01. Was ist „Flüssigkeitskühlungs-Supercharging“?
Funktionsprinzip:
Bei der flüssigkeitsgekühlten Schnellladung wird ein spezieller Flüssigkeitskreislauf zwischen Kabel und Ladepistole eingerichtet. In diesen Kanal wird Kühlflüssigkeit zur Wärmeabfuhr eingefüllt und durch eine Pumpe geleitet, um die beim Ladevorgang entstehende Wärme abzuführen.
Der Leistungsteil des Systems nutzt Flüssigkeitskühlung zur Wärmeabfuhr und findet ohne Luftaustausch mit der Umgebung statt, wodurch die Schutzart IP65 erreicht wird. Gleichzeitig sorgt ein großvolumiger Lüfter für eine geräuscharme und umweltfreundliche Wärmeabfuhr.
02. Was sind die Vorteile der flüssigkeitsgekühlten Aufladung?
Vorteile der Flüssigkeitskühlung beim Schnellladen:
1. Höherer Strom und schnellere Ladegeschwindigkeit. Der Ausgangsstrom desLadesäuleDie maximale Ladeleistung wird durch das Kabel des Ladepistolen-Systems begrenzt. Das Kupferkabel im Inneren der Ladepistole leitet Strom, und die dabei entstehende Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms. Je höher der Ladestrom, desto größer die Wärmeentwicklung. Diese muss reduziert werden. Um eine Überhitzung zu vermeiden, muss der Kabelquerschnitt vergrößert werden, was natürlich zu einem höheren Gewicht der Ladepistole führt. Die gängigen 250-A-Ladepistolen nach nationalem Standard verwenden in der Regel ein 80 mm²-Kabel. Dadurch ist die Ladepistole insgesamt sehr schwer und lässt sich nicht leicht biegen. Für höhere Ladeströme kann man zwar auch mit zwei Ladepistolen gleichzeitig laden, dies ist jedoch nur eine Übergangslösung für bestimmte Situationen. Die optimale Lösung für das Laden mit hohen Strömen ist die Verwendung einer flüssigkeitsgekühlten Ladepistole.
Im Inneren der flüssigkeitsgekühlten Ladepistole befinden sich Kabel und Wasserleitungen. Das Kabel der flüssigkeitsgekühlten 500-A-LadepistoleLadepistoleDer Querschnitt beträgt üblicherweise nur 35 mm², und die Wärme wird durch den Kühlmittelstrom im Wasserrohr abgeführt. Dank des dünnen Kabels ist die flüssigkeitsgekühlte Ladepistole 30 bis 40 % leichter als eine herkömmliche Ladepistole. Sie benötigt außerdem eine Kühleinheit, bestehend aus Wassertank, Wasserpumpe, Kühler und Lüfter. Die Wasserpumpe treibt das Kühlmittel in der Leitung der Ladepistole an, transportiert die Wärme zum Kühler und lässt sie anschließend vom Lüfter abführen. Dadurch wird eine höhere Ladeleistung als bei herkömmlichen, natürlich gekühlten Ladepistolen erreicht.
2. Das Pistolenkabel ist leichter und das Ladegerät ist leicht.
3. Geringere Wärmeentwicklung, schnelle Wärmeabfuhr und hohe Sicherheit. Die Ladesäulen herkömmlicher und halbflüssigkeitsgekühlter Ladesäulen werden zur Wärmeabfuhr luftgekühlt. Die Luft strömt von einer Seite in die Ladesäule, führt die Wärme der elektrischen Bauteile und Gleichrichtermodule ab und tritt auf der anderen Seite wieder aus. Dabei vermischt sie sich mit Staub, Salznebel und Wasserdampf, die an den Oberflächen der internen Geräte adsorbiert werden. Dies führt zu schlechter Systemisolierung, unzureichender Wärmeabfuhr, geringer Ladeeffizienz und verkürzter Lebensdauer der Geräte. Bei herkömmlichen und halbflüssigkeitsgekühlten Ladesäulen stehen Wärmeabfuhr und Schutz im Widerspruch zueinander. Ein guter Schutz erschwert die Auslegung der Wärmeabfuhr, und umgekehrt.
Die vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladestation verwendet ein flüssigkeitsgekühltes Lademodul. Dieses Modul verfügt über keine Luftkanäle an Vorder- und Rückseite. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung erfolgt durch das im Inneren der Kühlplatte zirkulierende Kühlmittel. Dadurch kann der Leistungsteil der Ladestation vollständig gekapselt werden, was die Wärmeabgabe minimiert. Der Kühlkörper ist extern angebracht. Die Wärme wird durch das Kühlmittel im Inneren zum Kühlkörper transportiert und von der Außenluft über dessen Oberfläche abgeführt. Da das flüssigkeitsgekühlte Lademodul und die elektrischen Komponenten in der Ladestation keinen Kontakt zur Außenwelt haben, wird Schutzart IP65 und eine hohe Zuverlässigkeit erreicht.
4. Geringe Ladegeräusche und höherer Schutz. Herkömmliche und halbflüssigkeitsgekühlte Ladesäulen verfügen über integrierte luftgekühlte Lademodule. Diese Module sind mit mehreren kleinen, schnelllaufenden Lüftern ausgestattet, wodurch ein Betriebsgeräusch von über 65 dB entsteht. Auch am Gehäuse der Ladesäule befinden sich Lüfter. Aktuell erreichen Ladesäulen mit luftgekühlten Modulen im Volllastbetrieb einen Geräuschpegel von über 70 dB. Tagsüber ist dies kaum wahrnehmbar, nachts jedoch sehr störend. Daher ist der hohe Geräuschpegel an Ladestationen das häufigste Problem für Betreiber. Bei Beschwerden müssen sie das Problem beheben. Die Kosten für die Behebung sind jedoch hoch und der Nutzen begrenzt. Letztendlich bleibt ihnen oft nur die Möglichkeit, die Ladeleistung zu reduzieren, um den Geräuschpegel zu senken.
Die vollflüssigkeitsgekühlte Ladesäule nutzt ein zweistufiges Wärmeabfuhrsystem. Das interne Flüssigkeitskühlmodul verwendet eine Wasserpumpe, um die Kühlmittelzirkulation anzutreiben und die Wärme abzuführen. Die vom Modul erzeugte Wärme wird an den Lamellenkühler abgegeben. Die externe Wärmeabfuhr erfolgt durch langsam laufende, leistungsstarke Lüfter oder Klimaanlagen. Die Wärme wird vom Gerät abgeführt, und der Geräuschpegel der langsam laufenden Lüfter mit hohem Luftvolumen ist deutlich niedriger als der eines kleinen, schnell laufenden Lüfters. Vollflüssigkeitsgekühlte Ladesäulen können auch mit einem geteilten Wärmeabfuhrsystem ausgestattet sein. Ähnlich einer Split-Klimaanlage wird die Wärmeabfuhreinheit abseits der Nutzer platziert und kann sogar mit Becken und Springbrunnen einen Wärmeaustausch durchführen, um eine bessere Wärmeabfuhr und geringere Kosten und Geräuschentwicklung zu erzielen.
5. Niedrige Gesamtbetriebskosten
Die Kosten der Ladeausrüstung an Ladestationen müssen unter Berücksichtigung der gesamten Lebenszykluskosten (TCO) der Ladesäule betrachtet werden. Die Lebensdauer herkömmlicher Ladesäulen mit luftgekühlten Lademodulen beträgt in der Regel maximal fünf Jahre. Da die aktuelle Betriebsdauer von Ladestationen jedoch acht bis zehn Jahre beträgt, muss die Ladeausrüstung während des Betriebszyklus der Station mindestens einmal ausgetauscht werden. Vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen hingegen weisen eine Lebensdauer von mindestens zehn Jahren auf und decken damit den gesamten Lebenszyklus der Station ab. Im Vergleich zu Ladesäulen mit luftgekühlten Modulen, die häufiges Öffnen des Gehäuses, Entstaubung, Wartung und andere Arbeiten erfordern, müssen vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen lediglich gespült werden, sobald sich Staub im externen Kühler angesammelt hat. Dies vereinfacht die Wartung erheblich.
Die Gesamtbetriebskosten eines vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesystems sind niedriger als die eines herkömmlichen Ladesystems mit luftgekühlten Lademodulen, und mit der zunehmenden Verbreitung von vollständig flüssigkeitsgekühlten Systemen wird ihr Kostenvorteil immer deutlicher werden.
03. Marktstatus der flüssigkeitsgekühlten Kompressoraufladung
Laut den neuesten Daten der China Charging Alliance gab es im Februar 2023 31.000 öffentliche Ladepunkte mehr als im Januar 2023, was einem Anstieg von 54,1 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Bis Februar 2023 meldeten die Mitgliedsunternehmen der Allianz insgesamt 1,869 Millionen öffentliche Ladepunkte, darunter 796.000 …Gleichstrom-Ladesäulenund 1,072 MillionenWechselstrom-Ladesäulen.
Da die Verbreitung von Elektrofahrzeugen stetig zunimmt und sich die dazugehörige Infrastruktur, wie beispielsweise Ladesäulen, rasant weiterentwickelt, ist die neue Technologie der flüssigkeitsgekühlten Schnellladung in den Mittelpunkt des Wettbewerbs der Branche gerückt. Viele Hersteller von Elektrofahrzeugen und Ladesäulenbetreiber haben daher mit der Forschung und Entwicklung von Schnellladetechnologien sowie dem Ausbau entsprechender Anlagen begonnen.
Tesla ist der erste Automobilhersteller der Branche, der flüssigkeitsgekühlte Supercharger-Ladesäulen sukzessive einführt. Aktuell betreibt das Unternehmen in China über 1.500 Supercharger-Stationen mit insgesamt 10.000 Ladesäulen. Der Tesla V3 Supercharger ist vollständig flüssigkeitsgekühlt und verfügt über ein flüssigkeitsgekühltes Lademodul sowie eine flüssigkeitsgekühlte Ladekanone. Eine einzelne Ladekanone kann mit bis zu 250 kW/600 A laden, wodurch die Reichweite innerhalb von 15 Minuten um 250 Kilometer erhöht werden kann. Das V4-Modell wird demnächst ebenfalls sukzessive eingeführt. Die Ladesäule bietet eine Ladeleistung von 350 kW pro Ladekanone.
Anschließend führte der Porsche Taycan als weltweit erstes Fahrzeug die 800-V-Hochvolt-Elektroarchitektur ein und unterstützt 350-kW-Schnellladung; die globale Limited Edition Great Wall Salon Mecha Dragon 2022 verfügt über einen Strom von bis zu 600 A, eine Spannung von bis zu 800 V und eine Spitzenladeleistung von 480 kW; der GAC AION V erreicht eine Spitzenspannung von bis zu 1000 V, einen Strom von bis zu 600 A und eine Spitzenladeleistung von 480 kW; der Xiaopeng G9 ist ein Serienfahrzeug mit einer 800-V-Siliziumkarbid-Spannungsplattform, die für ultraschnelles Laden mit 480 kW geeignet ist;
04. Was ist der zukünftige Trend bei der flüssigkeitsgekühlten Aufladung?
Die Technologie der Flüssigkeitskühlung für das Laden von Ladegeräten steckt noch in den Kinderschuhen, birgt aber großes Potenzial und vielversprechende Entwicklungsperspektiven. Flüssigkeitskühlung ist eine hervorragende Lösung für das Laden von Hochleistungsladegeräten. Sowohl im In- als auch im Ausland bestehen keine technischen Probleme bei der Konstruktion und Produktion von Netzteilen für Hochleistungsladegeräte. Lediglich die Kabelverbindung vom Netzteil zum Ladegerät muss noch gelöst werden.
Die Verbreitung von Hochleistungs-Schnellladesäulen mit Flüssigkeitskühlung ist in meinem Land jedoch noch gering. Dies liegt an den relativ hohen Kosten der flüssigkeitsgekühlten Ladekanonen. Bis 2025 wird ein Markt für Schnellladesäulen im Wert von mehreren hundert Milliarden Yuan erwartet. Laut öffentlichen Informationen liegt der durchschnittliche Preis für Ladesäulen bei etwa 0,4 Yuan/W. Der Preis einer 240-kW-Schnellladesäule wird auf etwa 96.000 Yuan geschätzt. Basierend auf dem Preis von 20.000 Yuan pro Satz für das Ladekabel der flüssigkeitsgekühlten Ladekanone auf der Pressekonferenz von CHINAEVSE wird deren Kosten geschätzt. Mit etwa 21 % der Gesamtkosten der Ladesäulen ist sie nach den Lademodulen die teuerste Komponente. Es wird erwartet, dass mit der zunehmenden Verbreitung von Schnelllademodellen für neue Energien auch der Markt für Hochleistungs-Schnellladesäulen wächst.SchnellladesäulenIn meinem Land werden es im Jahr 2025 ungefähr 133,4 Milliarden Yuan sein.
Zukünftig wird die Verbreitung der Flüssigkeitskühlungs-Supercharger-Technologie weiter beschleunigt werden.
Die Entwicklung und der Einsatz leistungsstarker, flüssigkeitsgekühlter Überladetechnologien stehen noch am Anfang. Dies erfordert die Zusammenarbeit von Automobilherstellern, Batterieherstellern, Ladesäulenbetreibern und weiteren Partnern. Nur so können wir die Entwicklung der chinesischen Elektromobilitätsindustrie besser unterstützen, das geordnete Laden und V2G weiter vorantreiben, zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung, zu einer kohlenstoffarmen und umweltfreundlichen Entwicklung beitragen und die Umsetzung des strategischen Ziels der „Doppelkohlenstoffreduzierung“ beschleunigen.
Veröffentlichungsdatum: 04.03.2024