源快充车型保有量提升，2025 年我国高功率快充桩市场空间约1334 亿元。

未来，液冷超充技术将持续加速渗透。大功率液冷超充技术的发展与布局，任重而道远。这其中需要车企、电池企业、桩企等多方配合，只有这样才能更好地助力中国电动汽车产业发展，进一步推进有序充电和V2G，助力节能减排、低碳绿色发展，加速实现“双碳”战略目标。