11月5-6日，由充电桩网、充换电百人会、光储充换产业联盟联合主办的第五届中国国际充换电运营商大会（简称：金砖充换电论坛）以“聚焦高质量·引领新发展”为主题在深圳会展中心隆重举行，同期：第二届中国国际电动汽车超充产业大会。此次论坛集“主论坛+4场分论坛+新品发布+品牌评选”为一体，为行业提供了一场探讨未来能源发展趋势、共享充换电技术革新的思想盛会。

11月6日，菲尼克斯（南京）新能源汽车技术有限公司 研发负责人 徐敏 以《大功率液冷安全充电技术分享》为主题进行演讲。

现场演讲全文

菲尼克斯（南京）新能源汽车技术有限公司

研发负责人 徐敏

我是来自南京菲尼克斯新能源汽车有限公司的徐敏，今天我分享的主题是《大功率液冷安全充电技术分享》。

首先，因为有些嘉宾不太知道菲尼克斯，所以我花一点时间给大家做一个公司简介。菲尼克斯是一家德国的家族企业，成立于1923年，到今年应该已经有101年的历史。自上世纪80年代开启国际化以来，已经在60多个国家开展了业务合作，在全球拥有50余家分公司。截至2023年年底，全球雇员超过2万人，销售额接近40亿欧元。

菲尼克斯不仅在全世界各地为我们的客户提供专业的电气工程解决方案。同时，我们也深度参与国际、国内的标准制定和讨论。我们的前任CTO，目前也是德国电气工程协会的轮值主席。

这张比较大的图是我们德国布隆贝格集团公司总部，我们在全球有三个竞争力中心。第一个在美国哈里斯堡，第二个在德国的Bad Pyrmont，第三个是中国南京，也是我们亚太区的总部，目前我们在南京有两个工厂，分别是一号基地和二号基地，二号基地是2021年新建的新基地，也是数字化工厂，作为全球数字化“灯塔工厂”的标杆进行运营。截至2023年年底，菲尼克斯电气中国公司的雇员也超过了2000人。

接下来介绍一下菲尼克斯电动汽车。

菲尼克斯电动汽车2010年就跟国家电网合作国网换电站项目，当时我们为国网换电站车辆提供换电连接器。2013年，在德国Schieder，我们成立了菲尼克斯电动汽车德国有限公司，负责全球的业务管理、产品规划、技术研发、生产交付。2015年，我们在南京成立了菲尼克斯（南京）新能源汽车技术有限公司，它的职责跟德国总部公司一样，是全价值链的客户服务体系。2018年，我们在波兰新建了一家工厂，主要为德国总部提供服务，提供生产、交付的支持。2023年，我们在中国南京正式投建了菲尼克斯中国的三号基地，在南京溧水区，预计2025年正式投入运营，三号基地也会给菲尼克斯电动汽车总部进行运营支持。

接下来，我们看一下新能源汽车的补能场景，与燃油车相比，还是比较丰富的。

1、私人充电，类似于小区充电。包括办公区的充电。

2、目的地充电。目前在一些商场、超市，开始出现一些小功率的目的地充电，2~3小时电池就可以充到50%以上。

3、公共充电。公共快充站，目前都是60kW、120kW，以补能方式为主。

4、公共充电+。主要是过去两三年比较火热的话题，大功率液冷充电，场景多介于高速公路干线或重要交通节点，充电功率相对来说比较大，一般都有几百千瓦，电流一般都在500A以上。

对于公共充电和公共充电+，今天我们讨论一下充电枪，因为今天主要是基础设施展会。主要的参与方，可能都是基础设施的行业从业者，所以我们谈一下公共充电、公共充电+、液冷充电的充电枪设计方案，如何考虑安全和可靠的问题。

大功率充电有几个特点。首先是功率比较大，从公共充电的200A到500A，甚至目前有些车厂提出了商用车这种800A的充电。欧洲对兆瓦级车辆做了示范充电工程，充电电流在1000-1500A之间。二是高频插拔。大家知道，公共快充要考核周转率或翻台率。对于普通直流充电来说，充满电需要半小时到一小时，而对于未来的液冷充电或兆瓦级充电来说，充电时间是非常短的，几分钟到十几分钟就充满了，这么短的充电时间，对于一把充电枪来说，未来的充电频次会越来越高，所以插拔频次也会越来越高。三是抓握接触。因为充电车是普通车主在用的，跟加油不一样，大部分加油站都是有加油工的，而大部分的充电站都是车主自己去充电的，对于使用体验以及客户的易用性来说，要求也是非常高的。以上这三点要求，这对大功率液冷充电枪的设计方案提出了非常高的要求。

我们看一个典型充电枪现场的失效场景。比如外壳的破裂，因为充电枪是普通人在使用，它不可避免会掉落在地上，出现损坏，甚至被车辆碾压。第二种是电子锁，因为国标的电子锁放在枪端，如果出现上锁、解锁的困难，也会给车主带来一些不好的充电体验。第三种是热失控失火，很多潜在新能源车主在购买新能源车的时候，比较关注安全性，所以起火风险也是非常重要的考验点。第四种是IP失效。因为我们的充电枪在户外使用，大部分的场景都是没有雨棚的，风吹日晒，甚至可能掉落在地面上、会泡在水里。如果我们的IP防护在使用过程中不能做到很好的防护，可能会出现枪体内部进水，导致绝缘失效。第五种是端子烧蚀。尤其是对于大功率液冷充电枪来说，插拔次数非常频繁，充电电流又很大。如果接触电阻随着使用频率的增高出现下降，很有可能会出现端子的烧蚀甚至是起火的风险。最后是线缆的失效，线缆以及绝缘层都是橡胶件，在户外等严苛使用环境下，很容易出现开裂、扭转、鼓包等失效信号，也会导致一把枪的失效。

以上这些问题，对一把液冷枪提出了非常高的设计、制造和质量控制的要求。

谈到外壳，如何保证这把枪坚固、可靠？首先是材料的选择，相对来说它的可靠性和坚固程度需要比较好，如果你（材料）选择得不够好，一把枪设计得再好，依然会出现外壳失效的可能性。第二，高强度结构。比如在中国，北边可能是-40℃，南方室温可能会接近50℃，在这种高低温环境下，外壳在跌落、碾压的时候是否能够保证强度？一个好的设计方案，对于坚固可靠和耐用来说是非常重要的。最后是严苛测试，枪在出厂前，需要考虑现场的应用场景，比如耐寒、耐冻、抗跌落、抗碾压，这些测试都要按照应用场景去做，否则这把枪出厂后无法满足应用的要求。

其次，材料的选择。除了选择材料的时候，要考虑机械性能和强度以外，通常情况下，因为这个枪是大电流使用的，所以我们还需要考虑枪的电子性能，比如CTI值或GWIT。但实际上对于阻燃、耐温等级来说，也是需要考虑的点，但很多客户并没有完全注意到。比如阻燃，我们要选用高阻燃等级的材料，充电枪和带电体接触，一旦出现热失控，如果阻燃等级不够，立马会出现起火风险。其次是相对工作温度指数（RTI）。按照国标要求，端子温度在90℃以下都是可以正常充电的，但如果我们选用的材料的耐温等级不够，长期处于高温下，很快它的机械性能和电子性能就会下降，那整枪的绝缘性能就不能得到保证，未来的失效性能就会很大。所以在选择材料时，除了考虑强度、耐用性以外，还要考虑电子绝缘、阻燃、耐温等级，所有的选材都决定着这把枪是否能够在现场高可靠性地进行使用。

刚刚提到IP防护失效导致内部进水的问题，因为这几年行业的发展非常迅猛，行业从IP 54/55的防护等级，现在基本都提升到了IP 67，但实际上一把充电枪，有好几年的使用寿命，不可能说第一天是IP 67的防护，但半年、一年以后就失效了，那说明这把枪的可靠性是很差的。所以这个IP防护等级，不仅只有初态状态，在老化后，比如高低温冲击、双85老化后，它的IP防护依然要能够达到IP 67的设计值，才能在未来全生命周期的使用内提供高防护等级。其次，IP防护一致性。一把枪做到IP 67，其实并不难，但难的是一千把、一万把，每一把枪都跟第一把枪一模一样，这对你的设计方案、加工工艺、质量管控来说都有很高的要求。我们在下线检测的过程中，增加了一台气密检测，也就是说每把枪都要经过气密检测的区域，需要检测它的IP防护等级。如果气密检测的泄漏量比较大，说明它就没有达到IP 67的要求，也许可能只有IP 54/55，那我们就会把它拿下来，从而保证每把枪出到客户那里，都与我们的样品保持一致。

端子的设计也是非常重要的话题，刚刚有提到，在公/母端子插拔的时候，公端子跟插座的母端子会不断摩擦。经过几万次插拔以后，端子的接触电阻会变大，从而导致端子的烧蚀甚至是起火的风险，所以优秀的设计方案和加工工艺，对于一个端子的可靠性来说是非常重要的。

另外，还有一个我们觉得比较重要的点，压接区域。不管是直流枪、超充还是液冷枪，在某些端子连接处还是要采用压接工艺。如果压接工艺不太好，或者说优化得不够好，在图上标注的红圈区域，会出现一些非常细微的孔洞。用肉眼看不见但用高倍的放大镜就可以看到，它其实是有间隙存在的。这个间隙的存在，会出现什么问题？每一次充电，其实都是一个温度的冲击。充电之前，这个枪的温度是比较低的。一旦充电电流上来以后，它的温度会迅速上升，一上升，充电完成，然后温度又下来了，所以每充一次电，就是在对这个压接区域做一次高低温冲击。经过几万次的充电或循环，这种高低温冲击会使内部应力释放，一旦释放以后，就会接触不良，从而导致温升过高。

我们现在采用的是B型压接，这种方式即便用非常高倍的放大镜去看，线缆和端子的结合区域都是非常致密的，不存在孔洞，尽最大可能保证应力释放之后，依然可以保证比较低的接触阻。

高效液冷系统，可以减少热失控的风险。液冷系统不仅是冷源，还包括枪内冷却模块、温度传感器，它其实是一个系统工程。只有把液冷系统做到高可靠性，才能让终端根据车端BMS的要求，合理输出充电功率，保证安全风险，使失效的可能性降到最低。

怎么做？

业界基本上有两种液冷方式，一种是油冷，一种是水冷。油冷的绝缘，靠的是导热硅油的化学特性。随着硅油的长期使用，它是需要经常更换的，类似于发动机的机油。一旦它的化学性能出现损失，它可能就会从绝缘体变成导体，这样就会出现一些风险。目前菲尼克斯的方案在欧洲和主机厂，都会选用主流的水冷方案。但水冷方案有一个非常大的缺点，冷却液是水+乙二醇，它是导电的，一旦泄漏，立马会出现短路，整个枪就会出现失效甚至会出现安全风险。我们在设计方案的时候，把带电体和冷却液做了物理隔离。所谓的物理隔离就是冷却液和带电体中间有一层导热绝缘材料，既可以快速把热量带走，同时可以保证高可靠性。我们的导热材料和导电体采用的是IP 67加工工艺，即便枪体内部出现了比较严重的泄漏，也不会出现任何安全风险，最多就是这把枪不能用了，但不会出现短路或爆炸风险。

第二，液冷系统对温度传感器的选择也非常重要。对于大功率充电来说，比如在500A以上，充电电流上升曲率非常陡峭。如果温度传感器的信号传递存在延时，终端得到的信号转换跟枪内的实际温度是不符合的，可能远低于枪内温度，如果温度传感器的选型不恰当，可能会给桩端或车端一个错误信号，认为温度是可控的，但实际上枪内的温度已经非常高了，早已超过国标上限。

最后，给大家分享一下我们在液冷充电枪领域的数字化探索。

我们做了一个嵌入式设计，在枪内做了一个PCBA以及软件的迭代设计，为什么要在枪里嵌入PCBA？通常大家的理解，一把充电枪其实是被动元器件，类似于手机充电器，插上电就能充电，把电拔了就断电了。我们想把液冷充电枪从被动元器件向半主动元器件做转变。刚刚我有提到，我们的冷却系统其实是综合系统，它要通过冷源、冷却模块、温度传感器、桩内控制策略共同完成，才能保证整个充电枪的枪体内部不出现热失控。传统的直流枪一般会在压接端子区域布置传感器。

其实在线缆内部区域，我们也布置了温度传感器，温度传感器数量从原来的1对2个上升到4个、6个甚至更多。同时，我们在枪内还布置了一些漏液传感器，因为冷却单元和水管的连接区域是最容易出现漏液的，在这种大的漏液的情况下，冷源是可以监测到的，因为冷源里的冷却液变少了。但如果在水管里出现非常少的泄漏，其实冷源是监测不到的。我们在接头区域布置漏液传感器，就可以非常灵敏地探测到已经出现的漏液情况，说明这把枪是需要进行维修的。其三，我们在枪内增加了姿态传感器。刚才有提到，我们的枪其实是用户使用，车主是很容易出现跌落的，如果这个枪跌落，我们的姿态传感器、加速度传感器会监测到这个信号，同时会装一个报警，告诉他这把枪已经跌落了，可能需要加装摄像头，或者让维保人员现场看一下这个枪是否出现了什么问题。

不管是4对、6对漏液传感器，还是温度传感器或姿态传感器，都要把大量的数据回传给桩，这对线缆的设计来说会更复杂，需要有更多的信号线把信号传递给桩。再嵌入PCBA的方式，不管你有多少的温度传感器/漏液传感器/姿态传感器，只需要三根信号线都可以传递，大大减少了线缆设计的复杂程度，信号传递的质量、可靠性也会更高。同时，我们通过后台的云平台App或软件，也及时做了充电枪寿命预测的模拟。大家都认为充电枪是被动元器件，其实这把枪用了多少次我是知道的，但还剩多少次可以使用我们是不知道的，我们现在正在做一个工作，记录它每一次的温升数值，从而模拟它的温升曲线，比对温升曲线上升斜率的陡峭程度。一把枪的寿命，取决于接触电阻，也就是它的老化程度。当接触电子越大的时候，温升上升的曲率会越大，我们会把这把枪适时的温度曲线与实验室数据做对比。通过对比，预测这把枪剩下的寿命是多少，这也借鉴了电池的寿命预测技术。通过通信、PCBA嵌入式的方式，我们可以尽可能将这把枪做预测性维护，这把枪还剩多少寿命，我们可以及时告知终端运营商，做一些预测性的维保工作。

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