Væskekøling vs. luftkøling til høj-DC-opladningsskabe: Hvilken teknologi skal du vælge?

Efterhånden som rækkevidden af ​​nye energikøretøjer (NEV'er) fortsætter med at stige,-og med den voksende efterspørgsel efter hurtig energiopfyldning på motorvejsserviceområder, logistikparker, busdepoter og store-ladestationer, er-høj-strøm-DC-opladning ved at dukke op som en nøgleudviklingsretning for NEV.

 

Sammenlignet med standard lav-opladningsudstyr skal høj- DC-opladningssystemer overføre mere energi på kortere tid. som følge heraf udsættes komponenter som lademoduler, strømenheder, samleskinner, stik og ladekabler for højere termiske belastninger.

På denne baggrund er termisk styringsteknologi blevet en kritisk faktor i designet af høj- DC-opladningskabinetter.

I øjeblikket anvender høj-opladningsudstyr primært to termiske styringsmetoder:

 

· Luftkøling
· Væskekøling

 

Så hvad er forskellene mellem luftkøling og væskekøling? Hvorfor får væskekøling stadig større betydning i DC-hurtigopladning? Og hvordan skal man træffe det rigtige valg, når man køber disse skabe?

 

 

Kernefunktionen i et høj- DC-ladeskab er at konvertere vekselstrøm fra nettet til jævnstrøm, der er egnet til traktionsbatterier i nye energikøretøjer.

 

Den grundlæggende energiomdannelsesproces kan opsummeres som følger:

 

AC-net → Strømmodul → DC-udgang → Opladningsdispenser → EV-batteri

 

Under denne proces genererer komponenter i strømmodulet-såsom halvlederenheder, induktorer, kondensatorer, transformere og anden strømelektronik-varme.

 

Selvom moderne opladningsmoduler kan prale af høj konverteringseffektivitet, kan selv en lille procentdel af effektivitetstab i opladningssystemer, der opererer på hundrede-af-kilowatt-niveau, resultere i en betydelig absolut termisk belastning.

 

For eksempel, når et høj-opladningssystem kontinuerligt leverer hundredvis af kilowatt strøm, skal den varme, der genereres af interne tab, kontinuerligt bortledes. ellers kan følgende problemer opstå:

 

· Stigende temperaturer på strømkomponenter
· Reduceret opladningseffektivitet
· Begrænsninger af udgangseffekt
· Kompromitteret komponentlevetid
· Aktivering af systembeskyttelsesmekanismer
· Reduceret stabilitet under længere tids drift

 

Derfor er kølesystemet ikke blot en hjælpekomponent for et-højeffekt DC-opladningsskab, men et kritisk element, der bestemmer udstyrets vedvarende outputkapacitet.

 

 

Et luft-kølet DC-ladeskab bruger luft som kølemedium til at sprede varme genereret inde i udstyret til det omgivende miljø via komponenter såsom ventilatorer, køleplader og luftkanaler.

 

Et typisk luft-kølet system inkluderer normalt:

 

·Køleventilator
· Køleplade
· Luftkanal
· Luftfilter
· Temperatursensor
· Ventilationsstruktur

 

Dens grundlæggende funktionsprincip er:

 

Varmeproduktion → Køleplade → Tvungen luftstrøm → Varmeafledning → Omgivende luft

 

Ventilatorer driver luft gennem strømmoduler og køleplader og transporterer varme ud af udstyret.

Denne tilgang har et relativt modent design og forbliver yderst praktisk til medium- DC-opladningsudstyr og applikationer med passende miljøforhold.

 

 

Et væske-kølet DC-ladeskab anvender et kølemiddel som varmeoverførselsmedie.

 

Sammenlignet med luft kan væske, der cirkulerer gennem en specialdesignet kølekreds, mere effektivt overføre varme genereret inde i udstyret til en varmeveksler for efterfølgende afledning til miljøet.

 

Et typisk væske-kølet system kan omfatte:

 

· Kølevæskepumpe
· Køleplade
· Varmeveksler
· Radiator
· Kølevæskebeholder
· Temperatursensor
· Flowsensor
· Trykovervågningssystem

 

Den grundlæggende driftsproces kan opsummeres som:

 

Strømmodul → Køleplade → Kølevæske → Varmeveksler → Køler → Varmeafledning

 

I opladningssystemer med højere-effekt kan væskekølingsteknologi anvendes ikke kun på strømmodulerne inde i kabinettet, men også på høj-opladningskabler og -stik.

 

For eksempel viser offentligt tilgængelige industridata distribuerede opladningssystemer-med et 600 kW strømskab parret med 500 A væskekølede-opladningskabler-designet til at understøtte samtidig opladning til flere køretøjer, mens den dynamisk allokerer strøm baseret på køretøjets efterspørgsel i realtid-.

 

 

1. Bedre egnet til design med høj effekttæthed

Da DC-opladningseffekten fortsætter med at stige, kræver opladningsskabe installation af mere eller højere-effektelektronikmoduler.

Hvis man blot skulle tilføje flere blæsere og øge luftstrømmen, ville problemer som intern luftstrømsbanedesign, kølepladedimensioner, støjniveauer og skabspladsbegrænsninger blive betydelige udfordringer.

 

I modsætning hertil bruger flydende kølesystemer køleplader og cirkulationssløjfer til at udvinde varme direkte fra nærheden af ​​varmegenererende-komponenter, hvilket giver større designfleksibilitet for udstyr med høj effekttæthed.

 

2. Letter høj-strømopladning

Opladningseffekt kan ganske enkelt udtrykkes som:

 

P = U × I

 

Med andre ord, for en given spænding kræver øget ladeeffekt højere strøm.

Men efterhånden som strømmen stiger, bliver varmeudviklingen i ledere, kabler og stik mere udtalt.

 

 

Flydende køleløsninger bør prioriteres til projekter med følgende egenskaber:

 

1. Highway ultra-hurtige ladestationer

Motorvejsserviceområder kræver typisk korte opholdstider for køretøjer, hvilket skaber en høj efterspørgsel efter hurtige energigenopfyldningsmuligheder.

Når flere køretøjer oplader samtidigt, kan ladeudstyr fungere under høje belastninger i længere perioder, hvilket stiller større krav til termiske styringssystemer.

 

2. Erhvervskøretøjs- og logistikflåder

Logistikkøretøjer kører normalt efter definerede tidsplaner med specifikke vinduer til genopladning.

For flåder, der kræver hurtige ekspeditionstider, kan høj-DC-opladning hjælpe med at minimere den tid, køretøjer bruger på ladestationer.

Det amerikanske energiministerium har også bemærket, at DC-hurtigopladning er velegnet til visse flådeapplikationer, hvor køretøjer skal genoplades under korte stop.

 

3. Busser og tunge-elektriske køretøjer

Busser, lastbiler, havnekøretøjer og andre kommercielle elektriske køretøjer har typisk stor batterikapacitet; følgelig kan opladningsinfrastruktur kræve højere effekt og evnen til at fungere kontinuerligt i længere tid.

Med udviklingen af ​​høj-opladningsstandarder og -systemer-såsom MCS-er vigtigheden af ​​væskekølingsteknologi i høj-opladningsapplikationer blevet stadig større.

 

4. Høj-opladningsstationer

Hvis en ladestation skal betjene et stort antal køretøjer kontinuerligt i løbet af dagen, kan udstyrets faktiske driftsbelastning være langt højere end den, der findes i typiske kontor- eller boligmiljøer.

 

 

Efterhånden som efterspørgslen efter opladning af nye energikøretøjer fortsætter med at stige, udvikler høje-opladningssystemer sig i flere vigtige retninger.

 

1. Højere magt

Opladningssystemer skifter fra traditionelle, lavere effektniveauer til kapaciteter på hundredvis af kilowatt eller endda megawatt-området (MW).

 

2. Højere effekttæthed

Konfiguration af flere strømmoduler inden for samme kabinets fodaftryk stiller større krav til termisk styring og strukturelt design.

 

3. Modularitet

Modulære strømskabe giver mulighed for konfiguration af varierende antal strømmoduler baseret på projektkrav, samtidig med at de letter vedligeholdelse og strømskalerbarhed.

 

4. Intelligent strømfordeling

Fremtidige ladestationer vil ikke nødvendigvis levere fast strøm til alle køretøjer; i stedet vil strøm blive dynamisk allokeret baseret på faktorer som køretøjets opladningstilstand (SOC), realtidsopladningskrav og belastningen på andre ladeterminaler.

 

I øjeblikket anvender 600 kW-klasse distribuerede opladningssystemer allerede dynamisk strømfordeling, hvilket gør det muligt for flere køretøjer at dele et centraliseret strømskab.

 

5. Udvidet anvendelse af Liquid Cooling Technology

Drevet af behovet for højere effekt og strøm, vil væskekølingsteknologi strække sig ud over strømskabe og i stigende grad anvendes på komponenter såsom ladepistoler, kabler og stik.