Com a tendência de carregamento rápido de pilhas de carregamento, como os materiais inovadores podem desempenhar um papel importante?

Do lado político, o forte apoio do país a novas instalações de carregamento de veículos com energia está a levá-lo a tornar-se um mercado emergente e aquecido. Já em 2020, novas pilhas de carregamento de energia foram incluídas numa das sete áreas-chave das “novas infraestruturas”. Após anos de desenvolvimento, tem sido bastante eficaz. De acordo com estatísticas da China Charging Alliance, em 2023, o aumento na infraestrutura de carregamento será de 3,386 milhões de unidades, e a proporção de aumento de pilhas para veículos será de 1:2,8, o que significa que a velocidade de construção das pilhas de carregamento pode basicamente atender ao rápido desenvolvimento de novos veículos energéticos.

Quando o foco está na cadeia da indústria de pilhas de carregamento, as empresas a jusante têm uma demanda cada vez mais forte por superalimentação de alta potência, carregamento rápido DC, resfriamento líquido, etc. Essa demanda é transmitida aos fornecedores de componentes de equipamentos de carregamento a montante, incluindo pistolas de carregamento, cabos de carregamento , módulos de energia, controladores e outros componentes devem ser atualizados adequadamente e atender aos requisitos de segurança, como resistência a altas temperaturas e resistência a altas tensões, para apoiar a implementação de pilhas de carregamento de especificações mais altas.

No projeto de pilhas de carregamento, a escolha dos materiais é crucial. Especialmente para indicadores como condutividade térmica, vedação, isolamento e retardamento de chama, são necessários avanços em materiais, incluindo materiais de silicone. O silicone pode ser usado como adesivo condutor térmico, selante, adesivo, etc., e é amplamente utilizado em componentes principais, como gerenciamento térmico, proteção de carga e módulos de energia de pilhas de carregamento, desempenhando um papel fundamental no carregamento de componentes de pilha.

Que desafios a popularização da tecnologia de superalimentação traz para as instalações de carregamento?

Se os novos veículos energéticos pretendem obter uma experiência de carregamento próxima da dos veículos a combustível, devem melhorar a sua eficiência de carregamento de uma forma geral. É por isso que as montadoras estão se esforçando para levar a tecnologia de superalimentação 4C ou mesmo 5C aos consumidores, ao mesmo tempo que promovem a plataforma de alta tensão de 800V.

Em agosto de 2023, a CATL lançou a primeira bateria de superalimentação de fosfato de ferro e lítio 4C do mundo - a bateria de superalimentação Shenxing, alegando atingir 10 minutos de carga e um alcance de 400 quilômetros. Depois disso, o carregamento rápido 4C entrou no campo de visão dos consumidores com cada vez mais frequência.

Como é definida a superalimentação 4C? Simplificando, XC refere-se à taxa de carregamento, ou seja, a relação entre a corrente máxima de carga que a bateria pode aceitar durante o carregamento e a capacidade nominal da bateria, representada por C, que geralmente é usada para descrever a velocidade de carregamento. Especificamente, se o veículo estiver equipado com uma bateria de 100 kWh, a potência de carregamento pode atingir cerca de 200 kW a uma taxa de cerca de 2C; a uma taxa de cerca de 4C, a potência de carregamento pode atingir cerca de 400kW; a uma taxa de 6C, a potência de carregamento pode atingir cerca de 600kW. Resumindo, quanto maior a taxa de carregamento, mais rápida será a velocidade de carregamento.

Se você deseja realmente popularizar a superalimentação, além de alimentar baterias e plataformas de alta tensão, também deve se adaptar a pilhas de carregamento CC de alta potência. A capacidade de saída de energia da pilha de carregamento e a estabilidade da fonte de alimentação afetarão a taxa de carregamento. Pilhas de carregamento de alta potência e fontes de alimentação estáveis podem fornecer taxas de carregamento mais altas.

A pilha de carregamento é composta principalmente por pistola de carregamento, cabo de carregamento, invólucro, módulo de controle, módulo de gerenciamento térmico, módulo de proteção de carregamento e outros componentes. Do carregamento lento AC ao carregamento rápido DC e, em seguida, ao carregamento super rápido, que pode gradualmente se tornar popular no futuro, todos os componentes precisam ser atualizados iterativamente para se adaptarem à mudança na potência de carregamento.

Na verdade, antes da tecnologia de supercarregamento, no processo de desenvolvimento de pilhas de carregamento, desde carregamento lento CA até carregamento rápido CC, problemas como alto custo, carga da rede, compatibilidade, vida útil da bateria e instalação difícil foram praticamente resolvidos.

Com base na tecnologia de carregamento rápido DC, o carregamento super rápido fornece uma taxa de carregamento mais alta, de modo que a pilha de carregamento precisa suportar maior potência, maior corrente e maior geração de calor. Ao mesmo tempo, também é necessário resolver o problema do tamanho e peso excessivos da pilha de carga e dos requisitos mais rígidos de flexibilidade dos cabos.

Para a pistola de carregamento, a fim de obter um carregamento rápido, a pistola de supercarregamento precisa ser capaz de transmitir grande corrente. Isso exige que a pistola de carregamento tenha boa condutividade e design de dissipação de calor para garantir uma transmissão de corrente segura e eficiente.

A tecnologia de superalimentação também precisa ser equipada com um mecanismo completo de proteção de segurança, incluindo proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretensão, proteção contra curto-circuito, etc. As pilhas de carregamento e as pistolas de carregamento devem ter funções de monitoramento e proteção para evitar mau funcionamento e perigos durante o carregamento.

Além disso, como o carregamento de alta potência gerará muito calor, as pilhas de carregamento e as pistolas de carregamento precisam ser equipadas com um sistema de resfriamento eficaz para evitar superaquecimento, incluindo ventiladores, dissipadores de calor, resfriamento de água e outros métodos de dissipação de calor.

Quais são os requisitos de materiais para a atualização das instalações de carregamento?

Com o aumento da potência de carga, as pilhas de carga não só precisam projetar estruturas mais avançadas para atender à condutividade térmica sob alta potência, mas também, do lado do material, é imperativo usar materiais com forte isolamento, resistência a altas temperaturas e alta temperatura. condutividade.

Tomando como exemplo o sistema de gerenciamento térmico de pilhas de carga, ao contrário do resfriamento a ar tradicional, a superalimentação requer mais uso de resfriamento líquido para resolver problemas de eficiência e dissipação de calor. Atualmente, os métodos de resfriamento líquido mais comumente usados no mercado são o resfriamento à base de água e o resfriamento à base de óleo. O resfriamento a água tem melhor desempenho de dissipação de calor, menor custo e é mais ecologicamente correto; o resfriamento do óleo possui bom isolamento elétrico, menor taxa de evaporação e estabilidade química.

Nos últimos anos, cabos resfriados a óleo têm sido usados em armas de supercarregamento, ganhando a vantagem de ser o pioneiro. Atualmente, alguns fabricantes desenvolveram pilhas de supercarregamento e pistolas de carregamento resfriadas a óleo, mas com o passar do tempo de operação, a desvantagem de custo do resfriamento a óleo torna-se cada vez mais proeminente. Agora, mais fabricantes estão começando a estudar e testar cabos refrigerados a água e pistolas de supercarregamento refrigeradas a água.

O princípio de funcionamento dos cabos resfriados a água e das pistolas de supercarregamento resfriadas a água é que o tubo de resfriamento a água é projetado fora do fio de carregamento multifilar e a água flui no meio do tubo. Baseando-se na condutividade térmica do próprio tubo, o calor gerado pelo cabo de carregamento multifilar é transferido para o refrigerante no meio do tubo. Esses refrigerantes trocam calor com o mundo exterior por meio de bombas eletrônicas para obter controle de temperatura de cabos e pistolas de supercarregamento.

Com base neste princípio, muitos fabricantes usaram tubos de náilon comuns como tubos de resfriamento de água no meio de cabos resfriados a água. Devido ao uso de material PA, a condutividade térmica é de apenas 0,2 W/m·K. Quando a corrente excede 400A, o aumento da temperatura acelera acentuadamente. Neste momento, devido à condutividade térmica insuficiente do tubo de resfriamento de água, o calor não pode ser transferido a tempo. Após o cálculo, descobriu-se que com base na estrutura comum dos cabos de corrente, para que o objetivo de carregamento rápido de alta corrente seja alcançado, a condutividade térmica da tubulação de água fria deve ser bastante melhorada, pelo menos 1,5W/m· K ou mais. Portanto, a montante e a jusante da cadeia industrial prestam cada vez mais atenção à aplicação inovadora de materiais de alta condutividade térmica, e os tubos de silicone condutores térmicos tornaram-se um dos principais componentes do gerenciamento térmico de pilhas de supercarga.

Além do controle de temperatura do cabo de carregamento, como reduzir o aumento de temperatura da cabeça da pistola de carregamento durante o processo de carregamento também é um problema no projeto atual da pilha de carregamento. Atualmente, é difícil resolver o problema de dissipação de calor por meio do resfriamento a ar. Ao usar cola de envasamento condutora térmica inovadora, o calor do conector da cabeça da pistola pode ser transferido de forma eficiente para garantir que a eficiência de carregamento não diminua devido ao aumento da temperatura e, ao mesmo tempo, a experiência do usuário durante a operação pode ser melhorada ainda mais .

Por outro lado, quando a plataforma de tensão dos novos veículos energéticos no futuro atingir geralmente 800V, a corrente de carga atingir 600A e a potência de carga atingir mais de 400kW, quaisquer problemas no processo de carga podem causar consequências extremamente graves. Portanto, as propriedades de vedação e anti-vazamento dos materiais estruturais serão valorizadas sem precedentes.

Sob a nova tendência, como inovar no lado material?

Quando se trata de fornecedores de materiais upstream na cadeia da indústria de pilhas de carregamento, a Dow é a primeira a trazer muitos designs inovadores e ideias de ponta para a indústria. A Dow pode não apenas fornecer uma rica seleção de materiais, mas também personalizar soluções exclusivas para infraestrutura de carregamento rápido DC de maior potência (incluindo estações de carregamento, pistolas de carregamento (conectores), cabos e gabinetes de carregamento) para atender às necessidades mais rigorosas do mercado.

Na área de instalações de cobrança, a Dow se concentra em três direções principais. Primeiro, em termos de materiais de gerenciamento térmico, a Dow fornece uma ampla gama de produtos adesivos, incluindo agentes de calafetagem, adesivos, materiais de interface térmica não polimerizáveis, refrigerantes de imersão, géis e colas para encapsulamento para resolver os problemas de dissipação de calor em instalações de carregamento; em termos de proteção e materiais de montagem, a Dow fornece adesivos, selantes e revestimentos isolantes para fornecer proteção completa para componentes de carregamento; além disso, a Dow também pode fornecer elastômeros, borracha de silicone condutora térmica sólida e borracha de silicone líquida para suportar isolamento, condutividade térmica e outras necessidades.

Por exemplo, atendendo aos requisitos de condutividade térmica do cabo de carregamento mencionados acima, a Dow desenvolveu uma nova borracha de silicone condutora térmica - borracha de silicone SILASTIC™ HTE5015-90U, que resolve as principais dificuldades técnicas na solução de pistola de supercarregamento resfriada a água - a O tubo de água de resfriamento deve ter alta condutividade térmica e materiais de alta resistência e alta tenacidade. A vantagem mais significativa deste produto é que ele possui maior condutividade térmica, com condutividade térmica de até 1,5W/m·K, que pode resfriar o cabo da pistola de supercarga com corrente de 600A e fornecer proteção térmica. Ao mesmo tempo, boas propriedades físicas e resistência a ambientes agressivos permitem que seja usado para extrusão de tubos de silicone termicamente condutores. Alta dureza e alta resistência permitem torção direta com cabos. Além disso, melhor flexibilidade, durabilidade, resistência a altas e baixas temperaturas, resistência ao refrigerante, isolamento e outros indicadores fornecem proteção de longo prazo para armas de supercarga.

Em resposta às necessidades de dissipação de calor e vedação das cabeças de pistola de carregamento, a Dow desenvolveu uma série de produtos. A cola de envasamento condutora térmica DOWSIL™ TC-6040 da Dow tem uma condutividade térmica de 4,0W/m·K, que pode resfriar rapidamente pistolas de carregamento superaquecidas, que não estarão quentes, e garantir a operação normal dos módulos dentro do sistema, especialmente o módulo inversor mais importante. Confiabilidade a longo prazo; para os requisitos de vedação de pilhas de carga resfriadas a líquido, os anéis de vedação e os anéis de vedação do chicote elétrico feitos de materiais de elastômero de silicone da Dow alcançaram bons efeitos à prova d'água.

Conclusão

Após anos de desenvolvimento vigoroso na indústria de veículos de nova energia, os pontos fracos dos usuários finais passaram gradualmente da autonomia de cruzeiro para a experiência eficiente de reposição de energia, e a promoção de instalações de carregamento de alta potência e alta eficiência é iminente. Neste processo, as empresas a montante e a jusante da cadeia industrial precisam de trabalhar em conjunto para lidar com os vários desafios enfrentados pela tendência de carregamento rápido, desde baterias a instalações de carregamento, desde materiais a aplicações. Esperamos que as empresas líderes a montante e a jusante da cadeia industrial possam trazer soluções mais eficientes e fáceis de usar para o desenvolvimento de carregamento rápido de novos veículos energéticos.