【摘" 要】液冷充電槍對大功率充電性能至關重要。文章主要分析并系統(tǒng)總結影響液冷充電槍性能的主要因素，旨在為大功率充電用充電槍提供技術支持，推動新能源汽車大功率充電健康、有序發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，當前影響液冷充電槍性能的因素主要有溫升可靠性、液冷管路可靠性、異常狀態(tài)下的安全可靠性及其他問題。最后針對提升液冷充電槍性能提出若干建議。

【關鍵詞】液冷充電槍；溫升；液冷系統(tǒng)可靠性；熱管理系統(tǒng)；液冷介質

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0042-04

Analysis of Reliability Influence of Liquid-cooled Charging Gun During Use*

LI Xiao，DU Chunyu，XUE Zizhang，GU Yu

（CATARC Automotive Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】Liquid cooled charging gun is very important for high power charging performance. This paper mainly analyzes and systematically summarizes the main factors affecting the performance of the liquid-cooled charging gun，aiming to provide technical support for high-power charging guns and promote the healthy and orderly development of high-power charging for new energy vehicles. It is found that the main factors affecting the performance of the liquid-cooled charging gun are temperature rise reliability，liquid cooling pipeline reliability，safety reliability under abnormal conditions and other problems. Finally，some suggestions are put forward to improve the performance of the liquid-cooled charging gun.

【Key words】liquid-cooled charging gun；temperature rise；reliability of liquid cooling system；thermal management system；liquid cooling medium

0" 前言

隨著電動汽車產業(yè)的高速發(fā)展，新能源汽車已經走進了萬千大眾的視野之中。用戶在使用電動汽車的過程中，充電便利性一直是困擾他們的難題。如今，基礎設施日益完善，用戶對大功率充電的需求愈發(fā)迫切。電動汽車大功率充電技術作為新興技術，能縮短充電時間，提升電動汽車用戶體驗，減少公共充電設施建設用地總量，提高充電設施利用率，利于提升充電服務質量與集中管理，還能推動相關領域技術進步。而液冷充電槍的可靠性，是影響大功率充電的關鍵因素。

電動汽車直流充電方式分為非液冷充電和液冷充電。非液冷充電槍通?？吭黾泳€徑滿足更大載流需求，但線徑增大導致產品愈發(fā)笨重，在大功率充電需求下，難以滿足載流要求。為實現(xiàn)大功率充電，帶液體冷卻的充電槍應運而生。冷卻液在電纜中與電纜并行，吸收電纜熱量，回水至液冷源冷卻后再回到電纜，帶走電纜熱量，降低大電流脈沖產生的熱危害。液冷充電槍在固定線徑下，通過液冷裝置及時散熱，防止過熱，提升散熱能力以增加載流能力 。

相較于傳統(tǒng)充電槍，液冷充電槍具有質量輕、最大載流能力強等優(yōu)勢。然而，其使用過程中產品失效風險大，失效后果也更為嚴重。

本文圍繞液冷充電槍性能，結合使用中發(fā)現(xiàn)的問題，依據(jù)GB/T 20234.1—2023[2]標準給出測試方案，進行系列測試，驗證測試結果，分析問題可能造成的嚴重后果，并提出整改建議，為電動汽車液冷充電槍提供技術支持。

1" 溫升可靠性

1.1" 非液冷狀態(tài)下溫升可靠性

液冷充電槍在使用時，液冷裝置并非全程運行。小電流充電時，依靠產品自身被動散熱維持正常工作。此時液冷管路充滿冷卻液，若熱量無法及時散發(fā)，會不斷累積，導致產品過熱，存在燙傷人員的風險。

分別對800A和600A的液冷充電槍，在液冷裝置不工作的情況下，通入200A相對小電流，觀察產品溫升曲線，詳見圖1、圖2。

在試驗中，數(shù)據(jù)采集儀采集端子溫度，端子溫度減去室溫的差值，即為端子溫升數(shù)據(jù)。本文所有端子溫升測試的時間——溫升圖，其橫坐標單位均為秒，縱坐標單位均為攝氏度。結果顯示，產品在液冷裝置不工作時，800A和600A通200A測試電流30min后，溫升均接近標準要求的上限。盡管最大持續(xù)電流不同，但液冷裝置不工作時，產品溫升性能差異不大，表明產品主要依靠液冷裝置的不同冷卻性能，帶走大量熱量以實現(xiàn)不同產品的最大充電電流能力。

1.2" 液冷狀態(tài)下溫升可靠性

使用同樣的800A和600A的液冷充電槍，使液冷裝置正常工作，對產品通800A和600A的大電流，觀察產品的溫升曲線，詳見圖3、圖4。

產品在液冷裝置正常工作時，通入800A和600A測試電流，即便電流增大數(shù)倍，溫升數(shù)值仍顯著降低，有效保障產品降溫，降低使用中的安全風險。

鑒于產品的這一特性，充電槍產品需具備實時準確監(jiān)控溫度的能力，否則充電過程中一旦發(fā)生意外，短時間內就可能引發(fā)起火的嚴重安全風險。

2" 液冷系統(tǒng)可靠性

由上述分析可知，對于大功率充電接口，產品溫升的核心性能與液冷系統(tǒng)的可靠性呈正相關的關系。判斷大功率充電接口的可靠性，關鍵在于液冷系統(tǒng)是否可靠，而液冷系統(tǒng)的可靠性主要取決于熱管理系統(tǒng)和液冷管路的可靠性。

2.1" 熱管理系統(tǒng)可靠性

熱管理系統(tǒng)的散熱能力與液冷介質的流速直接影響產品的最大工作電流。為確保產品在長時間使用過程中的可靠性，需要對熱管理系統(tǒng)的耐久可靠性展開驗證。具體操作中，可選用同一型號的充電槍，通過調節(jié)液冷裝置的不同輸出參數(shù)，來觀察產品性能的變化情況。

1）在產品液冷裝置50%輸出時，溫升性能良好，可保障產品可靠使用，如圖5所示。

2）在產品液冷裝置70%輸出時，溫升性能顯著下降，可保障產品能持續(xù)穩(wěn)定輸出，如圖6所示。

3）當產品液冷裝置100%輸出時，產品溫度保持較低工作溫度，液冷裝置輸出明顯溢出，如圖7所示。

熱管理系統(tǒng)在使用中面臨多種復雜環(huán)境，難以始終保持良好狀態(tài)。因此，還需要模擬極端酷暑環(huán)境下熱管理系統(tǒng)的使用情況，以驗證其能否持續(xù)正常工作。

2.2" 液冷管路可靠性

液冷管路在使用過程中常面臨高溫高壓的環(huán)境。充電接口通較大電流時，短時間內會產生大量熱量，而充電槍內部空間有限，液冷管路截面積無法過大，只能通過增加流速滿足功能要求。較大流速會帶來較大工作壓力，若產品耐壓能力不足，液冷管路就會破裂，大量熱量無法及時排出，短時間內便會燒毀產品。燒蝕液冷線路如圖8所示。

液冷管路的連接接頭對產品性能影響重大。從液冷系統(tǒng)后期維護的便捷性考慮，部分接頭需便于斷開和連接；從設備的安全性出發(fā)，接頭的斷開和連接需無泄漏設計，且接頭密封要耐高溫、耐高壓。任何一個環(huán)節(jié)不合格，在實際操作和反復使用中都可能產生泄漏，導致液冷充電槍損壞，造成不必要的麻煩甚至不可挽回的損失。

液冷管路在使用中的布置方式也決定產品的散熱性能。將液冷管路緊貼銅導線布置，雖能實現(xiàn)較好的絕緣性能，但散熱能力下降，對于大工作電流產生的大量熱量無法及時排出，存在熱失控的安全風險。液冷線纜內部布置如圖9所示。

若選擇包住導線的設計方案，與緊貼導線相比，接觸面積更大，能更好地帶走大電流產生的熱量。然而，一旦冷卻介質輕微滲漏，就存在人員觸電風險。因此，可根據(jù)產品不同的工作電流，針對性設計液冷管路的布置方案。

3" 特殊使用場景下的可靠性

3.1" 碾壓狀態(tài)下安全可靠性

傳統(tǒng)非液冷充電槍在使用中很多缺乏正常維護，長期處于被碾壓的高風險狀態(tài)。圖10為充電槍隨意擺放示意圖。

液冷充電槍的內部構造相較于傳統(tǒng)充電槍更為復雜精細。當遭遇碾壓情況時，其自身以及與之相連的液冷線纜能否維持正常工作狀態(tài)，面臨著極為嚴峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)充電槍的線纜通常采用絕緣皮直接包裹銅導線的結構，具備良好的耐壓性能，一般情況下，轎車碾壓線纜后，基本不會對充電接口的正常使用造成影響。然而，液冷充電槍的電纜內部充斥著冷卻液，一旦受到碾壓，若壓力無法及時有效地傳導出去，便極有可能致使線纜破損，進而導致整個產品無法正常運行。雖然充電槍身可通過優(yōu)化結構設計，增強其抗壓強度，以提升承受車輛碾壓的能力。但對于液冷線纜而言，必須經過精心設計，才能滿足遭受碾壓時的各項性能要求。在后續(xù)的管理工作中，可通過對產品進行優(yōu)化設計，并加強使用過程中的管理規(guī)范，有效避免充電槍被碾壓的情況發(fā)生，從而切實保障液冷充電槍能夠正常穩(wěn)定地運行。

3.2" 低溫跌落狀態(tài)下安全可靠性

在設計液冷充電槍時，鑒于產品在工作過程中會產生較大熱量，眾多設計者往往傾向于選用耐高溫材料。然而，在冬季實際使用場景中，液冷充電槍難免會出現(xiàn)失手跌落的情況。倘若其無法承受低溫環(huán)境下跌落所帶來的沖擊，就容易造成充電槍的破損，進而引發(fā)絕緣性能下降的風險，對人員的觸電安全構成嚴重威脅。因此，在充電槍的設計環(huán)節(jié)，不能僅僅側重于追求高溫環(huán)境下的可靠性，還必須充分考量在低溫條件下，產品的材料特性應確保不過于脆弱，具備一定的抗沖擊能力。

4" 其它可靠性影響因素分析

4.1" 液冷介質

目前，液冷充電槍所采用的液冷介質尚未形成統(tǒng)一標準。針對不同類型的液冷介質，需通過多項性能指標來綜合驗證其在實際使用中的安全性。液冷介質的穩(wěn)定性對于液冷槍的整體性能起著至關重要的作用。由于液冷槍的工作環(huán)境常常致使液冷介質長時間處于高溫狀態(tài)，若介質自身的化學和物理性質不夠穩(wěn)定，其散熱能力便會逐漸下降，進而嚴重影響液冷裝置的散熱效率。在選用液冷介質時，應盡可能挑選對環(huán)境無污染、無危害的材料，以充分保障使用者的人身安全以及環(huán)境安全。當面臨水冷或油冷這兩種液冷介質的選擇時，需要在追求較高的絕緣性能與較強的散熱能力之間進行謹慎權衡，根據(jù)實際應用場景和需求做出最佳決策。

4.2" 產品線長

由于產品液冷管路和冷卻系統(tǒng)的承壓能力固定，當液冷管路過長，產品散熱能力會顯著下降。因此，對于液冷充電槍，需進行最長線長能力驗證，確保同款充電槍不會因線長過長影響性能。

4.3" 功率端子和線纜端接方式

接觸電阻是線纜與端子端接的重要質量指標，決定端接部位的發(fā)熱量，在大功率充電線上尤為關鍵。為降低端接部位發(fā)熱量，提升載流能力，推薦采用超聲波焊接方式連接線纜與接觸件。同時，液冷實際使用中，部分線纜浸漬在冷卻介質中。傳統(tǒng)壓接方式在溫度波動的油溫中會加速壓接內應力釋放，隨著使用時間增加，壓接部位內阻增大，影響整個冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，而超聲波焊可完美避免這種失效模式。

5" 結論

液冷充電槍在具備承受更大工作電流能力的同時，也伴隨著更大的安全風險。這對液冷充電槍提出了更高的技術要求，需要更完善的技術驗證，以避免安全事故發(fā)生。當液冷充電槍正常使用時，需與液冷裝置做好適配，確保能承受大功率充電的大電流。通過實時采集產品溫度，控制冷卻裝置的開啟，實現(xiàn)更高效的熱量交換。使用前，應定期檢查液冷管路是否滲漏，及時更換有滲漏的液冷管路，防止起火風險。后續(xù)使用中，需安排專人維護，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)槍無人維護的情況，定期檢查液冷充電槍的冷卻性能是否達標。冷卻介質應盡量選擇絕緣性能良好的產品，防止人員觸電事故發(fā)生。

參考文獻

[1] GB/T 20234.1－2023，電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分：通用要求[S].

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-07-12

*基金項目：國家863項目資助（2011AA11A207）；中心重點課題資助（13130230）。