„Ein Kilometer pro Sekunde und 200 Kilometer Reichweite nach 5 Minuten Ladezeit.“ Am 27. Februar stellte Huawei Digital Energy Technology Co., Ltd. (nachfolgend „Huawei Digital Energy“ genannt) auf der Huawei China Digital Energy Partner Conference 2024 einen Werbeplan für vollständig flüssigkeitsgekühlte Supercharger-Stationen vor, der „das Tanken-Ladeerlebnis Wirklichkeit werden lassen“ soll. Dem Plan zufolge wird Huawei Digital Energy im Jahr 2024 in über 340 Städten und an wichtigen Autobahnen im ganzen Land über 100.000 vollständig flüssigkeitsgekühlte Supercharger-Stationen von Huawei errichten, um ein „ein Netzwerk für Städte“, ein „ein Netzwerk für hohe Geschwindigkeiten“ und ein „ein stromfreundliches“ Ladenetzwerk zu schaffen. Tatsächlich hat Huawei bereits im Oktober letzten Jahres ein vollständig flüssigkeitsgekühltes Supercharger-Produkt auf den Markt gebracht und bisher die Einrichtung mehrerer Demonstrationsstandorte abgeschlossen.
Zufälligerweise gab NIO Ende letzten Jahres offiziell die Veröffentlichung einer neuen, vollständig flüssigkeitsgekühlten Ultraschnellladesäule mit 640 kW bekannt. Die Ultraschnellladesäule ist mit einer flüssigkeitsgekühlten Ladepistole ausgestattet, wiegt nur 2,4 Kilogramm und wird bereits im April dieses Jahres offiziell vorgestellt. Bisher wurde 2024 von vielen als das Jahr der Explosion vollständig flüssigkeitsgekühlter Kompressoren bezeichnet. Zu dieser Neuheit haben sich meiner Meinung nach noch viele Fragen ergeben: Was genau ist flüssigkeitsgekühltes Überladen? Was sind seine einzigartigen Vorteile? Wird Flüssigkeitskühlung in Zukunft die gängige Entwicklungsrichtung für Kompressoren sein?
01
Effizienteres und schnelleres Laden
„Bisher gibt es keine einheitliche Standarddefinition für sogenannte vollständig flüssigkeitsgekühlte Kompressoren“, erklärte Wei Dong, Ingenieur am Labor für Mikroelektronik der Technischen Universität Xi'an, einem Reporter von China Automotive News. Einfach ausgedrückt ist die vollständig flüssigkeitsgekühlte Kompressor-Pulverladung eine Technologie, die die während des Ladevorgangs von Schlüsselkomponenten wie Lademodulen, Kabeln und Ladepistolenköpfen erzeugte Wärme mithilfe einer Flüssigkeitszirkulation schnell abführt. Eine spezielle Pumpe treibt den Kühlmittelfluss an, wodurch die Wärme abgeleitet wird und das Ladegerät effizient arbeitet. Das Kühlmittel in vollständig flüssigkeitsgekühlten Kompressor-Pulvern ist kein gewöhnliches Wasser, sondern besteht hauptsächlich aus Ethylenglykol, Wasser, Additiven und anderen Substanzen. Die Mengenverhältnisse sind das technische Geheimnis des jeweiligen Unternehmens. Kühlmittel können nicht nur die Stabilität und Kühlwirkung der Flüssigkeit verbessern, sondern auch Korrosion und Schäden am Gerät reduzieren. Sie müssen wissen, dass die Art der Wärmeableitung die Leistung des Ladegeräts stark beeinflusst. Theoretischen Berechnungen zufolge beträgt der aktuelle Wärmeverlust allgemeiner Hochleistungs-Gleichstrom-Schnellladesäulen etwa 5 %. Ohne gute Wärmeableitung beschleunigt dies nicht nur die Alterung der Geräte, sondern führt auch zu einer hohen Ausfallrate der Ladegeräte.
Dank der Wärmeableitungstechnologie mit vollständiger Flüssigkeitskühlung ist die Leistung vollständig flüssigkeitsgekühlter Super-Ladestationen deutlich höher als die herkömmlicher Schnellladestationen. Die flüssigkeitsgekühlte Super-Ladestation von Huawei beispielsweise hat eine maximale Leistung von 600 kW und ermöglicht Nutzern ein extrem schnelles Ladeerlebnis wie „eine Tasse Kaffee und eine volle Ladung“. „Auch wenn sich Stromstärke und Leistung vollständig flüssigkeitsgekühlter Supercharger derzeit unterscheiden, sind sie alle leistungsstärker als herkömmliche Schnell- und Supercharger.“ Zeng Xin, Professor an der University of Science and Technology Beijing, erklärte einem Reporter von China Automotive News: „Die Leistung herkömmlicher Schnellladestationen liegt derzeit im Allgemeinen bei etwa 120 kW, die herkömmlicher Supercharger bei etwa 300 kW. Die Leistung der vollständig flüssigkeitsgekühlten Supercharger von Huawei und NIO kann bis zu 600 kW erreichen. Darüber hinaus verfügt die vollständig flüssigkeitsgekühlte Supercharger-Station von Huawei über intelligente Identifikations- und adaptive Anpassungsfunktionen.“ Es kann die Ausgangsleistung und den Strom automatisch an die Ladeanforderungen der Akkupacks verschiedener Modelle anpassen und erreicht so eine Erfolgsrate von bis zu 99 % pro Einzelladung.
„Die Erwärmung vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen hat auch die Entwicklung der gesamten Industriekette vorangetrieben.“ Laut Hu Fenglin, einem Forscher am New Energy Innovation Technology Center des Shenzhen Institute of Advanced Technology, lassen sich die für vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen erforderlichen Komponenten grob in Überladegerätekomponenten, allgemeine Strukturkomponenten, Hochspannungs-Schnellladematerialien und andere Komponenten unterteilen, darunter intelligente Sensorkomponenten, Siliziumkarbidchips, Leistungspumpen, Kühlmittel sowie vollständig flüssigkeitsgekühlte Module, vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladepistolen und Ladesäulen. Die meisten von ihnen haben strengere Leistungsanforderungen und sind teurer als die in herkömmlichen Ladesäulen verwendeten Komponenten.
02
Benutzerfreundlich, längere Lebensdauer
Im Vergleich zu herkömmlichen Ladesäulen und konventionellen Schnell-/Super-Ladesäulen laden vollständig flüssigkeitsgekühlte Super-Ladesäulen nicht nur schneller, sondern bieten auch viele Vorteile. „Die Ladepistole des vollständig flüssigkeitsgekühlten Superchargers von Huawei ist sehr leicht und selbst Autobesitzerinnen mit wenig Kraft können sie problemlos bedienen, im Gegensatz zu früheren Ladepistolen, die sperrig waren“, sagte Zhou Xiang, ein Elektroautobesitzer aus Chongqing.
„Der Einsatz einer Reihe neuer Technologien, neuer Materialien und neuer Konzepte verleiht vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäulen Vorteile, die herkömmliche Ladesäulen bisher nicht bieten konnten.“ Hu Fenglin erklärte, dass bei vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäulen mehr Strom und Leistung vorhanden seien, was schnelleres Laden bedeute. Normalerweise ist die Erwärmung des Ladekabels proportional zum Quadrat der Stromstärke. Je höher der Ladestrom, desto stärker erwärmt sich das Kabel. Um die vom Kabel erzeugte Wärmemenge zu reduzieren und eine Überhitzung zu vermeiden, muss der Kabelquerschnitt vergrößert werden, was ein höheres Gewicht der Ladepistole und des Ladekabels zur Folge hat. Der vollständig flüssigkeitsgekühlte Kompressor löst das Problem der Wärmeableitung und verwendet Kabel mit kleinerem Querschnitt, um die Übertragung höherer Ströme zu gewährleisten. Deshalb sind die Kabel vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen dünner und leichter als die herkömmlicher Ladesäulen, und auch die Ladepistolen sind leichter. Beispielsweise wiegt die Ladepistole der vollständig flüssigkeitsgekühlten Supercharger-Säulen von NIO nur 2,4 Kilogramm und ist damit deutlich leichter als herkömmliche Ladesäulen. Die Säule ist deutlich leichter und bietet insbesondere für weibliche Autobesitzer ein besseres Benutzererlebnis, da sie bequemer zu bedienen ist.
„Der Vorteil von vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäulen ist ihre höhere Sicherheit.“ Wei Dong erklärte, dass frühere Ladesäulen meist mit natürlicher Kühlung, Luftkühlung und anderen Methoden arbeiteten. Dafür waren an den entsprechenden Stellen Lüftungslöcher erforderlich. Dadurch gelangte unweigerlich mit Staub, feinen Metallpartikeln, Salznebel und Wasserdampf vermischte Luft in das Innere der Ladesäule und lagerte sich an der Oberfläche der elektrischen Komponenten ab. Dies führte zu Problemen wie einer verringerten Systemisolation, schlechter Wärmeableitung, verringerter Ladeleistung und verkürzter Lebensdauer der Geräte. Im Gegensatz dazu erreicht die vollständige Flüssigkeitskühlung eine vollständige Abdeckung, verbessert die Isolierung und Sicherheit und ermöglicht der Ladesäule eine höhere Staub- und Wasserdichtigkeit im Bereich des internationalen Elektrostandards IP65 bei höherer Zuverlässigkeit. Darüber hinaus wurde durch den Verzicht auf das luftgekühlte Mehrlüfterdesign das Betriebsgeräusch der vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäule deutlich reduziert, von 70 Dezibel bei der luftgekühlten Ladesäule auf etwa 30 Dezibel, was einem Flüstern nahekommt. Dadurch ist Schnellladen in Wohngebieten in der Vergangenheit nicht mehr erforderlich. Es kam zu peinlichen Beschwerden wegen lauter Geräusche in der Nacht.
Niedrigere Betriebskosten und kürzere Amortisationszyklen sind weitere Vorteile von vollständig flüssigkeitsgekühlten Supercharger-Ladesäulen. Zeng Xin erklärte, dass herkömmliche luftgekühlte Ladesäulen in der Regel eine Lebensdauer von maximal fünf Jahren hätten, die aktuellen Mietdauern für Ladestationen jedoch meist acht bis zehn Jahre betrage. Das bedeutet, dass während des Betriebszyklus der Station zumindest eine Reinvestition erforderlich ist. Ersetzen Sie das primäre Ladegerät. Die Lebensdauer vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen beträgt in der Regel mehr als zehn Jahre. Die vollständig flüssigkeitsgekühlten Supercharger-Ladesäulen von Huawei beispielsweise haben eine geplante Lebensdauer von mehr als 15 Jahren und können damit die gesamte Lebensdauer der Station abdecken. Im Vergleich zu Ladesäulen mit luftgekühlten Modulen, die häufig zum Entfernen von Staub und für Wartungsarbeiten geöffnet werden müssen, müssen vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen außerdem nur gespült werden, wenn sich Staub im externen Kühler angesammelt hat, was die Wartung vereinfacht.
Insgesamt sind die Lebenszykluskosten eines vollständig flüssigkeitsgekühlten Kompressors niedriger als die herkömmlicher luftgekühlter Ladegeräte. Mit der Anwendung und Förderung vollständig flüssigkeitsgekühlter Kompressoren werden ihre umfassenden Kostenvorteile immer deutlicher.
03
Der Markt bietet glänzende Aussichten und der Wettbewerb verschärft sich
Tatsächlich sind mit der kontinuierlichen Zunahme der Verbreitung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben und der rasanten Entwicklung der unterstützenden Infrastruktur wie Ladesäulen vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen in den Mittelpunkt des Wettbewerbs in der Branche gerückt. Viele Unternehmen, die Fahrzeuge mit alternativen Antrieben herstellen, Ladesäulenhersteller, Technologieunternehmen usw. haben mit der technologischen Forschung und Entwicklung sowie dem Entwurf vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen begonnen.
Tesla ist der erste Automobilhersteller der Branche, der flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen in großen Mengen einsetzt. Seine V3-Ladesäulen verfügen über ein vollständig flüssigkeitsgekühltes Design, flüssigkeitsgekühlte Lademodule und flüssigkeitsgekühlte Ladepistolen. Die maximale Ladeleistung einer einzelnen Pistole beträgt 250 kW. Berichten zufolge hat Tesla seit letztem Jahr weltweit schrittweise neue vollständig flüssigkeitsgekühlte V4-Ladestationen in Betrieb genommen. Die erste asiatische V4-Ladestation wurde im Oktober letzten Jahres in Hongkong, China, eröffnet und wird bald auf dem chinesischen Festland erhältlich sein. Berichten zufolge beträgt die theoretische maximale Ladeleistung dieser Ladesäule 615 kW, was der Leistung der vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäulen von Huawei und NIO entspricht. Es scheint, als hätte der Marktwettbewerb für vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen langsam begonnen.
„Vollständig flüssigkeitsgekühlte Kompressoren verfügen im Allgemeinen über eine hohe Ladeleistung und eine deutlich verbesserte Ladeeffizienz, was die Ladesorgen der Nutzer wirksam lindern kann.“ In einem Interview mit einem Reporter von China Automotive News erklärte er, dass die Einsatzmöglichkeiten der aktuellen vollflüssigkeitsgekühlten Kompressoren mit Überladesäulen jedoch begrenzt seien, was zu höheren Kosten führe. Da das Laden mit hoher Leistung zudem eine Optimierung des Batteriesicherheitsmanagements und eine Erhöhung der Fahrzeugspannung erfordert, steigen die Kosten ebenfalls um 15 bis 20 %. Insgesamt erfordert die Entwicklung der Technologie für das Laden mit hoher Leistung eine umfassende Berücksichtigung von Faktoren wie Fahrzeugsicherheitsmanagement, unabhängiger Steuerbarkeit von Hochspannungsgeräten und Kosten. Dies ist ein schrittweiser Prozess.
„Die höheren Kosten flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen sind eines der praktischen Hindernisse für ihre großflächige Verbreitung.“ Hu Fenglin sagte, dass die Kosten einer Huawei-Ladesäule derzeit bei etwa 600.000 Yuan liegen. Derzeit ist es für kleine und mittlere Unternehmen im Ladegeschäft kaum möglich, mitzuhalten. Langfristig werden sich die vielen Vorteile flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen jedoch mit der Ausweitung der Anwendungsgebiete und der Kostensenkung allmählich durchsetzen. Die starke Nachfrage der Nutzer und des Marktes nach sicherem, schnellem und zügigem Laden wird der Entwicklung flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen mehr Spielraum eröffnen.
Ein kürzlich von CICC veröffentlichter Forschungsbericht wies darauf hin, dass die Aufrüstung der industriellen Kette durch Überladen mit Flüssigkeitskühlung vorangetrieben wird und dass der inländische Markt im Jahr 2026 voraussichtlich ein Volumen von fast 9 Milliarden Yuan erreichen wird. Angetrieben von Automobilherstellern, Energieunternehmen usw. wird zunächst erwartet, dass die Zahl der inländischen Ladestationen mit Flüssigkeitskühlung im Jahr 2026 45.000 erreichen wird.
Zeng Xin wies außerdem darauf hin, dass es im Jahr 2021 auf dem heimischen Markt weniger als zehn Modelle geben werde, die Überladung unterstützen. Im Jahr 2023 werde es bereits über 140 Modelle geben, die Überladung unterstützen, und in Zukunft werde es noch mehr werden. Dies spiegele nicht nur die zunehmende Arbeits- und Lebensgeschwindigkeit der Menschen bei der Energieversorgung von Fahrzeugen mit alternativer Energie wider, sondern spiegele auch die Entwicklungstendenz der Marktnachfrage wider. Aus diesem Grund seien die Entwicklungsaussichten für vollständig flüssigkeitsgekühlte Super-Ladesäulen so vielversprechend.
Veröffentlichungszeit: 15. März 2024