摘要：電動(dòng)汽車(chē)液冷超充技術(shù)具有散熱效果好、充電速度快、設(shè)備壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于解決電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的熱管理問(wèn)題具有重要意義。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，分析并總結(jié)液冷超充技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展方向，以期為電動(dòng)汽車(chē)超充技術(shù)的深入研究提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；超級(jí)充電；液體冷卻；充電功率

0 前言

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及和充電需求的快速增長(zhǎng)，其充電技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展顯得尤為重要。近年來(lái)，液冷充電技術(shù)作為一種新興的高效充電解決方案，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。液冷充電技術(shù)通過(guò)利用液體冷卻介質(zhì)，在充電過(guò)程中對(duì)電池組或充電設(shè)備進(jìn)行冷卻，以提高充電效率和安全性。該技術(shù)具有散熱效果好、充電速度快、設(shè)備壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于解決電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的熱管理問(wèn)題具有重要意義。本文總結(jié)歸納出國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的液冷超充技術(shù)的研究成果，并提出現(xiàn)存的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展方向。

1 國(guó)外研究進(jìn)展

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究人員在提高充電效率、優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)系統(tǒng)安全性等方面已有深入研究，并取得了一系列重要成果。這些成果為液冷充電技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。

1. 1 提高充電效率

普渡大學(xué)的科學(xué)家與福特汽車(chē)公司合作研發(fā)了一種新型電纜冷卻系統(tǒng)，被稱(chēng)為“流動(dòng)沸騰”系統(tǒng)[1]。在該系統(tǒng)中，液體經(jīng)過(guò)熱源后沸騰，所產(chǎn)生的氣泡蒸汽再次流過(guò)熱源并冷凝成液體，通過(guò)此循環(huán)過(guò)程可去除熱量。據(jù)報(bào)告，該系統(tǒng)可以去除24.22 kW的熱量，并能處理超過(guò)2 400 A的電流[2]。英國(guó)科技材料公司Materials與華威大學(xué)制造工程學(xué)院聯(lián)合推出了i-CoBat項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)電池新型冷卻技術(shù)。該技術(shù)利用可降解介質(zhì)冷卻液直接對(duì)電芯表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，無(wú)需接入二次間接冷卻系統(tǒng)，從而提高了熱管理效率和充電速度[3]。

1. 2 優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)

斯坦福大學(xué)的研究人員使用納米流體或相變材料作為冷卻液，這些材料具有更高的熱傳導(dǎo)性能，能夠更有效地降低充電過(guò)程中的溫度。

1. 3 安全性研究

安全性始終是充電技術(shù)研究的重點(diǎn)。伊利諾伊大學(xué)的研究人員通過(guò)模擬充電過(guò)程中的各種異常情況（如過(guò)充、過(guò)放、短路等），來(lái)評(píng)估液冷充電系統(tǒng)的安全性能。同時(shí)，研究人員還開(kāi)發(fā)了智能算法和預(yù)測(cè)模型，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以防止?jié)撛诘陌踩L(fēng)險(xiǎn)。此外，研究人員還在探索如何將液冷充電技術(shù)與智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，為用戶(hù)提供更加智能化、便捷化的充電服務(wù)。例如，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的負(fù)荷情況，智能調(diào)度充電樁的充電功率和時(shí)間，以平衡電網(wǎng)的負(fù)荷，并減少能源浪費(fèi)。

2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)在液冷充電技術(shù)方面的研究已經(jīng)取得了顯著成果，并在新能源汽車(chē)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為了推動(dòng)液冷充電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)出臺(tái)了一系列相關(guān)政策措施和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。其中，《關(guān)于進(jìn)一步構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，加強(qiáng)充電基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期安全管理，提高充電服務(wù)經(jīng)濟(jì)性和便捷性；《深圳市新能源汽車(chē)超充設(shè)施專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2023—2025年）》提出，加快在機(jī)場(chǎng)、高鐵樞紐等區(qū)域布局建設(shè)超充站等。上述政策措施和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺(tái)將為液冷充電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供有力支持。

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的液冷超充技術(shù)從充電連接裝置和充電模塊2個(gè)方面進(jìn)行了研究和應(yīng)用。

2. 1 充電連接裝置

沃爾核材公司的液冷充電槍采用先進(jìn)的液冷技術(shù)，通過(guò)冷卻液在充電線纜中的循環(huán)流動(dòng)來(lái)帶走線纜中的熱量，實(shí)現(xiàn)高效散熱。相比傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱，這種散熱方式具有更高的散熱效率和更低的能耗。該公司的液冷充電槍內(nèi)部設(shè)有冷卻液循環(huán)通道，在電子泵的驅(qū)動(dòng)下，冷卻液在充電線纜中循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)充電線纜傳輸大電流時(shí)，冷卻液會(huì)吸收由此產(chǎn)生的熱量。冷卻液吸收熱量后被傳送回冷卻液容器，此過(guò)程有效地保證了熱量被從充電線纜中帶走。在冷卻液容器中，熱冷卻液再次被電子泵驅(qū)動(dòng)至散熱器，并進(jìn)行降溫處理。散熱器通過(guò)其高效的散熱性能，使得冷卻液中的熱量散發(fā)到外界環(huán)境中，進(jìn)而降低冷卻液的溫度[4]。

蔚來(lái)汽車(chē)的液冷槍線采用輕量化設(shè)計(jì)，其質(zhì)量不到傳統(tǒng)充電槍線的一半，方便用戶(hù)在使用過(guò)程中拿取和操作。此外，蔚來(lái)汽車(chē)的液冷槍線內(nèi)部集成了冷卻液循環(huán)通道，以確保在充電過(guò)程中線纜的溫度保持在較低水平，提高充電的安全性和效率。

四川永貴科技有限公司的液冷充電槍通過(guò)電子泵驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng)，冷卻液在流經(jīng)液冷線纜時(shí)帶走線纜及充電連接器的熱量，然后回到儲(chǔ)存冷卻液的油箱；通過(guò)電子泵再次驅(qū)動(dòng)冷卻液經(jīng)過(guò)散熱器并散發(fā)熱量，形成循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了小截面積線纜通載大電流、低溫升的目的[5]。

2. 2 充電模塊

充電模塊的主要作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，進(jìn)而為電動(dòng)汽車(chē)提供穩(wěn)定的充電電源。液冷技術(shù)則通過(guò)冷卻液在充電樁內(nèi)部循環(huán)，帶走充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，從而保持充電樁的穩(wěn)定運(yùn)行。

蔚來(lái)汽車(chē)的全液冷快充樁采用液冷模塊設(shè)計(jì)，該模塊能有效避免外部環(huán)境因素（如沙塵、水汽等）進(jìn)入充電樁內(nèi)部，從而保持充電樁的絕緣性能，并保證其一定的使用壽命。液冷充電模塊的液冷系統(tǒng)由冷卻液、散熱器、水泵和管道構(gòu)成。其中，冷卻液作為液冷技術(shù)的核心，具有良好的熱傳導(dǎo)性能。散熱器可以將冷卻液中的熱量傳遞到外界，并根據(jù)不同的場(chǎng)景選擇合適的散熱器類(lèi)型。水泵和管道用于循環(huán)冷卻液的流動(dòng)，確保冷卻液在充電模塊和散熱器之間循環(huán)。液冷模塊的散熱效率比傳統(tǒng)風(fēng)冷模式高出80%，有助于減少能源浪費(fèi)，提高充電效率。

深圳威邁斯新能源股份有限公司液冷充電模塊產(chǎn)品采用三相六開(kāi)關(guān)硬件拓?fù)?，這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了電流路徑，提高了電能轉(zhuǎn)換效率。采用無(wú)電解電容方案可降低電容器的損耗和故障率，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

深圳英飛源技術(shù)有限公司液冷充電模塊采用全液冷設(shè)計(jì)，其功率模塊與外界環(huán)境完全隔離，不受外界惡劣環(huán)境的影響。其采用電芯級(jí)環(huán)繞型立體散熱技術(shù)，使得電芯散熱面積是冷板散熱方案的3～5倍，將電芯間溫差控制在2 K以?xún)?nèi)。

深圳優(yōu)優(yōu)綠能股份有限公司的液冷充電模塊內(nèi)部配備有SiC MOS核心器件，極大提高了充電效率。同時(shí)，液冷系統(tǒng)能夠有效地帶走充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，確保充電模塊在較低的溫度下運(yùn)行，從而提高充電效率和延長(zhǎng)設(shè)備壽命。優(yōu)優(yōu)綠能液冷模塊的充電效率可達(dá)97%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)風(fēng)冷充電模塊的充電效率[6]。

3 現(xiàn)存的問(wèn)題

作為新能源汽車(chē)充電領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，雖然液冷超充技術(shù)在散熱效率和充電速度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨成本問(wèn)題、安全問(wèn)題和散熱效率問(wèn)題。

3. 1 成本問(wèn)題

液冷系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)成本較高，液體冷卻系統(tǒng)的引入會(huì)增加設(shè)備的生產(chǎn)成本，可能對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的普及產(chǎn)生一定影響。

相比風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)更復(fù)雜，需要對(duì)其進(jìn)行定期檢查和更換冷卻液，并對(duì)散熱設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，這增加了用戶(hù)的維護(hù)成本和難度。

當(dāng)滿(mǎn)足超充條件的車(chē)輛連接到電網(wǎng)進(jìn)行充電時(shí)，需要有足夠的電網(wǎng)容量來(lái)支持高功率的充電需求。如果電網(wǎng)容量不足，則超充速度可能會(huì)受到限制。這涉及到電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、升級(jí)和維護(hù)等方面，也會(huì)增加應(yīng)用成本。

3. 2 安全問(wèn)題

雖然液體冷卻系統(tǒng)可以有效地解決發(fā)熱問(wèn)題，但冷卻液的引入也可能帶來(lái)新的安全隱患。

液冷充電系統(tǒng)采用液體作為冷卻介質(zhì)，在循環(huán)過(guò)程中可能存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。如果冷卻介質(zhì)泄漏，不僅會(huì)影響系統(tǒng)的散熱性能，還可能對(duì)充電設(shè)施及周?chē)h(huán)境造成危害。

液冷充電系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)更為復(fù)雜，涉及更多的組件和管路，這增加了系統(tǒng)的維護(hù)難度。如果維護(hù)不當(dāng)或發(fā)生系統(tǒng)故障，可能導(dǎo)致充電設(shè)施無(wú)法正常工作，甚至引發(fā)安全事故。

液冷方法基于溫差換熱原理，可能會(huì)導(dǎo)致電池模組內(nèi)部出現(xiàn)溫差問(wèn)題。溫差會(huì)導(dǎo)致模組不同單電池在充放電過(guò)程中過(guò)充、過(guò)放或充放電不足，從而影響電池的安全性和壽命[7]。

液冷換熱功率受限于溫差大小和流量，而可控溫差與環(huán)境溫度密切相關(guān)。在極端環(huán)境條件下，這可能導(dǎo)致液冷系統(tǒng)的散熱效果受到限制，從而影響充電設(shè)施的安全性和穩(wěn)定性。

3. 3 散熱效率

環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì)影響到液冷超充系統(tǒng)的散熱效率。在高溫環(huán)境下，散熱系統(tǒng)需要更大的功率來(lái)散發(fā)熱量；而在潮濕環(huán)境下，冷卻液更容易受到污染和腐蝕[8]。

在車(chē)輛液冷超充過(guò)程中，如果電池的充放電能力與散熱效率不匹配，可能會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱。

如果液冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理，如管道布局不合理、泵功率不足、冷卻液中的雜質(zhì)過(guò)多等，均可能導(dǎo)致管道堵塞，影響散熱效果，進(jìn)而導(dǎo)致散熱效率降低。

散熱效率與溫差控制和環(huán)境溫度密切相關(guān)，在極端環(huán)境條件下，溫差可能無(wú)法被控制到理想狀態(tài)，從而影響散熱效率。

4 發(fā)展方向

未來(lái)，液冷充電技術(shù)的研究方向主要包括以下方面：一是優(yōu)化技術(shù)；二是提高環(huán)境適應(yīng)性和可靠性；三是加強(qiáng)安全性和故障診斷能力；四是降低成本；五是探索液冷充電技術(shù)與智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的智能化管理和服務(wù)。

4. 1 優(yōu)化技術(shù)

首先，可以通過(guò)先進(jìn)的流體動(dòng)力學(xué)模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化液冷系統(tǒng)的流道設(shè)計(jì)，降低流體阻力，提高散熱效率。

其次，可以探索新型的流道結(jié)構(gòu)，如微通道、分叉流道等，以實(shí)現(xiàn)更高效的熱交換和溫度控制。

再次，研發(fā)新型冷卻液材料，如納米流體、相變材料等，這些材料具有更高的熱傳導(dǎo)性能和熱穩(wěn)定性，能夠進(jìn)一步提高散熱效率。此外，探索冷卻液的環(huán)保性和可回收性，以減少其對(duì)環(huán)境的影響。

最后，引入先進(jìn)的控制算法和傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電過(guò)程中的溫度變化、流量分布等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化的散熱控制。通過(guò)與車(chē)輛、電網(wǎng)等系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能調(diào)度和優(yōu)化。

4. 2 提高環(huán)境適應(yīng)性與可靠性

首先，在極端環(huán)境條件下進(jìn)行多次液冷充電系統(tǒng)的測(cè)試，如高溫、低溫、高濕、高海拔等環(huán)境，確保系統(tǒng)在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。針對(duì)不同地域和氣候特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)的液冷充電系統(tǒng)。

其次，加強(qiáng)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)能力，確保在出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)并繼續(xù)提供充電服務(wù)。

最后，引入先進(jìn)的故障診斷和預(yù)警技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并進(jìn)行處理。

4. 3 提高安全性與故障診斷能力

提高液冷充電技術(shù)的安全性和故障診斷能力是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，需要從多個(gè)方面入手。通過(guò)選擇高質(zhì)量的冷卻介質(zhì)、優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)、加強(qiáng)密封和防護(hù)、采用智能監(jiān)控和調(diào)節(jié)等措施，可以提高液冷充電技術(shù)的安全性；通過(guò)使用先進(jìn)的診斷技術(shù)、建立故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、提供遠(yuǎn)程支持、加強(qiáng)培訓(xùn)和技能提升等措施，可以提高故障診斷能力。這些措施的實(shí)施將有助于提高液冷充電技術(shù)的整體性能和可靠性，為用戶(hù)帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)。

首先，需制定嚴(yán)格的液冷充電系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中符合安全要求。加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)的合作，推動(dòng)液冷充電技術(shù)的安全認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)化。

其次，深入分析液冷充電系統(tǒng)在充電過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障，如泄漏、堵塞、過(guò)熱等，并提出有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施。選用低電導(dǎo)率和傳熱性能、抗氧化酸化性能、防凍防銹性能優(yōu)異，以及與非金屬材料兼容的冷卻液，確保在充電過(guò)程中冷卻液不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕或損害。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，及時(shí)調(diào)整液冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保充電過(guò)程在安全范圍內(nèi)進(jìn)行。引入智能控制系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境溫度和充電功率等因素自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻液的流量和溫度。使用密封性良好的材料和相關(guān)技術(shù)，確保液冷系統(tǒng)不受外界環(huán)境（如灰塵、濕氣等）的影響。加強(qiáng)防水、防塵和防腐蝕設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的耐用性和可靠性。

最后，建立液冷充電模塊的故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄歷史故障案例和解決方案。引入紅外熱像儀、振動(dòng)分析儀等先進(jìn)的診斷工具，對(duì)液冷系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢測(cè)和分析。利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。

4. 4 降低成本

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造工藝，降低液冷充電系統(tǒng)的制造成本。探索新型的商業(yè)模式和合作方式，降低用戶(hù)的使用成本。推動(dòng)液冷充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)效率和可維護(hù)性。

4. 5 加強(qiáng)智能化管理與服務(wù)

引入人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)用戶(hù)的充電行為進(jìn)行深入分析，為用戶(hù)提供個(gè)性化的充電方案和服務(wù)推薦。加強(qiáng)與電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合應(yīng)用，推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化和互聯(lián)互通。加強(qiáng)與充電基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)等系統(tǒng)的兼容性，推動(dòng)充電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

此外，需提高充電速度、降低噪聲水平、增強(qiáng)用戶(hù)互動(dòng)等，為用戶(hù)帶來(lái)更加便捷和舒適的充電體驗(yàn)；提供多樣化的充電服務(wù)選擇，如預(yù)約充電、智能導(dǎo)航、支付結(jié)算等，滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] MASUMURA T，SETO Y，TSUCHIYAMA T. Work-hardening mechanism in high-nitrogen austenitic stainless steel[J].Materials Transactions，2020，61（4）： 678-684.

[2] SORTOMME E，HINDI M M， MACPHERSON S D J， et al. Coordinated charging of plug-in hybrid electric vehicles to minimize distribution system losses[J]. IEEE Trans Smart Grid，2010，2（1）： 198-205.

[3] ？OUC J，G？M？RY F，VOJEN？IAK M，et al. CORC-like cable production and characterization of the solenoid made from it[J]. Superconductor Science Technology，2019（3）： 1-7.

[4] 杜青林，張強(qiáng).大功率液冷充電槍的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（7）：186-187.

[5] 彭水清.新能源汽車(chē)充電槍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與液冷技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2023，35（12）： 45-47.

[6] 王燕令，趙地，吳學(xué)紅，等.弓形流道快速充電模塊液冷板流動(dòng)散熱特性研究[J].低溫與超導(dǎo)，2020，48（3）：59-63，69.

[7] 王欣欣，王明強(qiáng)，薛國(guó)正，等.動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)模塊化仿真分析[J].汽車(chē)實(shí)用術(shù)，2024，49（8）：6-10.

[8] 馮能蓮，董士康，李德壯，等.蜂巢式液冷電池模塊傳熱特性的試驗(yàn)研究[J].汽車(chē)工程，2020， 42（5）：658-664.