大功率液冷充电枪的发展现状

0 引言

随着电动汽车技术不断完善及国家政策的支持，截至2019 年底，我国新能源车保有量达381 万辆，占汽车总量的1.46%，与2018 年底相比，增加120 万辆，增长46.05%。其中，纯电动汽车保有量310 万辆，占新能源车总量的81.19%。新能源车增量连续两年超过100 万辆，呈快速增长之势。截至2019 年底，全国公共充电桩和私人充电桩总保有量为121.9 万台，同比增长50.8%，可见充电基础设施建设正逐步加强和完善。

在新能源汽车不断普及的过程中，一些问题也不断体现出来，其中续航里程、充电效率、充电时长是影响新能源汽车推广的主要原因，也是车主使用过程中感受最突出的问题。经过这几年的发展，我国电动汽车的续航里程在逐渐增加，从之前的续航150 km 发展到如今的400 km 以上，基本上已经解决了电动汽车的里程焦虑。目前，我国市面上主流的直流充电桩充电功率为（80 ～ 120）kW，而主流的电动车乘用车电池能量为（60 ～ 90）kW，故实际充电时间约为（1 ～ 2）h，绝大多数人不能忍受长时间的等待。而燃油车加油只需要（10 ～ 20）min，从补充能源的便利性方面来说，电动车还不能与燃油车相比。采用大功率充电能达到与燃油车加油相同的体验，从而成为解决电动车快速充电的最有效途径之一^[1]。

实现大功率充电技术有3 个途径，①将整车的电压平台提高到1 000 V DC，目前国内市场上主流的电动乘用车电压平台范围在（400 ～ 500）V DC，如果要实现整车1 000 V DC，将对高压零部件提出更高的要求，成本将大幅提高。②将电流提高600 A，要满足大电流需求必须要考虑阻性损耗、高压传输线路（温升、温控）、冷却系统的匹配、热管理系统、导体材料的使用及选用等相关问题。③共同提高，需要考虑是否能够采用商用车平台化的零部件及高压架构等技术产品。结合国内实际情况，大功率充电主要是在不提高整车电压平台的条件下提高充电电流^[2]。

充电电流增大后接触端子及线缆的发热量会快速增加，导致温度迅速升高，持续高温易损害充电装置的电子元件，严重的还会引起烧毁安全事故。降低电缆发热的常规方法是增大电缆线芯截面积，但是充电电缆特殊的使用场景要求其不可太粗太重，电缆线芯截面积不能无限制增大。现有《电动汽车传导充电用连接装置》（GB/T 20234—2015）定义的最大充电电流等级为250 A，其原因也是受限于250 A 以上电流等级需要更大的截面积的导体，其所带来的重量无法在实际操作中应用。大功率液冷充电枪是在充电线缆中放置液冷管道，让冷却液带走线缆的发热量，此种方式不仅可以减小线缆线芯截面积，而且充电电流更大，充电过程温升更低。

作为大功率充电设备的重要组成部分，大功率液冷充电枪技术水平的成熟度直接制约了大功率充电的发展。我国在大功率充电方面较国外起步慢，因此我国需要加强这方面的研究，缩短与国际先进技术水平差距，提高我国国际竞争力。

作者简介：杜青林（1984—），男，中级职称，已从事10余年连接器的设计开发工作。

1 国外大功率液冷充电枪发展现状

Ionity 是由宝马、戴姆勒、福特、大众等汽车制造商成立的合资公司，共同致力于开发泛欧高速电动车充电网络。据了解，Ionity 的成立源于欧洲本地充电运营商较少，迫使车企建立自己的充电网。2018 年4月，Ionity 公司的首个超快速充电站开始启用，其充电桩采用CCS 接口液冷充电枪进行充电，充电功率高达350 kW。

Ionity 正在积极推进功率高达350 kW 的超快充桩建设。截至2019 年5 月25 日，Ionity 安装及可用的超快速充电站已拥有101 个；截至2020 年底已建成400个超快充站（每个充电站平均有6 个350 kW 充电桩）。

相对来讲，日本在大功率方面的研究较慢，主要还是倾向于150 kW 左右的充电功率，而350 kW 的大功率充电计划2022 年以后实现。在Ionity 之前，只有特斯拉从事直流快速充电网络的建设，不过特斯拉超级充电站为其车主专用。在建设规模上，Ionity 目前无法比拟特斯拉的优势，但其充电桩的输出功率可达350 kW，大约是特斯拉V2 超级充电站120 kW 的3 倍。不过特斯拉也正在建设安装输出功率更高的快充桩，2019 年初发布了第三代超充Supercharger V3 技术，最大充电功率能达到250 kW，目前Ionity 及特斯拉大功率充电站已实现产业化，在全球投入使用。

Ionity 充电桩使用的大功率液冷充电枪厂家为德国菲尼克斯、瑞士灏讯（如图1），而特斯拉充电桩使用的大功率液冷充电枪是由日本住友代工的，其专利权为特斯拉所有。

菲尼克斯

灏讯

特斯拉

图1 国外主流大功率液冷充电枪

菲尼克斯、特斯拉大功率液冷枪采用的是水+ 制冷剂作冷却介质，灏讯大功率液冷枪采用的是绝缘油作为冷却介质，具体细节见表1。

2 国内大功率液冷充电枪发展现状

2017 年7 月，由中电联和中汽研两家单位牵头，成立中国电动汽车大功率充电技术与标准预研工作组，国内参与大功率充电技术研究的主要有北汽、一汽、比亚迪、南瑞、星星充电、奥特迅、沃尔等20 余家电动汽车充电相关企业，目前该标准还处于制定状态。标准组成员单位已共同建成几个大功率充电示范项目，用于验证新技术方案的可行性及安全性。

行业内主要公司有：中航光电、南京康尼、四川永贵、巴斯巴、立迅、沃尔新能源等。

中航光电、南京康尼两家公司均参与了超级充电接口标准白皮书的起草，但是技术方案与沃尔新能源的有较大区别，最为明显的就是冷却方式，他们均采用充电枪线内置冷却管，因有线皮隔离，导体的冷却效果有限，该技术可以实现200 kW 以下的充电线缆冷却。四川永贵、巴斯巴在超级充电方面起步较晚，还没有具体技术方案；立迅暂时还未涉足这块业务。从业内主流公司的产品及其研究方向看，大功率充电是各公司争相进入的领域。

沃尔新能源目前已研发出200 kW 以下的充电连接组件，可满足GB/T20234.1、GB/T11918.1 的技术指标，产品已进行小批量试产，并参与了深圳奥特迅ChaoJi充电桩示范站、江苏常州星星充电ChaoJi 充电桩示范站、吉林一汽厂区ChaoJi 充电桩示范站、北京北汽蓝谷园区ChaoJi 充电桩示范站等示范项目，但其仍然存在充电功率低、充电时间长、安全性能差等问题，因此需要在技术及工艺基础上继续对大功率液冷充电枪的冷却关键技术进行技术攻关。

与国外相比，目前国内技术水平、相关性能和技术指标还存在一定差距。国外与国内对比，线缆电压差别不大，但线缆能够承受的电流参数远超过国内技术水平。国外通过对材料的研究，降低了电缆电阻，可以实现电缆减重设计，降低了电缆的横截面积；而目前国内技术发展较为缓慢，需要采取其他手段来降低电缆横截面积。

3 结束语

目前，国外大功率液冷充电枪在前期已批量实际使用，在使用过程中积累了很多宝贵的应用数据，其产品也迭代了好几次。由于国内标准接口需要重新拟定，没有实际应用数据，因此大功率液冷充电枪的发展还有一段路程要走。不过，随着ChaoJi 接口标准的发布，大功率液冷充电枪会迎来一波发展高峰。

参考文献：

[1] 陈中,黄学良.电动汽车规模化发展所面临的挑战与机遇.电气工程学报,2015(4): 35-44.

[2] 陈清泉,孙立清.电动汽车的现状和发展趋势.科技导报.2005(4):24-28.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年7月期）