Con la tendenza alla ricarica rapida delle pile di ricarica, come possono i materiali innovativi svolgere un ruolo importante?

Dal punto di vista politico, il forte sostegno del Paese agli impianti di ricarica per veicoli a nuova energia lo sta portando a diventare un mercato emergente. Già dal 2020 le nuove pile per la ricarica dell’energia sono state inserite in uno dei sette settori chiave delle “nuove infrastrutture”. Dopo anni di sviluppo, è stato abbastanza efficace. Secondo le statistiche della China Charging Alliance, nel 2023, l'aumento delle infrastrutture di ricarica sarà di 3,386 milioni di unità e il rapporto di aumento tra pile e veicoli sarà di 1:2,8, il che significa che la velocità di costruzione delle pile di ricarica può sostanzialmente soddisfare i rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici.

Quando l'attenzione è rivolta alla catena industriale delle pile di ricarica, le aziende a valle hanno una domanda sempre più forte di sovralimentazione ad alta potenza, ricarica rapida CC, raffreddamento a liquido, ecc. Questa domanda viene trasmessa ai fornitori di componenti delle apparecchiature di ricarica a monte, comprese pistole di ricarica, cavi di ricarica , moduli di potenza, controller e altri componenti devono essere aggiornati di conseguenza e soddisfare requisiti di sicurezza come resistenza alle alte temperature e resistenza all'alta tensione per supportare l'implementazione di pile di ricarica con specifiche più elevate.

Nella progettazione dei pali di ricarica la scelta dei materiali è fondamentale. Soprattutto per indicatori quali conduttività termica, tenuta, isolamento e ritardanza di fiamma, sono necessari progressi nei materiali, compresi i materiali siliconici. Il silicone può essere utilizzato come adesivo termoconduttivo, sigillante, adesivo, ecc. ed è ampiamente utilizzato in componenti fondamentali come la gestione termica, la protezione della carica e i moduli di alimentazione delle pile di carica, svolgendo un ruolo chiave nella carica dei componenti delle pile.

Quali sfide comporta la diffusione della tecnologia di sovralimentazione per gli impianti di ricarica?

Se i veicoli a nuova energia vogliono avere un’esperienza di ricarica simile a quella dei veicoli a carburante, devono migliorare la loro efficienza di ricarica in modo completo. Questo è il motivo per cui le case automobilistiche stanno cercando di portare ai consumatori la tecnologia di sovralimentazione 4C o addirittura 5C, promuovendo al contempo la piattaforma ad alta tensione da 800 V.

Nell'agosto 2023, CATL ha lanciato la prima batteria di sovralimentazione al litio ferro fosfato 4C, la batteria di sovralimentazione Shenxing, affermando di raggiungere 10 minuti di ricarica e un'autonomia di 400 chilometri. Successivamente, la ricarica rapida 4C è entrata sempre più spesso nel campo visivo dei consumatori.

Come viene definita la sovralimentazione 4C? In poche parole, XC si riferisce alla velocità di ricarica, ovvero al rapporto tra la corrente di carica massima che la batteria può accettare durante la ricarica e la capacità nominale della batteria, rappresentata da C, che viene solitamente utilizzata per descrivere la velocità di ricarica. Nello specifico, se il veicolo è dotato di un pacco batterie da 100kWh, la potenza di ricarica potrà arrivare a circa 200kW con una velocità di circa 2C; ad una velocità di circa 4°C la potenza di ricarica può raggiungere circa 400kW; ad una velocità di 6°C, la potenza di ricarica può raggiungere circa 600kW. In breve, maggiore è la velocità di ricarica, maggiore sarà la velocità di ricarica.

Se si vuole rendere davvero popolare la sovralimentazione, oltre alle batterie di alimentazione e alle piattaforme ad alta tensione, è necessario adattarsi anche alle pile di ricarica CC ad alta potenza. La capacità di uscita di potenza della pila di ricarica e la stabilità dell'alimentatore influenzeranno la velocità di ricarica. Pile di ricarica ad alta potenza e alimentatori stabili possono fornire velocità di ricarica più elevate.

La pila di ricarica è composta principalmente da pistola di ricarica, cavo di ricarica, guscio, modulo di controllo, modulo di gestione termica, modulo di protezione di ricarica e altri componenti. Dalla ricarica lenta CA alla ricarica rapida CC, fino alla ricarica super veloce, che potrebbe diventare gradualmente popolare in futuro, tutti i componenti devono essere aggiornati in modo iterativo per adattarsi al cambiamento della potenza di ricarica.

Infatti, prima della tecnologia di super ricarica, nel processo di sviluppo delle pile di ricarica dalla ricarica lenta CA alla ricarica rapida CC, problemi come costi elevati, carico di rete, compatibilità, durata della batteria e installazione difficile erano stati risolti in modo approssimativo.

Sulla base della tecnologia di ricarica rapida CC, la ricarica super veloce fornisce una velocità di ricarica più elevata, quindi la pila di ricarica deve sopportare una potenza maggiore, una corrente maggiore e una maggiore generazione di calore. Allo stesso tempo, è anche necessario risolvere il problema delle dimensioni e del peso eccessivi della pila di ricarica e dei requisiti più severi di flessibilità dei cavi.

Per la pistola di ricarica, per ottenere una ricarica rapida, la pistola di super ricarica deve essere in grado di trasmettere una corrente elevata. Ciò richiede che la pistola di ricarica abbia una buona conduttività e un design di dissipazione del calore per garantire una trasmissione di corrente sicura ed efficiente.

La tecnologia di sovralimentazione deve inoltre essere dotata di un meccanismo di protezione di sicurezza completo, inclusa protezione da sovracorrente, protezione da sovratensione, protezione da cortocircuito, ecc. Le pile di ricarica e le pistole di ricarica dovrebbero avere funzioni di monitoraggio e protezione per prevenire malfunzionamenti e pericoli durante la ricarica.

Non solo, poiché la ricarica ad alta potenza genererà molto calore, le pile di ricarica e le pistole di ricarica devono essere dotate di un sistema di raffreddamento efficace per prevenire il surriscaldamento, inclusi ventilatori, dissipatori di calore, raffreddamento ad acqua e altri metodi di dissipazione del calore.

Quali sono i requisiti dei materiali per l'ammodernamento degli impianti di ricarica?

Con l’aumento della potenza di carica, le pile di ricarica non solo necessitano di progettare strutture più avanzate per soddisfare la conduttività termica ad alta potenza, ma anche, dal punto di vista dei materiali, è imperativo utilizzare materiali con forte isolamento, resistenza alle alte temperature ed elevata capacità termica. conduttività.

Prendendo come esempio il sistema di gestione termica delle pile di ricarica, a differenza del tradizionale raffreddamento ad aria, la sovralimentazione richiede un maggiore utilizzo del raffreddamento a liquido per risolvere i problemi di efficienza e dissipazione del calore. Attualmente, i metodi di raffreddamento a liquido più comunemente utilizzati sul mercato sono il raffreddamento a base di acqua e il raffreddamento a olio. Il raffreddamento ad acqua offre migliori prestazioni di dissipazione del calore, costi inferiori ed è più rispettoso dell'ambiente; il raffreddamento dell'olio ha un buon isolamento elettrico, un tasso di evaporazione inferiore e stabilità chimica.

Negli ultimi anni, i cavi raffreddati ad olio sono stati utilizzati nelle pistole a super ricarica, ottenendo il vantaggio di essere il primo a muoversi. Al momento, alcuni produttori hanno sviluppato pile e pistole di ricarica super raffreddate ad olio, ma con il passare del tempo di funzionamento, lo svantaggio in termini di costi del raffreddamento dell'olio diventa sempre più evidente. Ora sempre più produttori stanno iniziando a studiare e testare cavi raffreddati ad acqua e pistole di supercarica raffreddate ad acqua.

Il principio di funzionamento dei cavi raffreddati ad acqua e delle pistole di ricarica super raffreddate ad acqua è che il tubo di raffreddamento ad acqua è progettato all'esterno del cavo di ricarica multifilo e l'acqua scorre al centro del tubo. Basandosi sulla conduttività termica del tubo stesso, il calore generato dal cavo di ricarica multifilo viene trasferito al refrigerante al centro del tubo. Questi refrigeranti scambiano calore con il mondo esterno attraverso pompe elettroniche per ottenere il controllo della temperatura dei cavi e delle pistole di supercarica.

Sulla base di questo principio, molti produttori hanno utilizzato normali tubi di nylon come tubi di raffreddamento ad acqua al centro dei cavi raffreddati ad acqua. Grazie all'uso del materiale PA, la conduttività termica è di soli 0,2 W/m·K. Quando la corrente supera i 400 A, l'aumento della temperatura accelera bruscamente. In questo momento, a causa dell'insufficiente conduttività termica del tubo di raffreddamento dell'acqua, il calore non può essere trasferito in tempo. Dopo i calcoli, si è scoperto che, in base alla struttura comune dei cavi attuali, se si vuole raggiungere l'obiettivo di una ricarica rapida ad alta corrente, la conduttività termica del tubo dell'acqua fredda deve essere notevolmente migliorata, almeno 1,5 W/m· K o più. Pertanto, a monte e a valle della catena industriale prestano sempre più attenzione all'applicazione innovativa di materiali ad alta conduttività termica e i tubi in silicone termoconduttivo sono diventati uno dei componenti chiave della gestione termica delle pile di super carica.

Oltre al controllo della temperatura del cavo di ricarica, anche come ridurre l'aumento di temperatura della testa della pistola di ricarica durante il processo di ricarica è un punto dolente nell'attuale progettazione della pila di ricarica. Allo stato attuale, è difficile risolvere il problema della dissipazione del calore mediante il raffreddamento ad aria. Utilizzando l'innovativa colla termoconduttiva, il calore del connettore della testa della pistola può essere trasferito in modo efficiente per garantire che l'efficienza di carica non diminuisca a causa dell'aumento della temperatura e, allo stesso tempo, l'esperienza dell'utente durante il funzionamento può essere ulteriormente migliorata .

D'altra parte, quando la piattaforma di tensione dei veicoli a nuova energia in futuro raggiungerà generalmente 800 V, la corrente di carica raggiungerà 600 A e la potenza di carica supererà i 400 kW, eventuali problemi nel processo di ricarica potrebbero causare conseguenze estremamente gravi. Pertanto, le proprietà di tenuta e anti-perdite dei materiali strutturali saranno valutate senza precedenti.

Secondo la nuova tendenza, come innovare dal lato materiale?

Quando si tratta di fornitori di materiali a monte nella catena industriale delle pile di ricarica, Dow è la prima a portare molti progetti innovativi e idee all'avanguardia nel settore. Dow non solo può fornire una ricca selezione di materiali, ma anche personalizzare soluzioni esclusive per infrastrutture di ricarica rapida CC ad alta potenza (comprese stazioni di ricarica, pistole di ricarica (connettori), cavi e armadi di ricarica) per soddisfare le esigenze del mercato più rigorose.

Nel campo delle strutture di ricarica, Dow si concentra su tre direzioni principali. Innanzitutto, in termini di materiali per la gestione termica, Dow offre un'ampia gamma di prodotti adesivi tra cui agenti per calafataggio, adesivi, materiali di interfaccia termica non polimerizzanti, refrigeranti per immersione, gel e colle per risolvere i punti critici di dissipazione del calore negli impianti di ricarica; in termini di materiali di protezione e assemblaggio, Dow fornisce adesivi, sigillanti e rivestimenti conformi per fornire una protezione completa ai componenti di ricarica; inoltre, Dow può anche fornire elastomeri, gomma siliconica solida termoconduttiva e gomma siliconica liquida per supportare l'isolamento, la conduttività termica e altre esigenze.

Ad esempio, soddisfacendo i requisiti di conduttività termica del cavo di ricarica sopra menzionati, Dow ha sviluppato una nuova gomma siliconica termoconduttiva - la gomma siliconica SILASTIC™ HTE5015-90U, che risolve le principali difficoltà tecniche nella soluzione della pistola di supercarica raffreddata ad acqua - la il tubo dell'acqua di raffreddamento deve avere sia un'elevata conduttività termica che materiali ad alta resistenza e tenacità. Il vantaggio più significativo di questo prodotto è che ha una conduttività termica più elevata, con una conduttività termica fino a 1,5 W/m·K, che può raffreddare il cavo della pistola di supercarica con una corrente di 600 A e fornire protezione termica. Allo stesso tempo, le buone proprietà fisiche e la resistenza agli ambienti difficili ne consentono l'utilizzo per estrudere tubi in silicone termicamente conduttivi. L'elevata durezza e l'elevata resistenza consentono la torsione diretta con i cavi. Inoltre, migliore flessibilità, durata, resistenza alle alte e basse temperature, resistenza al refrigerante, isolamento e altri indicatori forniscono protezione a lungo termine per le pistole a super carica.

In risposta alle esigenze di dissipazione del calore e di tenuta delle teste delle pistole di ricarica, Dow ha sviluppato una serie di prodotti. La colla per impregnazione termoconduttiva DOWSIL™ TC-6040 di Dow ha una conduttività termica di 4,0 W/m·K, che può raffreddare rapidamente le pistole di carica surriscaldate, che non saranno calde, e garantire il normale funzionamento dei moduli all'interno del sistema, in particolare il modulo inverter più importante. Affidabilità a lungo termine; per i requisiti di tenuta delle pile di carica raffreddate a liquido, gli anelli di tenuta e gli anelli di tenuta del cablaggio realizzati con materiali elastomerici siliconici Dow hanno ottenuto buoni effetti impermeabili.

Conclusione

Dopo anni di vigoroso sviluppo nel settore dei veicoli a nuova energia, i punti critici degli utenti finali sono gradualmente passati dall’autonomia di crociera all’esperienza di rifornimento energetico efficiente, e la promozione di strutture di ricarica ad alta potenza ed alta efficienza è imminente. In questo processo, le aziende a monte e a valle della catena industriale devono lavorare insieme per far fronte alle diverse sfide affrontate dalla tendenza alla ricarica rapida, dalle batterie agli impianti di ricarica, dai materiali alle applicazioni. Ci auguriamo che le aziende leader a monte e a valle della catena industriale possano apportare soluzioni più efficienti e facili da usare per lo sviluppo della ricarica rapida di veicoli a nuova energia.