充電樁又一重大突破，你知道嗎？

進(jìn)入2024年，新能源汽車市場增勢(shì)不減，多家新能源車企一季度維持上升勢(shì)頭，為全年的良好發(fā)展開了個(gè)好頭。繼去年31.6%的滲透率之后，2024年新能源汽車的銷量占比有望進(jìn)一步提升。

除了扎堆推出更具競爭力的新能源車型之外，車企也在密集地布局充電網(wǎng)絡(luò)。過去兩年，800V高壓平臺(tái)、4C充電技術(shù)相繼落地，全方面快充時(shí)代已然臨近。特斯拉、小鵬、理想、極氪、華為等企業(yè)在全國各地加快建設(shè)超充站和超充樁，通過提供更高的充電功率和補(bǔ)能效率，為終端用戶帶來進(jìn)化的充電體驗(yàn)，消除里程焦慮。

政策端，國家對(duì)新能源汽車充電設(shè)施的大力扶持，正在推動(dòng)其成為新興的熱門市場。早在2020年，新能源充電樁就已被納入“新基建”七大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，經(jīng)過多年發(fā)展，已頗具成效。據(jù)中國充電聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2023年全年，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為338.6萬臺(tái)，樁車增量比為1：2.8，這意味著充電樁的建設(shè)速度能夠基本滿足新能源汽車的快速發(fā)展。

當(dāng)目光聚焦到充電樁產(chǎn)業(yè)鏈，下游企業(yè)對(duì)大功率超充、直流快充、液冷散熱等需求日趨旺盛，這種需求傳導(dǎo)至上游的充電設(shè)備元器件供應(yīng)商，包括充電槍、充電線纜、功率模塊、控制器等元器件必須作出相應(yīng)的升級(jí)，并且符合耐高溫、耐高壓等安全性要求，以支持更高規(guī)格充電樁的落地應(yīng)用。

在充電樁的設(shè)計(jì)中，材料的選擇至關(guān)重要。尤其對(duì)于導(dǎo)熱、密封、絕緣、阻燃等指標(biāo)，需要在材料方面有所突破，其中就包括有機(jī)硅材料。有機(jī)硅可以作為導(dǎo)熱膠、密封劑、粘結(jié)劑等，廣泛應(yīng)用于充電樁的熱管理、充電防護(hù)、功率模塊等重要部件，在充電樁元器件中發(fā)揮關(guān)鍵作用。超充技術(shù)的普及，給充電設(shè)施帶來哪些挑戰(zhàn)？新能源汽車想獲得接近燃油車的補(bǔ)能體驗(yàn)，必須在充電效率上全方面提升，這也是為什么車企在推廣800V高壓平臺(tái)的同時(shí)，還在力爭為消費(fèi)者帶來4C甚至5C超充技術(shù)。

2023年8月，寧德時(shí)代推出了磷酸鐵鋰4C超充電池——神行超充電池，宣稱實(shí)現(xiàn)充電10分鐘，續(xù)航400公里。在此之后，4C快充愈發(fā)頻繁地進(jìn)入消費(fèi)者的視野。

4C超充究竟是如何定義的？簡單來說，XC指的是充電倍率，即電池在充電時(shí)能夠接受的比較大充電電流與電池額定容量的比值，用C表示，通常用來描述充電速度的快慢。具體來看，如果車輛搭載100kWh電池組，在2C左右倍率下，充電功率可以達(dá)到200kW左右；在4C左右倍率下，充電功率可以達(dá)到400kW左右；在6C倍率下，充電功率可以達(dá)到600kW左右。總之，充電倍率越高，充電速度越快。

若想真正實(shí)現(xiàn)超充的普及，除了動(dòng)力電池和高壓平臺(tái)，也要適配高功率的直流充電樁。充電樁的功率輸出能力以及電源供應(yīng)的穩(wěn)定性會(huì)影響充電倍率。高功率的充電樁和穩(wěn)定的電源可以提供更高的充電倍率。

充電樁主要由充電槍、充電線纜、殼體、控制模塊、熱管理模塊、充電保護(hù)模塊等部件組成，從交流慢充升級(jí)到直流快充，再過渡到今后可能會(huì)逐漸普及的超級(jí)快充，所有部件都需要迭代升級(jí)，以適應(yīng)充電功率的變化。

其實(shí)在超充技術(shù)之前，在充電樁從交流慢充向直流快充發(fā)展的過程中，已經(jīng)大致解決了諸如成本過高、電網(wǎng)負(fù)擔(dān)、兼容性、電池壽命、安裝難等問題。

而在直流快充技術(shù)的基礎(chǔ)之上，超級(jí)快充提供了更高充電倍率，因此充電樁需要承擔(dān)的功率更高，電流更大，發(fā)熱量也更高。與此同時(shí)，還需要解決充電樁的尺寸和重量過大、線纜柔韌性要求更嚴(yán)格的問題。

對(duì)充電槍而言，為了實(shí)現(xiàn)快速充電，超級(jí)充電槍需要能夠傳輸大電流。這要求充電槍具備良好的導(dǎo)電性能和散熱設(shè)計(jì)，以確保安全和高效的電流傳輸。

超充技術(shù)還需要配備完善的安全保護(hù)機(jī)制，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)等。充電樁和充電槍應(yīng)具備監(jiān)測和保護(hù)功能，以防止充電過程中發(fā)生故障和危險(xiǎn)。

不僅于此，由于高功率充電會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，充電樁和充電槍需要配備有效的冷卻系統(tǒng)，以防止過熱，其中包括風(fēng)扇、散熱片、水冷等散熱方式。充電設(shè)施的升級(jí)，對(duì)材料有哪些要求？隨著充電功率的提高，充電樁不僅需要設(shè)計(jì)更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，滿足高功率下的導(dǎo)熱性能，同時(shí)，在材料端，采用絕緣性強(qiáng)、耐高溫、高導(dǎo)熱的材料勢(shì)在必行。

以充電樁的熱管理系統(tǒng)為例，區(qū)別于傳統(tǒng)的風(fēng)冷，超充需要更多使用液冷來解決效率和散熱的問題。目前市場上采用比較多多的液冷方式是水基冷卻和油基冷卻。水冷散熱性能更好，成本更低，也更環(huán)保；油冷則具備良好的電絕緣性，較低的蒸發(fā)率和化學(xué)穩(wěn)定性。

過去數(shù)年，油冷電纜用于超級(jí)充電槍，取得了先發(fā)優(yōu)勢(shì)，目前有一些廠家已經(jīng)開發(fā)了油冷超級(jí)充電樁和充電槍，但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，油冷的成本劣勢(shì)愈發(fā)凸顯，如今開始有更多的廠家研究并測試水冷電纜和水冷超級(jí)充電槍。

水冷電纜和水冷超級(jí)充電槍的工作原理是，水冷管設(shè)計(jì)在多股充電導(dǎo)線外，管子中間通水，依靠管子本身的導(dǎo)熱性，將多股充電線纜產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)給管子中間的冷卻液，這些冷卻液通過電子泵與外界進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)電纜和超級(jí)充電槍對(duì)溫度的控制。

基于此原理，以往許多廠商采用普通的尼龍管作為水冷電纜中間的水冷管，由于選用 PA材質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)只有0.2W/m·K。當(dāng)電流超過400A后，溫升急劇加快，此時(shí)由于水冷管的導(dǎo)熱系數(shù)不夠，導(dǎo)致熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)出去。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，基于目前線纜的常見結(jié)構(gòu)，若想達(dá)到高電流快速充電的目標(biāo)，冷水管的導(dǎo)熱系數(shù)必須大幅提高，至少需要1.5W/m·K 以上。因此，產(chǎn)業(yè)鏈上下游越來越重視高導(dǎo)熱材料的創(chuàng)新應(yīng)用，導(dǎo)熱硅膠管成為超充充電樁熱管理的關(guān)鍵部件之一。

除了充電線纜的溫度控制，如何降低充電槍充電槍頭在充電過程中的溫升，同樣是當(dāng)下充電樁設(shè)計(jì)中的痛點(diǎn)。目前以空氣冷卻的方式，很難解決散熱問題，而通過使用創(chuàng)新性的導(dǎo)熱灌封膠，則能夠?qū)崿F(xiàn)高效率地將充電槍頭連接器的熱量傳導(dǎo)出去，保證充電效率不會(huì)由于溫度升高而下降，同時(shí)也進(jìn)一步改善用戶在操作過程中的體驗(yàn)。

另一方面，當(dāng)今后新能源汽車電壓平臺(tái)普遍達(dá)到800V，充電電流達(dá)到600A，充電功率達(dá)到400kW以上時(shí)，充電過程出現(xiàn)任何問題都可能造成極其嚴(yán)重的后果。因此對(duì)結(jié)構(gòu)材料的密封性、防泄漏等性能將空前重視。