مع اتجاه الشحن السريع لأكوام الشحن ، كيف يمكن للمواد المبتكرة أن تلعب دورا مهما؟

ومن ناحية السياسة، فإن الدعم القوي الذي تقدمه البلاد لمرافق شحن مركبات الطاقة الجديدة يدفعها إلى أن تصبح سوقًا ساخنة ناشئة. وفي وقت مبكر من عام 2020، تم إدراج أكوام شحن الطاقة الجديدة في واحدة من المجالات الرئيسية السبعة لـ "البنية التحتية الجديدة". وبعد سنوات من التطوير، أصبح فعالاً للغاية. وفقًا لإحصائيات تحالف الشحن الصيني، في عام 2023، ستبلغ الزيادة في البنية التحتية للشحن 3.386 مليون وحدة، وستكون نسبة الزيادة في الأكوام إلى المركبات 1: 2.8، مما يعني أن سرعة بناء أكوام الشحن يمكن أن تلبي بشكل أساسي التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة.

عندما يكون التركيز على سلسلة صناعة كومة الشحن، يكون لدى الشركات النهائية طلب قوي بشكل متزايد على الشحن الفائق عالي الطاقة، والشحن السريع بالتيار المستمر، والتبريد السائل، وما إلى ذلك. وينتقل هذا الطلب إلى موردي مكونات معدات الشحن الأولية، بما في ذلك مسدسات الشحن، وكابلات الشحن ويجب ترقية وحدات الطاقة ووحدات التحكم والمكونات الأخرى وفقًا لذلك، وتلبية متطلبات السلامة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الجهد العالي لدعم تنفيذ أكوام الشحن ذات المواصفات الأعلى.

في تصميم أكوام الشحن، يعد اختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية. خاصة بالنسبة لمؤشرات مثل التوصيل الحراري، والختم، والعزل، ومثبطات اللهب، هناك حاجة إلى اختراقات في المواد، بما في ذلك مواد السيليكون. يمكن استخدام السيليكون كمادة لاصقة موصلة للحرارة، ومانع تسرب، وما إلى ذلك، ويستخدم على نطاق واسع في المكونات الأساسية مثل الإدارة الحرارية، وحماية الشحن، ووحدات الطاقة لأكوام الشحن، ويلعب دورًا رئيسيًا في شحن مكونات الأكوام.

ما هي التحديات التي يجلبها تعميم تقنية الشحن الفائق إلى مرافق الشحن؟

إذا أرادت مركبات الطاقة الجديدة الحصول على تجربة شحن قريبة من تجربة مركبات الوقود، فيجب عليها تحسين كفاءة الشحن بطريقة شاملة. ولهذا السبب تسعى شركات السيارات جاهدة لجلب تقنية الشحن الفائق 4C أو حتى 5C للمستهلكين مع الترويج لمنصة الجهد العالي 800 فولت.

في أغسطس 2023، أطلقت شركة CATL أول بطارية شحن فائقة من فوسفات الحديد الليثيوم 4C في العالم - بطارية Shenxing Supercharging، مدعية أنها تحقق 10 دقائق من الشحن ومدى يصل إلى 400 كيلومتر. بعد ذلك، دخل الشحن السريع 4C مجال رؤية المستهلكين بشكل متزايد.

كيف يتم تعريف الشحن الفائق 4C؟ ببساطة، يشير XC إلى معدل الشحن، أي نسبة الحد الأقصى لتيار الشحن الذي يمكن أن تقبله البطارية أثناء الشحن إلى السعة المقدرة للبطارية، والتي يمثلها C، والتي تستخدم عادةً لوصف سرعة الشحن. على وجه التحديد، إذا كانت السيارة مجهزة ببطارية 100 كيلو واط في الساعة، فيمكن أن تصل طاقة الشحن إلى حوالي 200 كيلو واط بمعدل حوالي 2 درجة مئوية؛ بمعدل حوالي 4C، يمكن أن تصل قوة الشحن إلى حوالي 400 كيلو واط؛ وبمعدل 6 درجات مئوية، يمكن أن تصل قوة الشحن إلى حوالي 600 كيلو واط. باختصار، كلما زاد معدل الشحن، زادت سرعة الشحن.

إذا كنت ترغب حقًا في تعميم الشحن الفائق، بالإضافة إلى بطاريات الطاقة والمنصات ذات الجهد العالي، فيجب عليك أيضًا التكيف مع أكوام الشحن ذات الطاقة العالية بالتيار المستمر. ستؤثر سعة خرج الطاقة لكومة الشحن واستقرار مصدر الطاقة على معدل الشحن. يمكن أن توفر أكوام الشحن عالية الطاقة ومصادر الطاقة المستقرة معدلات شحن أعلى.

تتكون كومة الشحن بشكل أساسي من مسدس الشحن، وكابل الشحن، والغطاء، ووحدة التحكم، ووحدة الإدارة الحرارية، ووحدة حماية الشحن والمكونات الأخرى. من الشحن البطيء للتيار المتردد إلى الشحن السريع بالتيار المستمر، ثم إلى الشحن فائق السرعة، والذي قد يصبح شائعًا تدريجيًا في المستقبل، تحتاج جميع المكونات إلى الترقية بشكل متكرر للتكيف مع تغير طاقة الشحن.

في الواقع، قبل تقنية الشحن الفائق، في عملية تطوير أكوام الشحن من الشحن البطيء للتيار المتردد إلى الشحن السريع بالتيار المستمر، تم حل مشكلات مثل التكلفة العالية وعبء الشبكة والتوافق وعمر البطارية والتركيب الصعب تقريبًا.

على أساس تقنية الشحن السريع DC، يوفر الشحن فائق السرعة معدل شحن أعلى، لذلك تحتاج كومة الشحن إلى تحمل طاقة أعلى، وتيار أكبر، وتوليد حرارة أعلى. وفي الوقت نفسه، من الضروري أيضًا حل مشكلة الحجم والوزن الزائدين لكومة الشحن ومتطلبات مرونة الكابلات الأكثر صرامة.

بالنسبة لمسدس الشحن، من أجل تحقيق الشحن السريع، يجب أن يكون مسدس الشحن الفائق قادرًا على نقل تيار كبير. وهذا يتطلب أن يتمتع مسدس الشحن بموصلية جيدة وتصميم لتبديد الحرارة لضمان نقل التيار بشكل آمن وفعال.

تحتاج تقنية الشحن الفائق أيضًا إلى أن تكون مجهزة بآلية حماية سلامة كاملة، بما في ذلك حماية التيار الزائد، وحماية الجهد الزائد، وحماية الدائرة القصيرة، وما إلى ذلك. يجب أن تحتوي أكوام الشحن وبنادق الشحن على وظائف المراقبة والحماية لمنع الأعطال والمخاطر أثناء الشحن.

ليس هذا فحسب، نظرًا لأن الشحن عالي الطاقة سيولد الكثير من الحرارة، يجب أن تكون أكوام الشحن ومسدسات الشحن مجهزة بنظام تبريد فعال لمنع ارتفاع درجة الحرارة، بما في ذلك المراوح والمشتتات الحرارية وتبريد المياه وطرق تبديد الحرارة الأخرى.

ما هي متطلبات المواد اللازمة لترقية مرافق الشحن؟

مع زيادة قوة الشحن، لا تحتاج أكوام الشحن فقط إلى تصميم هياكل أكثر تقدمًا لتلبية التوصيل الحراري تحت الطاقة العالية، ولكن أيضًا، على الجانب المادي، من الضروري استخدام مواد ذات عزل قوي ومقاومة درجات الحرارة العالية والحرارة العالية. التوصيل.

بأخذ نظام الإدارة الحرارية لأكوام الشحن كمثال، على عكس تبريد الهواء التقليدي، يتطلب الشحن الفائق المزيد من استخدام التبريد السائل لحل مشاكل الكفاءة وتبديد الحرارة. في الوقت الحاضر، طرق التبريد السائلة الأكثر استخدامًا في السوق هي التبريد المعتمد على الماء والتبريد المعتمد على الزيت. يتميز التبريد المائي بأداء أفضل في تبديد الحرارة، وتكلفة أقل، وأكثر صداقة للبيئة؛ يتميز تبريد الزيت بعزل كهربائي جيد ومعدل تبخر أقل واستقرار كيميائي.

في السنوات القليلة الماضية، تم استخدام الكابلات المبردة بالزيت في مدافع الشحن الفائق، مما اكتسب ميزة الريادة. في الوقت الحاضر، قامت بعض الشركات المصنعة بتطوير أكوام الشحن الفائقة المبردة بالزيت وبنادق الشحن، ولكن مع مرور وقت التشغيل، تصبح عيوب تكلفة تبريد الزيت أكثر وضوحًا. الآن بدأ المزيد من الشركات المصنعة في دراسة واختبار الكابلات المبردة بالماء وبنادق الشحن الفائقة المبردة بالماء.

مبدأ عمل الكابلات المبردة بالماء وبنادق الشحن الفائقة المبردة بالماء هو أن أنبوب تبريد الماء مصمم خارج سلك الشحن متعدد الخيوط، ويتدفق الماء في منتصف الأنبوب. وبالاعتماد على التوصيل الحراري للأنبوب نفسه، يتم نقل الحرارة الناتجة عن كابل الشحن متعدد الخيوط إلى المبرد الموجود في منتصف الأنبوب. تقوم هذه المبردات بتبادل الحرارة مع العالم الخارجي من خلال مضخات إلكترونية لتحقيق التحكم في درجة حرارة الكابلات ومسدسات الشحن الفائق.

واستنادا إلى هذا المبدأ، استخدم العديد من المصنعين أنابيب النايلون العادية كأنابيب تبريد المياه في منتصف الكابلات المبردة بالماء. ونظرًا لاستخدام مادة PA، فإن التوصيل الحراري يبلغ 0.2W/m·K فقط. عندما يتجاوز التيار 400 أمبير، يتسارع ارتفاع درجة الحرارة بشكل حاد. في هذا الوقت، بسبب التوصيل الحراري غير الكافي لأنبوب تبريد المياه، لا يمكن نقل الحرارة في الوقت المناسب. بعد الحساب، وجد أنه بناءً على الهيكل المشترك للكابلات الحالية، إذا أردنا تحقيق هدف الشحن السريع للتيار العالي، يجب تحسين التوصيل الحراري لأنبوب الماء البارد بشكل كبير، على الأقل 1.5 وات/م · ك أو أكثر. ولذلك، فإن المراحل الأولية والنهائية لسلسلة الصناعة تولي المزيد والمزيد من الاهتمام للتطبيق المبتكر لمواد التوصيل الحراري العالية، وأصبحت أنابيب السيليكون الموصلة للحرارة أحد المكونات الرئيسية للإدارة الحرارية لأكوام الشحن الفائقة.

بالإضافة إلى التحكم في درجة حرارة كابل الشحن، فإن كيفية تقليل ارتفاع درجة حرارة رأس مسدس الشحن أثناء عملية الشحن هي أيضًا نقطة ألم في تصميم كومة الشحن الحالية. في الوقت الحاضر، من الصعب حل مشكلة تبديد الحرارة عن طريق تبريد الهواء. باستخدام غراء التأصيص الحراري المبتكر، يمكن نقل حرارة موصل رأس البندقية بكفاءة لضمان عدم انخفاض كفاءة الشحن بسبب زيادة درجة الحرارة، وفي الوقت نفسه، يمكن تحسين تجربة المستخدم أثناء التشغيل بشكل أكبر. .

من ناحية أخرى، عندما تصل منصة الجهد لمركبات الطاقة الجديدة في المستقبل بشكل عام إلى 800 فولت، ويصل تيار الشحن إلى 600 أمبير، وتصل طاقة الشحن إلى أكثر من 400 كيلو واط، فإن أي مشاكل في عملية الشحن قد تسبب عواقب خطيرة للغاية. ولذلك، فإن خصائص الختم ومكافحة التسرب للمواد الإنشائية سيتم تقييمها بشكل غير مسبوق.

في ظل الاتجاه الجديد، كيف يمكن الابتكار على الجانب المادي؟

عندما يتعلق الأمر بموردي المواد الأولية في سلسلة صناعة أكوام الشحن، فإن شركة داو هي أول من جلب العديد من التصميمات المبتكرة والأفكار المتطورة إلى الصناعة. لا تستطيع شركة داو توفير مجموعة غنية من المواد فحسب، بل يمكنها أيضًا تخصيص حلول حصرية للبنية التحتية للشحن السريع ذات الطاقة العالية بالتيار المستمر (بما في ذلك محطات الشحن، ومسدسات الشحن (الموصلات)، والكابلات، وخزائن الشحن) لتلبية احتياجات السوق الأكثر صرامة.

وفي مجال مرافق الشحن، تركز داو على ثلاثة اتجاهات رئيسية. أولاً، فيما يتعلق بمواد الإدارة الحرارية، توفر داو مجموعة واسعة من المنتجات اللاصقة بما في ذلك عوامل السد والمواد اللاصقة ومواد الواجهة الحرارية غير المعالجة ومبردات الغمر والمواد الهلامية والمواد اللاصقة لحل نقاط الألم الناتجة عن تبديد الحرارة في مرافق الشحن؛ وفيما يتعلق بمواد الحماية والتجميع، توفر شركة داو المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب والطلاءات المطابقة لتوفير حماية شاملة لمكونات الشحن؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن لشركة داو أيضًا توفير اللدائن ومطاط السيليكون الصلب الموصل للحرارة ومطاط السيليكون السائل لدعم العزل والتوصيل الحراري والاحتياجات الأخرى.

على سبيل المثال، من خلال تلبية متطلبات التوصيل الحراري لكابل الشحن المذكور أعلاه، قامت شركة داو بتطوير مطاط سيليكون موصل للحرارة جديد - مطاط السيليكون SILASTIC™ HTE5015-90U، الذي يحل الصعوبات التقنية الرئيسية في حل مسدس الشحن الفائق المبرد بالماء - يجب أن تتمتع أنابيب مياه التبريد بموصلية حرارية عالية ومواد عالية القوة والمتانة. الميزة الأكثر أهمية لهذا المنتج هي أنه يتمتع بموصلية حرارية أعلى، مع موصلية حرارية تصل إلى 1.5 واط/م·ك، والتي يمكنها تبريد كابل مسدس الشحن الفائق بتيار 600 أمبير وتوفير الحماية الحرارية. وفي الوقت نفسه، تسمح الخصائص الفيزيائية الجيدة والمقاومة للبيئات القاسية باستخدامه في بثق أنابيب السيليكون الموصلة حرارياً. تتيح الصلابة العالية والقوة العالية إمكانية الالتواء المباشر بالكابلات. بالإضافة إلى ذلك، توفر المرونة والمتانة الأفضل ومقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة ومقاومة سائل التبريد والعزل وغيرها من المؤشرات حماية طويلة المدى لبنادق الشحن الفائق.

استجابة لتبديد الحرارة واحتياجات الختم الخاصة بشحن رؤوس الأسلحة، قامت شركة Dow بتطوير سلسلة من المنتجات. يتمتع غراء التأصيص الحراري الموصّل DOWSIL™ TC-6040 من شركة Dow بموصلية حرارية تبلغ 4.0 وات/م · كلفن، والتي يمكنها تبريد مسدسات الشحن شديدة السخونة بسرعة، والتي لن تكون ساخنة، وضمان التشغيل الطبيعي للوحدات داخل النظام، خصوصًا وحدة العاكس الأكثر أهمية. الموثوقية على المدى الطويل. من أجل تلبية متطلبات الختم لأكوام الشحن المبردة بالسوائل، حققت حلقات الختم وحلقات الختم لأحزمة الأسلاك المصنوعة من مواد المطاط الصناعي المصنوعة من السيليكون من شركة داو تأثيرات جيدة ضد الماء.

خاتمة

بعد سنوات من التطور القوي في صناعة مركبات الطاقة الجديدة، انتقلت نقاط الألم لدى المستخدمين النهائيين تدريجيًا من نطاق الإبحار إلى تجربة تجديد الطاقة الفعالة، وأصبح الترويج لمرافق الشحن عالية الطاقة وعالية الكفاءة وشيكًا. وفي هذه العملية، تحتاج شركات المنبع والمصب في السلسلة الصناعية إلى العمل معًا للتعامل مع التحديات المختلفة التي يواجهها اتجاه الشحن السريع، من البطاريات إلى مرافق الشحن، ومن المواد إلى التطبيقات. نأمل أن تتمكن الشركات الرائدة في المراحل الأولية والنهائية للسلسلة الصناعية من تقديم حلول أكثر كفاءة وسهلة الاستخدام لتطوير الشحن السريع لمركبات الطاقة الجديدة.