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深秋时节,位于济南起步区的车网互动示范站内,数台“超级充电桩”排列整齐,前来充电的新能源车主络绎不绝。
这些“超级充电桩”是由国网济南供电公司、鲁软科技公司等单位联合研制的“智控型兆瓦级全液冷超充成套设备”,前不久成功入选国家能源局第五批能源领域首台(套)重大技术装备名单。
记者夏侯凤超
通讯员张治林张斌荣
济南报道
为什么研制“超级充电桩”?
3年前,在济南工作的张先生经过反复权衡,最终选择购买了“可油可电”的混动乘用车。“在市区通勤充电没问题,但回老家需要长途跋涉,开电车总担心被搁在半路上。”谈及选择混动车的原因,张先生这样说。
像张先生一样,有着“补能焦虑”的人不在少数。统计数据显示,截至今年6月底,全国有1610万台充电桩,但在这些充电桩里,有1200.4万个私人充电桩,公共充电桩占比不足3成。而且,大部分公共充电站的直流快充桩功率在60千瓦左右,充电速度较慢,散热性较差等问题突出。
公共充电桩数量和功率的双重限制,让众多新能源车主始终存在着“补能焦虑”。
但现在,这样的情况正在发生改变。今年7月,国家发展改革委、国家能源局等四部门发布的《关于促进大功率充电设施科学规划建设的通知》提出,到2027年底,力争全国范围内大功率充电设施超过10万台,服务品质和技术应用实现迭代升级。
大功率充电设施是指功率达到250千瓦以上的直流充电设施,主要应用于高速服务区、核心商圈等公共充电场所,满足大通行流量、高耗能场景下车辆快速补电需求。
在这样的大背景下,国网山东电力加大超充设备研发力度,此次由国网济南供电公司、鲁软科技公司等单位联合研制的“智控型兆瓦级全液冷超充成套设备”,输出电压最高达1000伏,单枪功率可达600千瓦,以目前采用800伏高压平台技术的新能源车型为例,使用这套充电设备,8至10分钟即可将电量从20%充到80%,显著提升了车主充电效率和充电体验。
自去年8月在济南起步区车网互动示范站上线运营以来,这套设备凭借充电效率高、各电压等级灵活接入等优势,获得了新能源车主的广泛关注,还成功吸引江西、甘肃、青海等多地运营商和车企主动寻求合作,展现出广阔的推广前景。
随着超充设施研发、布局的提速,“充电像加油”的愿景离我们不再遥远。
如何让设备冷下来
常规直流充电枪运行时的电流通常被限定在250A以下,以保证充电过程的稳定和安全,但在超充设备上,为大幅提升充电效率,通过的电流能够达到500A以上,根据焦耳定律(Q=I2RT),如此大的电流使得设备的热效应显著增加,散热成为衡量超充设备性能的核心指标。
传统充电设备采用风冷散热,通过与空气的热交换来降低温度,但面对大电流快充带来的高发热量,风冷散热显得力不从心。于是液冷散热应运而生,它采用液冷模块与液冷枪线相结合,通过冷却液(如乙二醇、油等)流经线缆,直接带走线缆产生的热量,散热效率更高。目前,我国液冷超充设备处于起步阶段,还普遍存在电流骤升热控制难、散热滞后等问题。
研发团队首创全封闭弓形立体双面液冷架构,结合激流区动态扰流技术与三段式动态热应力均衡控制方法,研发了立体双面液冷充电模块及整机主动温控系统。
这相当于为超充设备的液冷系统增加了一个智慧大脑,可以根据设备运行状态动态调节冷却系统。功率高时加大冷却力度,功率低时减少冷却系统输出,做到“冷”随“热”走,消除传统液冷设备散热滞后缺陷,解决了电流骤升造成的充电设备损伤难题。
核心技术一经突破,曾经限制设备布局的人力、成本、环境等种种瓶颈,正在被逐步打通。
“有了高效的热控技术,我们可以把这套设备布局到更多地方。”国网济南供电公司营销部智能用电专责张斌荣表示,应用这项技术后,设备充电效率更高、运维更加方便,而且能够适应高温等多元场景,与市场同类产品相比,具有“适用性更强”和“成本更低”的双重优势。
向新突破多点开花
功率250千瓦以上相当于数百台空调同时运行,兆瓦级充电则可相当于上千台空调,除了核心的散热技术,大功率充电对设施的功率分配、调度、安全等方面也提出了更高要求。
面对挑战,唯有坚持向新,不断用新手段开辟新路径。
国网济南供电公司联合鲁软科技公司等单位组建“产-学-研-用”攻关团队,提出了新型栅介质材料设计方法,攻克低电阻叠层漏极金属电极接触等技术难题,研制出低漏电、高耐压、高可靠的SiC功率芯片,为超充设备打造了智能可靠的国产“心脏”。
在负荷分配方面,通过磁保持开关构建全矩阵拓扑架构,搭配充放电模块无极双向路由无损热切技术,实现毫秒级软调压切换调度；创新动态负荷分配技术,兼顾高功率输出与运行稳定性,兼容桩-网互动功能,为高效有序充电管理提供支撑。
在安全可靠充电方面,技术团队提出构网型桩网互动策略,创新电网扰动平抑技术与虚拟同步机自适应构网技术,支持毫秒级离网切换与秒级功率调整,保障区域电网频率稳定。
“我们加大技术攻关力度,突破了电能转化效率、动态负荷切换与智能安全管控等关键技术瓶颈,实现了快速、高效、安全的功率输出。”张斌荣说。
2023年以来,我国陆续发布了一系列国家标准,对充电系统、通信协议、充电接口等进行了明确规定。今年8月,《电动汽车供电设备安全要求》和《电动汽车传导充电系统安全要求》两项强制性国标正式实施,不断完善的大功率充电技术标准体系,为超充设备研发提供了技术支撑,更为下一步大规模布局应用奠定了坚实基础。
未来,国网山东电力将持续优化超充技术配资界网,拓展设备应用场景,破解广大车主“补能焦虑”,让新能源汽车更自由地穿梭在祖国的大江南北。
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