Dlaczego kabel chłodzony cieczą zmienił szybkie ładowanie?
Jeszcze kilka lat temu największym problemem szybkiego ładowania nie były wcale akumulatory. Nie były nim również samochody.
Paradoksalnie ograniczeniem stał się… kabel.
Brzmi absurdalnie? Trochę tak. Przecież to tylko przewód łączący samochód ze stacją ładowania. Trudno wyobrazić sobie, żeby właśnie ten element miał decydować o tym, czy naładujemy auto w 40 minut, czy w 15.
A jednak dokładnie tak było.
Bo im większą moc chcieliśmy przesłać do akumulatora, tym większy prąd musiał popłynąć przez przewód. A fizyki – jak wiadomo – nie da się przekonać marketingiem. Niestety tak to działa, że pewne wielkości i zjawiska w fizyce są stałe i nieuniknione. Dlatego…
Każdy amper oznacza ciepło
Dużo amperów oznacza… bardzo dużo ciepła.
I właśnie dlatego pojawiły się kable chłodzone cieczą, które dziś są jednym z najważniejszych elementów rozwoju ultraszybkiego ładowania samochodów elektrycznych.
Mało kto o nich mówi. A bez nich stacje o mocy 350, 400 czy nawet ponad 500 kW praktycznie nie miałyby racji bytu.
Kiedy kabel przestał być zwykłym kablem?
Na początku elektromobilności wszystko było stosunkowo proste.
Ładowarki AC oferowały 3,7, 7,4 czy 11 kW. Nawet pierwsze szybkie stacje DC o mocy 50 kW nie stanowiły większego wyzwania dla przewodów.
Problemy zaczęły się dopiero wtedy, gdy producenci samochodów zaczęli projektować akumulatory zdolne przyjmować coraz większą moc.
150 kW.
250 kW.
350 kW.
500 kW.
Brzmi imponująco, ale za każdą z tych liczb kryją się ogromne wartości natężenia prądu.
Przykładowo ładowanie z mocą około 350 kW przy napięciu około 800 V oznacza przepływ ponad 430 amperów. W instalacjach 400-woltowych wartości mogą przekraczać nawet 500–600 A.
To już nie są warunki, z którymi poradzi sobie zwykły przewód.
Problem nie leżał w energii. Problemem była temperatura
Każdy przewodnik elektryczny ma swoją rezystancję. Jest niewielka, ale nigdy nie wynosi zero.
A skoro płynie prąd, pojawiają się również straty energii zamieniające się w ciepło. Znacie to dobrze jeśli jeździcie autami elektrycznymi.
Prawo Joule’a jest tutaj bezlitosne.
Im większy prąd, tym wzrost temperatury następuje znacznie szybciej.
Można oczywiście zastosować grubszy przewód. I przez pewien czas właśnie tak robiono. Powstał jednak nowy problem.
Kabel zaczął ważyć tyle, że jego codzienne używanie przestało być wygodne. To również znamy, bo czasami podpinając przewód do auta, patrzę jak niemiłosiernie wygina się w dół. Praktycznie cały port ładowania. Nie jest to może na tyle niebezpieczne aby ciężki przewód uszkodził czy wyrwał port z samochodu, nie mniej jednak widać to gołym okiem i nie wygląda to dobrze. Do takich przewodów, producenci aut powinni chyba stosować jakieś wzmocnione a na pewno bardziej, w sensie mocniej i lepiej umocowane porty ładowania.
Spróbujmy wyobrazić sobie przewód o średnicy niemal strażackiego węża i wadze kilkunastu kilogramów.
Nie brzmi to jak rozwiązanie, które polubiliby kierowcy.
Wtedy ktoś wpadł na prosty pomysł
Skoro chłodzimy silniki.
Skoro chłodzimy baterie.
Skoro chłodzimy elektronikę…
…to dlaczego nie schłodzić samego kabla?
Tak narodziły się przewody chłodzone cieczą.
W ich wnętrzu, obok przewodów prądowych, znajdują się cienkie kanały, którymi krąży specjalny płyn chłodzący. Najczęściej jest to mieszanina glikolu i wody lub specjalistyczny dielektryczny płyn zaprojektowany do pracy w układach wysokiego napięcia.
Płyn odbiera nadmiar ciepła z przewodu i transportuje je do wymiennika ciepła znajdującego się wewnątrz stacji ładowania.
Cały proces odbywa się automatycznie.
Kierowca nawet nie zdaje sobie sprawy, że wewnątrz kabla pracuje niewielki układ chłodzenia.
Efekt? Lżejszy kabel i znacznie większa moc ładowania
To właśnie chłodzenie cieczą pozwoliło zmniejszyć przekrój przewodów przy jednoczesnym zachowaniu bardzo wysokiej wydajności.
Bez tej technologii kable do ładowarek 350 kW byłyby znacznie cięższe, mniej elastyczne i po prostu niewygodne.
Dzięki chłodzeniu możliwe stało się przesyłanie prądów rzędu 500–600 A, przez przewody, które nadal można wygodnie obsługiwać jedną ręką.
To jeden z tych przypadków, kiedy rozwiązanie techniczne jest niemal niewidoczne, ale zmienia wszystko.
Dlaczego nie wszystkie stacje mają takie kable?
Bo nie wszystkie ich potrzebują.
Jeżeli stacja oferuje maksymalnie 50 lub 100 kW, klasyczny przewód całkowicie wystarcza.
Technologia chłodzenia cieczą pojawia się głównie tam, gdzie operatorzy oferują naprawdę wysokie moce ładowania.
Znajdziemy ją między innymi w najnowszych stacjach HPC (High Power Charging) budowanych przez operatorów takich jak IONITY, Allego, Fastned, Ekoenergetyka, Kempower, ABB czy Alpitronic.
To właśnie tam samochody z architekturą 800 V – takie jak Porsche Taycan, Hyundai IONIQ 5, Kia EV6, Lucid Air czy Audi e-tron GT – potrafią wykorzystać pełnię swoich możliwości.
Moc ponad 250 kW w Tesli Model 3, nie byłaby możliwa do osiągnięcia, gdyby nie przewody chłodzone cieczą, które to firma Tesla zaczęła stosować już w 2 generacji swoich stacji ładowania. Dzisiaj firma ta stawia już tylko urządzenia 4 generacji, czyli najbardziej zaawansowane technologicznie.
A co z bezpieczeństwem?
To pytanie pojawia się bardzo często.
Czy ciecz krążąca wewnątrz kabla i prąd o napięciu kilkuset woltów to dobre połączenie?
Tak, ponieważ oba układy są od siebie całkowicie odseparowane.
Przewody wysokiego napięcia znajdują się w osobnych osłonach, a układ chłodzenia jest szczelny i stale monitorowany przez elektronikę stacji.
Jeżeli system wykryje jakąkolwiek nieprawidłowość – choćby zbyt wysoką temperaturę lub spadek ciśnienia płynu – moc ładowania zostanie ograniczona albo proces zostanie przerwany.
Bezpieczeństwo jest tutaj absolutnym priorytetem.
To dopiero początek
Rozwój elektromobilności coraz wyraźniej zmierza w kierunku ładowania o mocach przekraczających 500 kW.
Chińscy producenci już prezentują rozwiązania umożliwiające ładowanie z mocą nawet 600–1000 kW, a standard MCS (Megawatt Charging System), rozwijany z myślą o elektrycznych ciężarówkach, zakłada przesyłanie mocy przekraczającej 1 MW. Widzieliście na pewno ładowanie BYD o mocy 1,5MW – robi niesamowite wrażenie.
Bez chłodzenia cieczą byłoby to praktycznie niemożliwe.
Czasami największa rewolucja ukrywa się tam, gdzie nikt jej nie szuka
A przede wszystkom jej nie widać, tak jak w przewodach.
Kiedy patrzymy na nowoczesną stację ładowania, uwagę przyciąga ekran, liczby pokazujące moc czy futurystyczny wygląd urządzenia.
Mało kto zastanawia się nad samym przewodem.
A przecież właśnie on stał się jednym z cichych bohaterów elektromobilności.
Bo nawet najlepszy akumulator i najbardziej zaawansowany samochód nie naładują się szybciej, jeśli energia nie będzie miała, jak do nich bezpiecznie dotrzeć.
Czasem prawdziwa rewolucja nie polega na tym, co widzimy.
Polega na tym, czego prawie nikt nie zauważa.
(Fotografia główna wygenerowana przy pomocy AI.)