„Ein Kilometer pro Sekunde und 200 Kilometer Reichweite nach 5 Minuten Ladezeit.“ Am 27. Februar stellte Huawei Digital Energy Technology Co., Ltd. (im Folgenden „Huawei Digital Energy“) auf der Huawei China Digital Energy Partner Conference 2024 einen Werbeplan für vollständig flüssigkeitsgekühlte Schnellladestationen 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 Schnellladestationen 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 Schnellladeprodukt auf den Markt gebracht und bisher den Aufbau mehrerer Demonstrationsstandorte abgeschlossen.
NIO hat Ende letzten Jahres offiziell die Veröffentlichung einer neuen, vollständig flüssigkeitsgekühlten Ultraschnellladesäule mit 640 kW angekündigt. Die Ultraschnellladesäule ist mit einer flüssigkeitsgekühlten Ladepistole ausgestattet, wiegt nur 2,4 Kilogramm und wird bereits im April dieses Jahres offiziell vorgestellt. Viele haben 2024 als das Jahr des explosionsartigen Anstiegs der vollständig flüssigkeitsgekühlten 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 im Kompressorbereich sein?
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Effizienteres und schnelleres Laden
„Bisher gibt es keine einheitliche Standarddefinition für sogenannte voll flüssigkeitsgekühlte Kompressoren“, erklärte Wei Dong, Ingenieur am Labor für Mikroelektronik der Technischen Universität Xi'an, einem Reporter von China Automotive News. Einfach ausgedrückt handelt es sich bei der voll flüssigkeitsgekühlten Kompressor-Pulverladung um eine Technologie, die durch Flüssigkeitszirkulation die beim Laden entstehende Wärme wichtiger Komponenten wie Lademodulen, Kabeln und Ladepistolenköpfen schnell abführt. Eine spezielle Pumpe treibt den Kühlmittelfluss an, wodurch die Wärme abgeleitet wird und das Ladegerät effizient arbeitet. Das Kühlmittel in voll flüssigkeitsgekühlten Kompressor-Pulvern ist kein gewöhnliches Wasser, sondern besteht hauptsächlich aus Ethylenglykol, Wasser, Additiven und anderen Substanzen. Die genaue Zusammensetzung ist das technische Geheimnis des jeweiligen Unternehmens. Kühlmittel kann nicht nur die Stabilität und Kühlwirkung der Flüssigkeit verbessern, sondern auch Korrosion und Schäden am Gerät verringern. 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 von Super-Ladestationen mit vollständiger Flüssigkeitskühlung deutlich höher als die von herkömmlichen Schnellladestationen. Die flüssigkeitsgekühlte Super-Ladestation von Huawei beispielsweise hat eine maximale Leistung von 600 kW und ermöglicht so ein extrem schnelles Ladeerlebnis wie „eine Tasse Kaffee und eine volle Ladung“. „Auch wenn sich Stromstärke und Leistung von vollständig flüssigkeitsgekühlten Superchargern derzeit unterscheiden, sind sie alle leistungsstärker als herkömmliche Schnell- und Supercharger.“ Zeng Xin, Professor an der University of Science and Technology Beijing, sagte einem Reporter von China Automotive News: „Derzeit liegt die Leistung herkömmlicher Schnellladestationen im Allgemeinen bei etwa 120 kW und 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 Ratenanforderungen der Akkupacks verschiedener Modelle anpassen und so eine Erfolgsrate von bis zu 99 % pro Einzelladung erreichen.
„Die Entwicklung vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen hat auch die Entwicklung der gesamten Industriekette vorangetrieben.“ Laut Hu Fenglin, 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 Ladegeräte. Die meisten von ihnen haben strengere Leistungsanforderungen und sind teurer als die in herkömmlichen Ladesäulen verwendeten Komponenten.
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Benutzerfreundlich, längere Lebensdauer
Im Vergleich zu herkömmlichen Ladestationen und konventionellen Schnell-/Super-Ladestationen laden voll flüssigkeitsgekühlte Super-Ladestationen nicht nur schneller, sondern bieten auch viele Vorteile. „Die Ladepistole des voll flüssigkeitsgekühlten Superchargers von Huawei ist sehr leicht und selbst kraftschwache Autofahrerinnen können sie problemlos bedienen. Im Gegensatz zu den sperrigen Ladepistolen früherer Generationen“, sagte Zhou Xiang, Besitzer eines Elektroautos aus Chongqing.
„Durch den Einsatz einer Reihe neuer Technologien, neuer Materialien und neuer Konzepte bieten vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen Vorteile, die herkömmliche Ladesäulen bisher nicht bieten konnten.“ Hu Fenglin erklärte, dass bei vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladesäulen mehr Strom und Leistung vorhanden seien, was ein 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 Autobesitzerinnen 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 Lüftungsöffnungen erforderlich. Dadurch gelangte unweigerlich mit Staub, feinen Metallpartikeln, Salznebel und Wasserdampf vermischte Luft in die Ladesäule und lagerte sich an der Oberfläche der elektrischen Komponenten ab. Dies führte zu Problemen wie einer verringerten Systemisolation, schlechter Wärmeableitung, reduzierter Ladeleistung und verkürzter Gerätelebensdauer. Im Gegensatz dazu erreicht die vollständige Flüssigkeitskühlung eine vollständige Abdeckung, verbessert die Isolierung und Sicherheit und ermöglicht der Ladesäule eine höhere Staub- und Wasserdichtigkeit, die dem internationalen Elektrostandard IP65 entspricht, 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 nicht mehr nötig. 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 haben. Aktuelle Mietverträge für Ladestationen liegen jedoch meist bei acht bis zehn Jahren. Das bedeutet, dass während des Betriebszyklus der Station mindestens eine Reinvestition erforderlich ist. Das primäre Ladegerät muss ausgetauscht werden. Die Lebensdauer vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen beträgt in der Regel über zehn Jahre. Beispielsweise beträgt die geplante Lebensdauer der vollständig flüssigkeitsgekühlten Supercharger-Ladesäulen von Huawei mehr als 15 Jahre und deckt damit die gesamte Lebensdauer der Station ab. Im Vergleich zu Ladesäulen mit luftgekühlten Modulen, die häufiges Öffnen der Gehäuse zur Staubentfernung und Wartung erfordern, müssen vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladesäulen lediglich gespült werden, wenn sich Staub im externen Kühler angesammelt hat. Das vereinfacht die Wartung.
Insgesamt sind die Lebenszykluskosten eines vollständig flüssigkeitsgekühlten Kompressors niedriger als die herkömmlicher luftgekühlter Ladegeräte. Mit der Einführung und Förderung vollständig flüssigkeitsgekühlter Kompressoren werden ihre umfassenden Kostenvorteile immer deutlicher.
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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, Ladesäulen und Technologieunternehmen herstellen, haben mit der technologischen Forschung und Entwicklung sowie dem Entwurf vollständig flüssigkeitsgekühlter Ladesäulen begonnen.
Tesla ist der erste Automobilhersteller der Branche, der flüssigkeitsgekühlte Ladestationen in Serie einsetzt. Seine V3-Ladestationen sind vollständig flüssigkeitsgekühlt und verfügen über flüssigkeitsgekühlte Lademodule und 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 soll bald auf dem chinesischen Festland erhältlich sein. Die theoretische maximale Ladeleistung dieser Ladestation beträgt Berichten zufolge 615 kW und entspricht damit der Leistung der vollständig flüssigkeitsgekühlten Ladestationen von Huawei und NIO. Der Marktwettbewerb um vollständig flüssigkeitsgekühlte Ladestationen hat offenbar langsam begonnen.
„Vollständig flüssigkeitsgekühlte Kompressoren verfügen im Allgemeinen über Hochleistungsladekapazitäten und eine deutlich verbesserte Ladeeffizienz, was die Ladesorgen der Nutzer effektiv 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 zudem das Hochleistungsladen eine Optimierung des Batteriesicherheitsmanagements und eine Erhöhung der Fahrzeugspannung erfordert, steigen die Kosten ebenfalls um 15 bis 20 %. Insgesamt erfordert die Entwicklung der Hochleistungsladetechnologie 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 Raum geben.
Ein kürzlich von CICC veröffentlichter Forschungsbericht wies darauf hin, dass die Aufrüstung der industriellen Kette durch Überladen mit Flüssigkeitskühlung vorangetrieben wird und dass der Inlandsmarkt 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 Überladestationen 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 mit Überladefunktion geben werde; im Jahr 2023 werde die Zahl bereits über 140 Modelle mit Überladefunktion steigen, und künftig werde es noch mehr. Dies spiegele nicht nur die zunehmende Nachfrage nach Energie für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben wider, sondern auch die Entwicklung der Marktnachfrage. Daher seien die Entwicklungsaussichten für vollständig flüssigkeitsgekühlte Super-Ladesäulen sehr vielversprechend.
Veröffentlichungszeit: 15. März 2024