Væskekjøling vs. luftkjøling for DC-ladeskap med høy-effekt: Hvilken teknologi bør du velge?

Ettersom rekkevidden til nye energikjøretøyer (NEV-er) fortsetter å øke-og med den økende etterspørselen etter rask energipåfylling ved motorveitjenester, logistikkparker, bussdepoter og store-ladestasjoner, fremstår-høy-likstrømslading som en nøkkelutviklingsretning for NEV.

 

Sammenlignet med standard ladeutstyr for lav-strøm, må høy- DC-ladesystemer overføre mer energi på kortere tid. Følgelig utsettes komponenter som lademoduler, strømenheter, samleskinner, kontakter og ladekabler for høyere termiske belastninger.

På dette bakteppet har termisk styringsteknologi blitt en kritisk faktor i utformingen av høy- DC-ladeskap.

For tiden bruker høy-ladeutstyr primært to termiske styringsmetoder:

 

· Luftkjøling
· Væskekjøling

 

Så, hva er egentlig forskjellene mellom luftkjøling og væskekjøling? Hvorfor får flytende kjøling økende betydning i DC hurtiglading? Og hvordan bør man ta det riktige valget når man kjøper disse skapene?

 

 

Kjernefunksjonen til et DC-ladeskap med høy-effekt er å konvertere vekselstrøm fra nettet til likestrøm som passer for trekkbatteriene til nye energikjøretøyer.

 

Den grunnleggende energikonverteringsprosessen kan oppsummeres som følger:

 

AC-nett → Strømmodul → DC-utgang → Ladedispenser → EV-batteri

 

Under denne prosessen genererer komponenter i strømmodulen-som halvlederenheter, induktorer, kondensatorer, transformatorer og annen kraftelektronikk-varme.

 

Selv om moderne lademoduler har høy konverteringseffektivitet, kan selv en liten prosentandel av effektivitetstap i ladesystemer som opererer på hundrevis-av-kilowatt-nivået resultere i en betydelig absolutt termisk belastning.

 

For eksempel, når et ladesystem med høy-effekt kontinuerlig leverer hundrevis av kilowatt strøm, må varmen som genereres av interne tap, forsvinne kontinuerlig; ellers kan følgende problemer oppstå:

 

· Økende temperaturer på strømkomponenter
· Redusert ladeeffektivitet
· Begrensninger for utgangseffekt
· Kompromittert komponentlevetid
· Aktivering av systembeskyttelsesmekanismer
· Redusert stabilitet ved langvarig drift

 

Derfor, for et DC-ladeskap med høy-effekt, er kjølesystemet ikke bare en hjelpekomponent, men et kritisk element som bestemmer utstyrets vedvarende utgangsevne.

 

 

Et luft-kjølt DC-ladeskap bruker luft som kjølemedium for å spre varme som genereres inne i utstyret til det omgivende miljøet via komponenter som vifter, varmeavledere og luftkanaler.

 

Et typisk luft-kjølt system inkluderer vanligvis:

 

·Kjølevifte
· Varmeavleder
· Luftkanal
· Luftfilter
· Temperatursensor
· Ventilasjonsstruktur

 

Dets grunnleggende driftsprinsipp er:

 

Varmegenerering → Kjøleleder → Forsert luftstrøm → Varmespredning → Omgivelsesluft

 

Vifter driver luft over kraftmoduler og varmeavledere, og fører varme ut av utstyret.

Denne tilnærmingen har en relativt moden design og er fortsatt svært praktisk for medium-DC-ladeutstyr og applikasjoner med passende miljøforhold.

 

 

Et væskekjølt- DC-ladeskap bruker en kjølevæske som varmeoverføringsmedium.

 

Sammenlignet med luft kan væske som sirkulerer gjennom en spesialdesignet kjølesløyfe mer effektivt overføre varme generert inne i utstyret til en varmeveksler for påfølgende spredning til miljøet.

 

Et typisk væskekjølt-system kan omfatte:

 

· Kjølevæskepumpe
· Kjøleplate
· Varmeveksler
· Radiator
· Kjølevæskebeholder
· Temperatursensor
· Strømningssensor
· Trykkovervåkingssystem

 

Den grunnleggende driftsprosessen kan oppsummeres som:

 

Strømmodul → Kjøleplate → Kjølevæske → Varmeveksler → Radiator → Varmespredning

 

I ladesystemer med høyere-effekt kan væskekjølingsteknologi brukes ikke bare på strømmodulene inne i kabinettet, men også på høy-ladekabler og kontakter.

 

For eksempel viser offentlig tilgjengelige bransjedata distribuerte ladesystemer-med et 600 kW strømskap sammen med 500 A væskekjølte-ladekabler-designet for å støtte samtidig lading for flere kjøretøy, mens den dynamisk allokerer strøm basert på kjøretøyets sanntid-etterspørsel.

 

 

1. Bedre egnet for design med høy effekttetthet

Ettersom DC-ladeeffekten fortsetter å øke, krever ladeskap installasjon av strømelektronikkmoduler med mer eller høyere-kapasitet.

Hvis man bare skulle legge til flere vifter og øke luftstrømmen, ville problemer som intern luftstrømbanedesign, kjøleribbedimensjoner, støynivåer og skapplassbegrensninger blitt betydelige utfordringer.

 

I motsetning til dette bruker væskekjølesystemer kjøleplater og sirkulasjonssløyfer for å trekke ut varme direkte fra varme-genererende komponenter, og gir dermed større designfleksibilitet for utstyr med høy effekttetthet.

 

2. Forenkler høy-strømlading

Ladekraft kan enkelt uttrykkes som:

 

P = U × I

 

Med andre ord, for en gitt spenning krever økende ladeeffekt høyere strøm.

Men når strømmen øker, blir varmeutviklingen i ledere, kabler og kontakter mer uttalt.

 

 

Flytende kjøleløsninger bør prioriteres for prosjekter med følgende egenskaper:

 

1. Highway ultra-hurtige ladestasjoner

Serviceområder for motorveier krever vanligvis korte oppholdstider for kjøretøy, noe som skaper høy etterspørsel etter evner for rask energipåfylling.

Når flere kjøretøy lader samtidig, kan ladeutstyr fungere under høy belastning i lengre perioder, noe som stiller større krav til termiske styringssystemer.

 

2. Kommersielle kjøretøy- og logistikkflåter

Logistikkkjøretøyer opererer vanligvis etter definerte tidsplaner med spesifikke vinduer for lading.

For flåter som krever raske behandlingstider, kan høy-DC-lading bidra til å minimere tiden kjøretøy bruker på ladestasjoner.

Det amerikanske energidepartementet har også bemerket at DC hurtiglading er egnet for visse flåteapplikasjoner der kjøretøyer må lades opp under korte stopp.

 

3. Busser og tunge-elektriske kjøretøy

Busser, lastebiler, havnekjøretøyer og andre kommersielle elektriske kjøretøy har vanligvis stor batterikapasitet; følgelig kan ladeinfrastruktur kreve høyere kraftuttak og muligheten til å operere kontinuerlig over lengre varighet.

Med utviklingen av høy-ladestandarder og systemer-som MCS-har betydningen av væskekjølingsteknologi i høy-ladingapplikasjoner blitt stadig mer betydelig.

 

4. Høy-ladestasjoner

Hvis en ladestasjon er påkrevd for å betjene et stort antall kjøretøy kontinuerlig gjennom dagen, kan utstyrets faktiske driftsbelastning være langt høyere enn det som finnes i typiske kontor- eller boligmiljøer.

 

 

Ettersom etterspørselen etter lading av nye energikjøretøyer fortsetter å øke, utvikler- høyeffektladesystemer seg i flere viktige retninger.

 

1. Høyere makt

Ladesystemer skifter fra tradisjonelle, lavere effektnivåer til kapasiteter på hundrevis av kilowatt eller til og med megawatt (MW) rekkevidde.

 

2. Høyere effekttetthet

Konfigurering av flere strømmoduler innenfor samme kabinettfotavtrykk stiller større krav til termisk styring og strukturell design.

 

3. Modularitet

Modulære strømskap gir mulighet for konfigurasjon av varierende antall strømmoduler basert på prosjektkrav, samtidig som det forenkler vedlikehold og strømskalerbarhet.

 

4. Intelligent kraftallokering

Fremtidige ladestasjoner vil ikke nødvendigvis levere fast strøm til alle kjøretøy; i stedet vil strøm tildeles dynamisk basert på faktorer som kjøretøyets ladetilstand (SOC), sanntids ladebehov og belastningen på andre ladeterminaler.

 

For øyeblikket bruker 600 kW-klasse distribuerte ladesystemer allerede dynamisk kraftallokering, noe som gjør det mulig for flere kjøretøy å dele et sentralisert strømskap.

 

5. Utvidet bruk av væskekjølingsteknologi

Drevet av behovet for høyere kraft og strøm, vil væskekjølingsteknologi strekke seg utover strømskap og i økende grad brukes på komponenter som ladepistoler, kabler og kontakter.