Với xu hướng sạc nhanh của cọc sạc, vật liệu cải tiến có thể đóng vai trò quan trọng như thế nào?

Về mặt chính sách, sự hỗ trợ mạnh mẽ của đất nước đối với các cơ sở sạc xe sử dụng năng lượng mới đang khiến nước này trở thành một thị trường nóng mới nổi. Ngay từ năm 2020, các cột sạc năng lượng mới đã được đưa vào một trong bảy lĩnh vực chính của “cơ sở hạ tầng mới”. Sau nhiều năm phát triển, nó đã khá hiệu quả. Theo thống kê của Liên minh Sạc Trung Quốc, vào năm 2023, cơ sở hạ tầng sạc sẽ tăng thêm 3,386 triệu chiếc và tỷ lệ tăng cọc so với phương tiện sẽ là 1:2,8, nghĩa là tốc độ thi công cọc sạc về cơ bản có thể đáp ứng được nhu cầu sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới.

Khi tập trung vào chuỗi công nghiệp cọc sạc, các công ty hạ nguồn có nhu cầu ngày càng lớn về tăng áp công suất cao, sạc nhanh DC, làm mát bằng chất lỏng, v.v. Nhu cầu này được truyền đến các nhà cung cấp linh kiện thiết bị sạc thượng nguồn, bao gồm súng sạc, cáp sạc , mô-đun nguồn, bộ điều khiển và các bộ phận khác phải được nâng cấp tương ứng, đồng thời đáp ứng các yêu cầu an toàn như khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chịu điện áp cao để hỗ trợ triển khai các cọc sạc có thông số kỹ thuật cao hơn.

Trong thiết kế cọc sạc, việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng. Đặc biệt đối với các chỉ số như độ dẫn nhiệt, độ kín, cách nhiệt, chống cháy cần có những đột phá về vật liệu, trong đó có vật liệu silicone. Silicone có thể được sử dụng làm chất kết dính dẫn nhiệt, chất bịt kín, chất kết dính, v.v. và được sử dụng rộng rãi trong các thành phần cốt lõi như quản lý nhiệt, bảo vệ sạc và mô-đun nguồn của cọc sạc, đóng vai trò chính trong các thành phần cọc sạc.

Việc phổ biến công nghệ tăng áp mang đến những thách thức gì cho các cơ sở sạc?

Nếu các phương tiện sử dụng năng lượng mới muốn có được trải nghiệm sạc gần giống với phương tiện sử dụng nhiên liệu, chúng phải cải thiện hiệu quả sạc một cách toàn diện. Đây là lý do các hãng xe đang nỗ lực đưa công nghệ tăng áp 4C, thậm chí 5C đến tay người tiêu dùng đồng thời đẩy mạnh nền tảng điện áp cao 800V.

Vào tháng 8 năm 2023, CATL đã ra mắt loại pin siêu nạp lithium iron phosphate 4C đầu tiên trên thế giới - Pin siêu nạp Shenxing, tuyên bố có thể sạc được 10 phút và phạm vi hoạt động là 400 km. Sau đó, sạc nhanh 4C ngày càng lọt vào tầm ngắm của người tiêu dùng.

Tăng áp 4C được xác định như thế nào? Nói một cách đơn giản, XC đề cập đến tốc độ sạc, tức là tỷ lệ giữa dòng sạc tối đa mà pin có thể chấp nhận trong quá trình sạc với dung lượng định mức của pin, biểu thị bằng C, thường được dùng để mô tả tốc độ sạc. Cụ thể, nếu xe được trang bị bộ pin 100kWh thì công suất sạc có thể đạt khoảng 200kW ở tốc độ khoảng 2C; ở tốc độ khoảng 4C, công suất sạc có thể đạt khoảng 400kW; ở tốc độ 6C, công suất sạc có thể đạt khoảng 600kW. Tóm lại, tốc độ sạc càng cao thì tốc độ sạc càng nhanh.

Nếu bạn muốn thực sự phổ biến khả năng tăng áp, ngoài pin cấp nguồn và nền tảng điện áp cao, bạn còn phải thích ứng với các cọc sạc DC công suất cao. Công suất đầu ra của cọc sạc và độ ổn định của nguồn điện sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sạc. Cọc sạc công suất cao và nguồn điện ổn định có thể mang lại tốc độ sạc cao hơn.

Cọc sạc chủ yếu bao gồm súng sạc, cáp sạc, vỏ, mô-đun điều khiển, mô-đun quản lý nhiệt, mô-đun bảo vệ sạc và các thành phần khác. Từ sạc chậm AC đến sạc nhanh DC, rồi đến sạc siêu nhanh, có thể dần trở nên phổ biến trong tương lai, tất cả các bộ phận cần được nâng cấp lặp đi lặp lại để thích ứng với sự thay đổi của nguồn sạc.

Trên thực tế, trước công nghệ siêu sạc, trong quá trình phát triển các cọc sạc từ sạc chậm AC đến sạc nhanh DC, các vấn đề như chi phí cao, gánh nặng lưới điện, khả năng tương thích, thời lượng pin và khó lắp đặt đã được giải quyết một cách đại khái.

Trên nền tảng công nghệ sạc nhanh DC, sạc siêu nhanh mang lại tốc độ sạc cao hơn nên cọc sạc cần chịu được công suất cao hơn, dòng điện lớn hơn và sinh nhiệt cao hơn. Đồng thời, cũng cần giải quyết vấn đề kích thước, trọng lượng quá mức của cọc sạc và yêu cầu khắt khe hơn về độ linh hoạt của cáp.

Đối với súng sạc, để đạt được khả năng sạc nhanh, súng siêu sạc cần có khả năng truyền dòng điện lớn. Điều này đòi hỏi súng sạc phải có thiết kế dẫn điện và tản nhiệt tốt để đảm bảo truyền tải dòng điện an toàn và hiệu quả.

Công nghệ tăng áp cũng cần được trang bị cơ chế bảo vệ an toàn hoàn chỉnh, bao gồm bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp, chống đoản mạch,… Cọc sạc và súng sạc cần có chức năng giám sát, bảo vệ để tránh những trục trặc, nguy hiểm trong quá trình sạc.

Không chỉ vậy, vì sạc công suất cao sẽ sinh ra nhiều nhiệt nên cọc sạc và súng sạc cần được trang bị hệ thống làm mát hiệu quả để chống quá nhiệt, bao gồm quạt, tản nhiệt, tản nhiệt nước và các phương pháp tản nhiệt khác.

Các yêu cầu đối với vật liệu để nâng cấp cơ sở sạc là gì?

Với việc tăng công suất nạp, cọc sạc không chỉ cần thiết kế kết cấu tiên tiến hơn để đáp ứng khả năng dẫn nhiệt dưới công suất cao mà về mặt vật liệu, bắt buộc phải sử dụng vật liệu có khả năng cách nhiệt mạnh, chịu nhiệt độ cao và chịu nhiệt cao. độ dẫn nhiệt.

Lấy hệ thống quản lý nhiệt của cọc sạc làm ví dụ, không giống như làm mát bằng không khí truyền thống, tăng áp đòi hỏi phải sử dụng nhiều hơn khả năng làm mát bằng chất lỏng để giải quyết các vấn đề về hiệu suất và tản nhiệt. Hiện nay, các phương pháp làm mát bằng chất lỏng được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường là làm mát bằng nước và làm mát bằng dầu. Làm mát bằng nước có hiệu suất tản nhiệt tốt hơn, chi phí thấp hơn và thân thiện với môi trường hơn; làm mát bằng dầu có khả năng cách điện tốt, tốc độ bay hơi thấp hơn và ổn định hóa học.

Trong vài năm qua, cáp làm mát bằng dầu đã được sử dụng trong súng siêu sạc, mang lại lợi thế là người đi đầu. Hiện nay, một số nhà sản xuất đã phát triển cọc siêu sạc và súng sạc làm mát bằng dầu, nhưng khi thời gian vận hành trôi qua, nhược điểm về chi phí của việc làm mát bằng dầu ngày càng lộ rõ. Hiện nay, nhiều nhà sản xuất đang bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm cáp làm mát bằng nước cũng như súng siêu sạc làm mát bằng nước.

Nguyên lý hoạt động của cáp làm mát bằng nước và súng siêu sạc làm mát bằng nước là ống làm mát bằng nước được thiết kế bên ngoài dây sạc nhiều sợi, nước chảy vào giữa ống. Dựa vào khả năng dẫn nhiệt của chính ống, nhiệt lượng do cáp sạc nhiều sợi tạo ra sẽ được truyền đến chất làm mát ở giữa ống. Những chất làm mát này trao đổi nhiệt với thế giới bên ngoài thông qua máy bơm điện tử để đạt được khả năng kiểm soát nhiệt độ của dây cáp và súng siêu sạc.

Dựa trên nguyên tắc này, nhiều nhà sản xuất đã sử dụng ống nylon thông thường làm ống làm mát bằng nước ở giữa cáp làm mát bằng nước. Do sử dụng vật liệu PA nên độ dẫn nhiệt chỉ 0,2W/m·K. Khi dòng điện vượt quá 400A, nhiệt độ tăng nhanh. Lúc này, do ống tản nhiệt nước không đủ dẫn nhiệt nên nhiệt không thể truyền ra ngoài kịp thời. Sau khi tính toán, người ta nhận thấy, dựa trên cấu tạo chung của các loại cáp hiện nay, nếu muốn đạt được mục tiêu sạc nhanh dòng điện cao thì khả năng dẫn nhiệt của ống dẫn nước lạnh phải được cải thiện rất nhiều, ít nhất là 1,5W/m· K trở lên. Do đó, thượng nguồn và hạ nguồn của chuỗi công nghiệp ngày càng chú ý đến ứng dụng đổi mới của vật liệu dẫn nhiệt cao và ống silicon dẫn nhiệt đã trở thành một trong những thành phần chính trong quản lý nhiệt của cọc siêu sạc.

Ngoài việc kiểm soát nhiệt độ của cáp sạc, việc làm thế nào để giảm nhiệt độ tăng lên của đầu súng sạc trong quá trình sạc cũng là một điểm nhức nhối trong thiết kế cọc sạc hiện nay. Hiện nay, vấn đề tản nhiệt bằng cách làm mát bằng không khí rất khó giải quyết. Bằng cách sử dụng keo bầu dẫn nhiệt cải tiến, nhiệt của đầu nối đầu súng có thể được truyền ra ngoài một cách hiệu quả để đảm bảo hiệu suất sạc không giảm do nhiệt độ tăng, đồng thời, trải nghiệm của người dùng trong quá trình vận hành có thể được cải thiện hơn nữa .

Mặt khác, khi nền điện áp của các phương tiện sử dụng năng lượng mới trong tương lai thường đạt 800V, dòng sạc đạt 600A và công suất sạc đạt hơn 400kW, bất kỳ sự cố nào trong quá trình sạc đều có thể gây ra hậu quả cực kỳ nghiêm trọng. Vì vậy, đặc tính bịt kín và chống rò rỉ của vật liệu kết cấu sẽ được đánh giá cao chưa từng có.

Theo xu hướng mới, làm thế nào để đổi mới về mặt vật chất?

Khi nói đến các nhà cung cấp nguyên liệu đầu nguồn trong chuỗi công nghiệp cọc sạc, Dow là công ty đầu tiên mang đến nhiều thiết kế sáng tạo và ý tưởng tiên tiến cho ngành. Dow không chỉ có thể cung cấp nhiều lựa chọn vật liệu phong phú mà còn tùy chỉnh các giải pháp độc quyền cho cơ sở hạ tầng sạc nhanh DC công suất cao hơn (bao gồm trạm sạc, súng sạc (đầu nối), cáp và tủ sạc) để đáp ứng nhu cầu khắt khe hơn của thị trường.

Trong lĩnh vực cơ sở sạc điện, Dow tập trung vào ba hướng chính. Đầu tiên, về vật liệu quản lý nhiệt, Dow cung cấp nhiều loại sản phẩm kết dính bao gồm chất trám, chất kết dính, vật liệu giao diện nhiệt không lưu hóa, chất làm mát ngâm, gel và keo dán bầu để giải quyết các vấn đề tản nhiệt trong thiết bị sạc; về vật liệu bảo vệ và lắp ráp, Dow cung cấp chất kết dính, chất bịt kín và lớp phủ phù hợp để mang lại sự bảo vệ toàn diện cho các bộ phận sạc; Ngoài ra, Dow còn có thể cung cấp chất đàn hồi, cao su silicon rắn dẫn nhiệt và cao su silicon lỏng để hỗ trợ cách nhiệt, dẫn nhiệt và các nhu cầu khác.

Ví dụ, để nắm bắt được yêu cầu về độ dẫn nhiệt của cáp sạc nêu trên, Dow đã phát triển một loại cao su silicon dẫn nhiệt mới - cao su silicon SILASTIC™ HTE5015-90U, giúp giải quyết những khó khăn kỹ thuật chính trong giải pháp súng siêu sạc làm mát bằng nước - giải pháp Ống nước làm mát phải có cả tính dẫn nhiệt cao và vật liệu có độ bền cao, độ dẻo dai cao. Ưu điểm đáng kể nhất của sản phẩm này là có độ dẫn nhiệt cao hơn, độ dẫn nhiệt lên tới 1,5W/m·K, có thể làm mát cáp của súng siêu sạc với dòng điện 600A và bảo vệ nhiệt. Đồng thời, tính chất vật lý tốt và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt cho phép nó được sử dụng để ép đùn các ống silicon dẫn nhiệt. Độ cứng cao và độ bền cao cho phép xoắn trực tiếp bằng cáp. Ngoài ra, tính linh hoạt, độ bền, khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, khả năng chống nước làm mát, cách nhiệt và các chỉ số khác tốt hơn giúp bảo vệ lâu dài cho súng siêu sạc.

Để đáp ứng nhu cầu tản nhiệt và bịt kín của đầu súng sạc, Dow đã phát triển một loạt sản phẩm. Keo dán bầu dẫn nhiệt DOWSIL™ TC-6040 của Dow có độ dẫn nhiệt 4.0W/m·K, có khả năng hạ nhiệt nhanh chóng các súng sạc quá nhiệt sẽ không bị nóng, đồng thời đảm bảo hoạt động bình thường của các mô-đun bên trong hệ thống, đặc biệt mô-đun biến tần quan trọng nhất. Độ tin cậy lâu dài; Đối với các yêu cầu bịt kín của cọc sạc làm mát bằng chất lỏng, các vòng đệm và vòng đệm bộ dây dẫn điện được làm bằng vật liệu đàn hồi silicon của Dow đã đạt được hiệu quả chống thấm nước tốt.

Phần kết luận

Sau nhiều năm phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghiệp xe sử dụng năng lượng mới, những khó khăn của người dùng cuối đã dần chuyển từ phạm vi di chuyển sang trải nghiệm bổ sung năng lượng hiệu quả và việc thúc đẩy các cơ sở sạc năng lượng cao và hiệu quả cao sắp xảy ra. Trong quá trình này, các công ty thượng nguồn và hạ nguồn trong chuỗi công nghiệp cần phải hợp tác cùng nhau để đối phó với những thách thức khác nhau mà xu hướng sạc nhanh phải đối mặt, từ pin đến thiết bị sạc, từ vật liệu đến ứng dụng. Chúng tôi hy vọng rằng các công ty hàng đầu ở thượng nguồn và hạ nguồn của chuỗi công nghiệp có thể mang đến các giải pháp hiệu quả và dễ sử dụng hơn để phát triển sạc nhanh cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới.