01. Qu'est-ce que la « suralimentation par refroidissement liquide » ?
Principe de fonctionnement :
La recharge par refroidissement liquide consiste à installer un canal de circulation de liquide spécifique entre le câble et le pistolet de recharge. Un liquide de refroidissement, destiné à dissiper la chaleur, est introduit dans ce canal et mis en circulation par une pompe afin d'évacuer la chaleur générée pendant la recharge.
La partie alimentation du système utilise un refroidissement liquide pour dissiper la chaleur, et l'absence d'échange d'air avec l'environnement extérieur lui permet d'atteindre un indice de protection IP65. Parallèlement, le système est équipé d'un ventilateur à grand débit pour dissiper la chaleur, avec un faible niveau sonore et un impact environnemental réduit.
02. Quels sont les avantages de la suralimentation par refroidissement liquide ?
Avantages de la suralimentation par refroidissement liquide :
1. Courant plus élevé et vitesse de charge rapide. Le courant de sortie dupile de chargementLa capacité de charge est limitée par le câble du pistolet de charge. Le câble en cuivre qui le compose conduit l'électricité, et la chaleur qu'il génère est proportionnelle au carré de l'intensité du courant. Plus le courant de charge est élevé, plus la chaleur dégagée par le câble est importante. Il est donc impératif de la réduire. Pour éviter la surchauffe, la section du câble doit être augmentée, ce qui alourdit le pistolet. Les pistolets de charge standard de 250 A utilisent généralement un câble de 80 mm². L'ensemble est très lourd et difficile à plier. Pour atteindre des courants de charge plus élevés, il est possible d'utiliser un pistolet de charge à double circuit, mais il ne s'agit que d'une solution temporaire dans des situations spécifiques. La solution optimale pour une charge à courant élevé consiste à utiliser un pistolet de charge à refroidissement liquide.
Le pistolet de charge à refroidissement liquide contient des câbles et des conduites d'eau. Le câble du pistolet de charge à refroidissement liquide de 500 Apistolet de chargementLe câble a généralement une section de seulement 35 mm², et la chaleur est évacuée par la circulation du liquide de refroidissement dans le tuyau d'eau. Grâce à la finesse du câble, le pistolet de charge à refroidissement liquide est 30 à 40 % plus léger qu'un pistolet de charge classique. Ce pistolet nécessite également un système de refroidissement composé d'un réservoir d'eau, d'une pompe à eau, d'un radiateur et d'un ventilateur. La pompe à eau assure la circulation du liquide de refroidissement dans le circuit du pistolet, acheminant la chaleur vers le radiateur, puis celle-ci est dissipée par le ventilateur. Ce système permet ainsi d'obtenir une capacité de charge supérieure à celle des pistolets de charge classiques à refroidissement naturel.
2. Le câble du pistolet est plus léger et le chargeur est léger.
3. Réduction de la chaleur, dissipation thermique rapide et sécurité accrue. Les corps des bornes de charge conventionnelles et semi-refroidies par liquide sont refroidis par air. L'air pénètre dans le corps de la borne par un côté, évacue la chaleur des composants électriques et des modules redresseurs, puis s'échappe par l'autre côté. Cet air se mélange à la poussière, aux embruns salés et à la vapeur d'eau, qui s'adsorbent sur la surface des composants internes. Il en résulte une isolation du système insuffisante, une dissipation thermique médiocre, un faible rendement de charge et une durée de vie réduite. Pour les bornes de charge conventionnelles ou semi-refroidies par liquide, dissipation thermique et protection sont deux notions contradictoires. Une bonne protection complexifie la conception de la dissipation thermique, et inversement.
La borne de recharge entièrement refroidie par liquide utilise un module de recharge à refroidissement liquide. Ce module est dépourvu de conduits d'air à l'avant et à l'arrière. Le liquide de refroidissement circulant à l'intérieur de la plaque refroidie assure l'échange thermique avec l'extérieur. Ainsi, la partie alimentation de la borne est entièrement encapsulée, réduisant ainsi la dissipation de chaleur. Le radiateur, externe, reçoit la chaleur via le liquide de refroidissement interne, puis l'air extérieur dissipe la chaleur à sa surface. Le module de recharge et les composants électriques internes sont totalement isolés de l'environnement extérieur, garantissant ainsi une protection IP65 et une fiabilité accrue.
4. Faible niveau sonore et protection accrue. Les bornes de recharge classiques et semi-refroidies par liquide intègrent des modules de recharge refroidis par air. Ces modules, composés de plusieurs petits ventilateurs à grande vitesse, génèrent un niveau sonore supérieur à 65 dB. Des ventilateurs sont également présents sur le corps de la borne. Actuellement, à pleine puissance, les bornes de recharge utilisant des modules refroidis par air produisent généralement plus de 70 dB. Si ce niveau sonore est négligeable en journée, il devient très gênant la nuit. Le bruit excessif des bornes de recharge est donc la principale source de plaintes des exploitants. Ces derniers sont tenus de remédier au problème, mais les coûts de réparation sont élevés et l'efficacité limitée. En fin de compte, ils sont contraints de réduire la puissance de recharge pour atténuer le bruit.
La pile de charge entièrement refroidie par liquide adopte une architecture de dissipation thermique à double circuit. Le module de refroidissement interne utilise une pompe à eau pour assurer la circulation du liquide de refroidissement et dissiper la chaleur générée par le module vers le radiateur à ailettes. La dissipation thermique externe est assurée par des ventilateurs à faible vitesse et à grand débit, ou par des climatiseurs. La chaleur est dissipée par l'appareil, et le niveau sonore du ventilateur à faible vitesse et à grand débit est bien inférieur à celui d'un petit ventilateur à vitesse élevée. Les piles de charge suralimentées entièrement refroidies par liquide peuvent également adopter une conception de dissipation thermique divisée. Semblable à un climatiseur split, l'unité de dissipation thermique est placée à l'écart des zones de passage et peut même favoriser les échanges thermiques avec des bassins et des fontaines pour une meilleure dissipation de la chaleur et des coûts réduits.
5. Faible coût total de possession
Le coût des équipements de recharge des bornes doit être considéré dans le cadre du coût total de possession (CTP) de la borne. La durée de vie des bornes traditionnelles utilisant des modules de recharge refroidis par air n'excède généralement pas 5 ans, alors que la durée de location actuelle des stations de recharge est de 8 à 10 ans. Cela signifie que les équipements de recharge doivent être remplacés au moins une fois pendant le cycle de vie de la station. En revanche, la durée de vie des bornes de recharge entièrement refroidies par liquide est d'au moins 10 ans, couvrant ainsi la totalité du cycle de vie de la station. Par ailleurs, contrairement aux bornes utilisant des modules refroidis par air qui nécessitent des ouvertures fréquentes de l'armoire, le dépoussiérage, la maintenance et d'autres opérations, les bornes entièrement refroidies par liquide ne nécessitent qu'un rinçage lorsque la poussière s'accumule sur le radiateur externe, ce qui simplifie la maintenance.
Le coût total de possession (TCO) d'un système de charge entièrement refroidi par liquide est inférieur à celui d'un système de charge traditionnel utilisant des modules de charge refroidis par air, et avec la généralisation des systèmes entièrement refroidis par liquide, leur avantage en termes de rentabilité deviendra plus évident.
03. État du marché des suralimentations par refroidissement liquide
D'après les dernières données de la China Charging Alliance, on comptait 31 000 bornes de recharge publiques supplémentaires en février 2023 par rapport à janvier 2023, soit une augmentation de 54,1 % sur un an. À cette date, les membres de l'alliance ont déclaré un total de 1,869 million de bornes de recharge publiques, dont 796 000…bornes de recharge CCet 1,072 millionbornes de recharge CA.
En effet, avec la croissance continue du parc de véhicules à énergies nouvelles et le développement rapide des infrastructures de recharge, la technologie de suralimentation par liquide est devenue un enjeu majeur de la concurrence dans le secteur. De nombreux constructeurs de véhicules à énergies nouvelles et d'infrastructures de recharge ont également entrepris des travaux de recherche et développement sur cette technologie, ainsi que sur son déploiement.
Tesla est le premier constructeur automobile à déployer massivement des bornes de recharge rapide refroidies par liquide. À ce jour, plus de 1 500 stations de recharge rapide sont installées en Chine, totalisant 10 000 bornes. La borne de recharge rapide Tesla V3 est entièrement refroidie par liquide : module de charge et pistolet de recharge sont également refroidis par liquide. Un seul pistolet peut fournir une puissance de charge de 250 kW/600 A, permettant ainsi de gagner 250 kilomètres d’autonomie en 15 minutes. Le modèle V4 est en cours de déploiement. La puissance de charge par pistolet atteint alors 350 kW.
Par la suite, la Porsche Taycan a inauguré une architecture électrique haute tension de 800 V, une première mondiale, et prend en charge la recharge rapide haute puissance de 350 kW ; la Great Wall Salon Mecha Dragon 2022, édition limitée mondiale, offre un courant jusqu’à 600 A, une tension jusqu’à 800 V et une puissance de charge maximale de 480 kW ; la GAC AION V, avec une tension maximale de 1 000 V, un courant jusqu’à 600 A et une puissance de charge maximale de 480 kW ; la Xiaopeng G9, voiture de série dotée d’une plateforme de tension en carbure de silicium de 800 V, est compatible avec la recharge ultra-rapide de 480 kW.
04. Quelle est la tendance future du suralimentation par refroidissement liquide ?
Le domaine de la recharge par refroidissement liquide est encore émergent, mais recèle un grand potentiel et de vastes perspectives de développement. Le refroidissement liquide constitue une excellente solution pour la recharge haute puissance. La conception et la production d'alimentations pour bornes de recharge haute puissance ne présentent aucun problème technique, tant au niveau national qu'international. Il reste cependant à résoudre le problème de la connexion par câble entre l'alimentation de la borne de recharge et le pistolet de recharge.
Cependant, le taux de pénétration des bornes de recharge rapide à refroidissement liquide haute puissance reste faible en Chine. Ceci s'explique par le coût relativement élevé des pistolets de recharge à refroidissement liquide, alors que le marché des bornes de recharge rapide devrait atteindre des centaines de milliards de yuans en 2025. Selon les informations publiques, le prix moyen d'une borne de recharge est d'environ 0,4 yuan/W. On estime le prix d'une borne de recharge rapide de 240 kW à environ 96 000 yuans. Le prix du câble du pistolet de recharge à refroidissement liquide, annoncé lors de la conférence de presse de CHINAEVSE (20 000 yuans l'ensemble), permet d'estimer le coût de ce pistolet. Représentant environ 21 % du coût total des bornes, il constitue le composant le plus onéreux après les modules de recharge. On prévoit qu'avec l'augmentation du nombre de modèles de recharge rapide pour véhicules électriques, le marché des bornes haute puissance se développera.piles à charge rapideDans mon pays, ce chiffre sera d'environ 133,4 milliards de yuans en 2025.
À l'avenir, la technologie de suralimentation par refroidissement liquide continuera de se généraliser à une vitesse croissante.
Le développement et le déploiement de la technologie de surcharge à refroidissement liquide haute puissance ont encore un long chemin à parcourir. Cela nécessite la coopération des constructeurs automobiles, des fabricants de batteries, des fournisseurs de piles et d'autres acteurs. C'est la seule façon de mieux soutenir le développement de l'industrie chinoise des véhicules électriques, de promouvoir la recharge automatisée et le V2G, de contribuer aux économies d'énergie et à la réduction des émissions, au développement durable et à la réduction des émissions de carbone, et d'accélérer la réalisation de l'objectif stratégique de « double décarbonation ».
Date de publication : 4 mars 2024