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微型磁力齿轮泵在大功率液冷充电桩中的应用

2026-07-01


随着新能源汽车电池技术日趋成熟,续航能力已显著提升,但"充电慢"依然是制约行业发展的核心痛点,也是阻碍新能源汽车渗透率进一步提升的关键因素。传统大功率快充桩所采用的风冷散热技术已逼近性能极限,难以满足更高功率的散热需求。在此背景下,兼具安全性、高效性与经济性的液冷超充技术正成为充电技术演进的新方向,亦是业界竞相布局的焦点。


电动汽车充电桩充电.png


一、充电桩行业现状与发展趋势

近年来,我国新能源汽车市场发展迅速,保有量快速增长,电动汽车充电需求显著增加。

据智研咨询统计,截至2022年12月,全国电动汽车充电桩累计数量达521.0万台,同比增长近100%。其中公共桩179.7万台,占比34.5%;私人桩341.3万台,占比65.5%。预计到2025年,中国电动汽车充电桩保有量将突破千万台。随着充电散热技术的不断迭代升级,大功率液冷快充桩相比传统风冷技术优势显著,液冷散热或将成为未来主流趋势。


新能源汽车电池预热


目前,民用快充桩普遍采用风冷散热技术,面临发热快、温升高的问题,给大功率快充桩带来安全隐患。为解决这一行业痛点,工程师们将目光转向液冷散热方案。液冷式大功率充电桩具有两大显著优势:

· 充电电流更大,充电速度更快:液冷散热能力远超风冷,支持更大电流持续输出,充电速度更快;

· 运行噪音更低,防护等级更高:封闭式液冷系统隔绝了风扇噪声,同时提升了整桩防护等级。

二、液冷技术在充电桩中的应用原理

液冷技术在超级充电桩中的应用日益普及。液冷式超级充电桩主要由充电模块、充电枪、控制器、液冷系统及机柜等部分组成。在液冷系统中,冷却液通过水泵循环至充电模块、充电枪、控制器等关键发热部件,通过高效散热保障系统稳定运行。


液冷超充透视图


大功率液冷充电枪的工作原理为:泵驱动冷却液在管路中流动,冷却液流经液冷线缆时带走线缆及充电连接器在大电流工作下产生的热量,随后回流至储液箱,再经泵驱动通过散热器释放热量,形成闭环循环。这一设计使小截面积线缆即可承载大电流,同时满足低温升要求。

液冷方案可实现冷却液循环利用,封闭式散热环境在保障散热效率的同时,也确保了散热过程的洁净度。相比传统风冷,液冷散热效果更优、使用寿命更长,越来越受到市场青睐。

三、微型液冷泵选型与技术对比

3.1 液冷泵的选型考量

大功率液冷超充桩采用液冷泵输送乙二醇水溶液或有机硅油等介质,为线缆、枪头等发热部件降温。液冷系统中的泵承担着介质循环输送的核心功能,将热量从充电桩内部传输至散热器。在小型充电桩和移动充电设备中,微型液冷泵凭借体积小、能耗低、噪音低等优势得到广泛应用,且可采用直流供电,也可与太阳能等可再生能源结合,进一步实现节能环保。

微型液冷泵作为大功率液冷快充桩的核心部件之一,承担着介质流量输送与压力控制的关键作用。选型时需综合考虑以下因素:

· 流量与压力:在输送介质不变的前提下,流量越大、压力越高,降温效果越好;

· 介质特性:粘度、温度等直接影响泵的输送性能;

· 综合指标:入口条件、体积、能耗、噪音、电压等均需纳入评估。

以下从横向(泵型对比)和纵向(微型磁力齿轮泵技术路线对比)两个维度展开分析。

3.2 泵型横向对比

传统泵型主要包括离心泵、隔膜泵、齿轮泵和滑片泵等,各类型特性及应用于充电桩液冷系统的局限性如下:


泵型

类别

特点

应用于充电桩的局限性

离心泵

离心动能泵

扬程越高,流量越小

流量和扬程受限,适用范围窄;维护难度大;部分微型水泵寿命短,需频繁更换

隔膜泵

柱塞式容积泵

流体输送有脉冲

温升控制不稳定;受膜片寿命限制

齿轮泵

转子式容积泵

流量稳定,适用于中高压;百年应用历史

传统齿轮泵主要用于输送有润滑性介质

滑片泵

转子式容积泵

性能与齿轮泵接近

滑片紧贴泵缸摩擦,易磨损,磨损颗粒污染介质


综合对比,齿轮泵在流量稳定性、压力适应性和可靠性方面最具优势,是充电桩液冷系统的理想选择。

3.3 微型磁力齿轮泵纵向对比

在确定齿轮泵路线后,需进一步深入微观层面,从材料与工艺角度对比不同厂商的技术方案。目前国内外厂商的微型磁力齿轮泵技术路线,主要在三个方向上展开竞争:PEEK齿轮轴材质改性及加工工艺、PEEK滑动轴承材质及加工工艺、结构设计优化。实践证明,若整体设计方向出现偏差,泵的精度、性能和寿命将大打折扣。

3.3.1 PEEK齿轮轴材质与加工工艺

齿轮轴材质分为两部分:齿轮部分和轴部分。了解微型磁力齿轮泵,首先要了解其核心齿轮材料——PEEK。PEEK特种工程塑料自诞生以来,已陆续应用于精密结构件、密封件、轴承、齿轮等领域。随着碳纤维、二硫化钼、玻璃纤维、聚四氟乙烯、陶瓷等改性添加剂的发展,衍生出各种不同配方的PEEK,性能各异。相比纯PEEK,改性PEEK具有更高的机械强度和更好的耐磨性,其中添加陶瓷填充剂的PEEK寿命可达纯PEEK的5倍以上,适用于各种恶劣工况。

微型齿轮泵正是基于PEEK改性技术发展而来,可在低粘度甚至无润滑条件下运行,配合磁力联轴器设计实现高压无泄漏。精密级微型齿轮泵可满足小流量、无脉冲、高线性度、高压差、无泄漏、精密计量等工况需求。

方案一(传统欧美齿轮泵,部分国内厂家):齿轮材质主要采用普通PEEK填充碳纤维,通过注塑成圆柱后滚齿加工,易加工、精度尚可;轴采用316L不锈钢材质。但316L材质较软,运行5-6个月后轴会越磨越细,导致齿轮跳动磨损加剧,最终损毁泵体和齿轮。适用于负载较小的场合。


传统PEEK+不锈钢轴轴面磨损


方案二(进口PEEK + 陶瓷轴):齿轮材质采用进口PEEK高强度耐磨材质,轴采用氧化锆纳米陶瓷材质。由于PEEK机加工难度大,多采用齿形一次性注塑成型,注塑成型易受温度变形影响,每批次齿轮一致性较差,影响流量稳定性,但生产成本较低。

方案三(JONSN精密级微型齿轮泵):齿轮采用英国进口高强度耐磨级PEEK材质,轴采用氧化锆纳米陶瓷材质。通过精密数控滚齿精加工,改善刀具材质涂层并严格管控刀具加工时间,解决了进口高强度耐磨级PEEK的加工难题。齿形经数小时高温模压热处理定型工艺,精度高、尺寸稳定、表面光滑、一致性好、寿命长。缺点是成本较高,适用于重载型高精度场合。


JONSN进口PEEK+陶瓷轴齿轮


3.3.2 PEEK滑动轴承材质与加工工艺

传统方案:采用普通PEEK填充碳纤维材质,加工容易,但耐磨和承载性能偏弱,仅适用于轻载工况。

JONSN方案:采用特种改性PEEK基复合纳米级陶瓷配方,配以专用加工成型工艺,强度高、抗干磨能力强,适用于重载场合,寿命达2万小时以上。

3.3.3 结构设计优化

传统结构:延续20多年前的美式设计(三段式结构 + 四氟膜片密封),齿轮两端面间隙易受密封垫厚度影响,导致内泄漏大、输送精度差、工作效率低。


传统三段式泵结构爆炸图对比


JONSN结构:采用一体式结构 + 静密封圈设计,优势如下:

· 后泵体与齿轮腔体合为一体,通过CNC一次性加工完成,减少夹具换装次数,齿轮轴装配精度高。

· 减少密封圈数量,降低泄漏点。

· 齿轮与腔体各间隙完全靠机加工精度保证,配合精度高、一致性好,无需人为研磨修配。

· 内部采用大通径流道设计,减小流体运动阻力,更加节能静音。

· 灵活接口配置,适应不同安装需求。


微型齿轮泵安装方式一览_横版


3.4 配套电机技术优势

电机性能直接影响泵的整体寿命。JONSN配套电机具有以下优势:

· 屏蔽式结构:体积小巧,适配紧凑安装空间。

· 专为充电桩液冷系统开发:直流24V/150W屏蔽式无刷电机,泵体+电机总成长度仅99mm,小体积大扭矩;线圈定子采用全自动绕线工艺,绕线排列整齐。

· 宽温域连续工作:电机可在高低温环境下长时间连续运行。

· 车规级驱动器:采用车规级无刷电机驱动器,磁力转子采用高温钕铁硼强磁,可适应-40℃至70℃环境温度下长期连续工作;驱动器自带超温保护和过电流保护功能。


电机线圈定子


四、JONSN-MRV液冷充电桩解决方案

以直流高压350kW以上充电功率的超充系统为例,典型工况参数如下:


参数

指标

冷却介质

有机硅油

介质粘度

10 mPa·s

流量

4-6 L/min

工作压力

4 bar

供电方式

直流24V

功率

≤150W

有效运行时间

25,000小时


针对上述工况,通过JONSN微型齿轮泵选型系统,推荐型号为MRV220SZKL-TV(150W直流24V屏蔽式无刷电机驱动),完全满足超充系统液冷循环需求。


MRV220选型参数表及性能曲线液冷充电桩系统3D模型


五、JONSN公司简介

JONSN(琼森)成立于2010年,是一家专注于齿轮泵研发、生产与销售的企业。公司始终秉持"用心、专注做好每一台精密级齿轮泵"的经营理念,拥有齿轮泵总成装配线,以及滚齿加工、磨齿加工、平面研磨机、数控机床、加工中心、多工位全综合检测平台、试验台等专业设备。

2019年以来,上海琼森流体设备有限公司根据市场环境变化做出战略调整,在中部地区设立新工厂。得益于赣州优质的营商环境和齿轮产业配套加工能力,2020年新工厂正式落户赣州市经济技术开发区。工厂已通过德国莱茵TUV ISO9001:2015质量管理体系认证,以及法国BV、美国ABS、日本NK等船级社资质认证,同时取得多项专利技术。公司拥有一支优秀的研发创新团队,与国外企业开展技术合作,凭借多年在齿轮泵领域积累的丰富经验,通过技术创新、新工艺与新材料的运用,持续优化泵内结构,提升齿轮泵的质量和技术水准,在多项精密级齿轮泵关键技术领域取得重大突破。JONSN齿轮泵已成为多个高端制造行业在线输送的关键控制设备。


JONSN


JONSN是国内较早进入充电桩液冷应用领域的微型泵企业,在充电桩液冷水泵领域占据较大市场份额,拥有专业成熟的快充桩液冷解决方案。核心优势包括:

· 定制化服务:JONSN具备自主技术研发与生产能力,拥有专业的研发、技术支持和售后服务团队,可根据客户系统需求对齿轮泵进行特殊定制,包括流量、扬程等性能参数以及不同电机类型。

· 体积小、噪音低:对齿轮泵噪音及占地空间严格把控,静音设计不会对周围环境和用户造成噪音困扰。

· 质量可靠:每一台齿轮泵出厂前均经过多项测试与质检,确保产品在快充桩长时间稳定运行场景下的可靠性。

JONSN流体科技有限公司生产的精密微型泵弥补了行业普通水泵的不足,可精准适用于大功率液冷快充桩,同时保障产品质量、交期、售前专业选型及售后技术支持,是大功率液冷快充桩液冷水泵的理想选择。