Răcire cu lichid vs. răcire cu aer pentru dulapuri de încărcare DC de-putere mare: ce tehnologie ar trebui să alegeți?

Pe măsură ce raza de rulare a vehiculelor cu energie noi (NEV) continuă să crească-și odată cu cererea tot mai mare de reaprovizionare rapidă cu energie în zonele de servicii de autostrăzi, parcuri logistice, depozite de autobuze și stații de încărcare-la scară mare-de mare-încărcare DC de putere devine o direcție cheie de dezvoltare a infrastructurii de încărcare NEV.

 

În comparație cu echipamentele standard de încărcare cu putere redusă-, sistemele de încărcare cu curent continuu de-putere mare trebuie să transfere mai multă energie în mai puțin timp; în consecință, componente precum modulele de încărcare, dispozitivele de alimentare, barele colectoare, conectorii și cablurile de încărcare sunt supuse la sarcini termice mai mari.

În acest context, tehnologia de gestionare termică a devenit un factor esențial în proiectarea dulapurilor de încărcare în curent continuu cu putere mare-.

În prezent, echipamentele de-încărcare cu putere mare utilizează în principal două metode de management termic:

 

· Răcire cu aer
· Răcire cu lichid

 

Deci, care sunt exact diferențele dintre răcirea cu aer și răcirea cu lichid? De ce răcirea cu lichid câștigă o importanță din ce în ce mai mare în încărcarea rapidă DC? Și cum ar trebui să facem alegerea corectă atunci când achiziționați aceste dulapuri?

 

 

Funcția de bază a unui dulap de încărcare cu curent continuu de-cu putere mare este de a converti puterea de curent alternativ din rețea în putere de curent continuu adecvată pentru bateriile de tracțiune ale vehiculelor cu energie nouă.

 

Procesul de bază de conversie a energiei poate fi rezumat după cum urmează:

 

Rețea AC → Modul de alimentare → Ieșire DC → Distribuitor de încărcare → Baterie EV

 

În timpul acestui proces, componentele din modulul de putere-cum ar fi dispozitivele semiconductoare, inductoarele, condensatoarele, transformatoarele și alte electronice de putere-generează căldură.

 

Deși modulele moderne de încărcare se laudă cu o eficiență ridicată de conversie, în sistemele de încărcare care funcționează la nivel de sute de--kilowați, chiar și un procent mic de pierdere de eficiență poate duce la o sarcină termică absolută semnificativă.

 

De exemplu, atunci când un sistem de încărcare cu putere mare-furnizează continuu sute de kilowați de putere, căldura generată de pierderile interne trebuie disipată continuu; în caz contrar, pot apărea următoarele probleme:

 

· Creșterea temperaturii componentelor de putere
· Eficiență redusă de încărcare
· Limitări de putere de ieșire
· Durată de viață compromisă a componentelor
· Activarea mecanismelor de protecție a sistemului
· Stabilitate redusă în timpul funcționării prelungite

 

Prin urmare, pentru un dulap de încărcare DC de-putere mare, sistemul de răcire nu este doar o componentă auxiliară, ci un element critic care determină capacitatea de ieșire susținută a echipamentului.

 

 

Un dulap de încărcare DC răcit cu aer-folosește aerul ca mediu de răcire pentru a disipa căldura generată în interiorul echipamentului în mediul înconjurător prin componente precum ventilatoare, radiatoare și canale de aer.

 

Un sistem tipic de răcire cu aer-include de obicei:

 

·Ventilator de racire
· Radiator
· Conductă de aer
· Filtru de aer
· Senzor de temperatură
· Structura de ventilație

 

Principiul său de bază de funcționare este:

 

Generare de căldură → Radiator → Flux de aer forțat → Disiparea căldurii → Aer ambiental

 

Ventilatoarele conduc aerul prin modulele de putere și prin radiatoare, transportând căldura din echipament.

Această abordare prezintă un design relativ matur și rămâne extrem de practică pentru echipamentele de încărcare DC cu putere medie-și aplicații cu condiții de mediu adecvate.

 

 

Un dulap de încărcare DC răcit cu lichid-utiliză un lichid de răcire ca mediu de transfer de căldură.

 

Comparativ cu aerul, lichidul care circulă printr-o buclă de răcire special concepută poate transfera mai eficient căldura generată în interiorul echipamentului către un schimbător de căldură pentru disiparea ulterioară în mediu.

 

Un sistem tipic de răcire cu lichid-poate include:

 

· Pompă de lichid de răcire
· Placă de răcire
· Schimbător de căldură
· Radiator
· Rezervor lichid de răcire
· Senzor de temperatură
· Senzor de debit
· Sistem de monitorizare a presiunii

 

Procesul de operare de bază poate fi rezumat astfel:

 

Modul de putere → Placă de răcire → Lichid de răcire → Schimbător de căldură → Radiator → Disiparea căldurii

 

În sistemele de încărcare cu putere mai mare-, tehnologia de răcire cu lichid poate fi aplicată nu numai modulelor de alimentare din interiorul carcasei, ci și cablurilor și conectorilor de încărcare cu curent ridicat-.

 

De exemplu, datele din industrie disponibile public arată sisteme de încărcare distribuite-cu un dulap de alimentare de 600 kW asociat cu cabluri de încărcare răcite cu lichid de 500 A--concepute pentru a suporta încărcarea simultană pentru mai multe vehicule, în timp ce alocă dinamic puterea pe baza cererii vehiculului-în timp real.

 

 

1. Mai potrivite pentru modele cu densitate mare de putere

Pe măsură ce puterea de încărcare DC continuă să crească, dulapurile de încărcare necesită instalarea unor module electronice de putere mai mare sau mai mare-.

Dacă ar fi pur și simplu să adăugați mai multe ventilatoare și să creșteți fluxul de aer, probleme precum designul căii interne a fluxului de aer, dimensiunile radiatorului, nivelurile de zgomot și constrângerile de spațiu din cabinet ar deveni provocări semnificative.

 

În schimb, sistemele de răcire cu lichid utilizează plăci de răcire și bucle de circulație pentru a extrage căldura direct din vecinătatea componentelor-generatoare de căldură, oferind astfel o mai mare flexibilitate de proiectare pentru echipamente cu densitate mare de putere.

 

2. Facilitează încărcarea cu curent ridicat-

Puterea de încărcare poate fi pur și simplu exprimată ca:

 

P = U × I

 

Cu alte cuvinte, pentru o anumită tensiune, creșterea puterii de încărcare necesită un curent mai mare.

Cu toate acestea, pe măsură ce curentul crește, generarea de căldură în conductori, cabluri și conectori devine mai pronunțată.

 

 

Soluțiile de răcire cu lichid ar trebui să aibă prioritate pentru proiectele cu următoarele caracteristici:

 

1. Stații de încărcare ultra-pe autostradă

Zonele de deservire a autostrăzilor necesită, de obicei, timpi scurti de așezare a vehiculelor, creând o cerere mare pentru capacități de reaprovizionare rapidă cu energie.

Atunci când mai multe vehicule se încarcă simultan, echipamentele de încărcare pot funcționa sub sarcini mari pentru perioade lungi, impunând cerințe mai mari asupra sistemelor de management termic.

 

2. Flote de vehicule comerciale și logistică

Vehiculele de logistică funcționează de obicei pe programe definite cu ferestre specifice pentru reîncărcare.

Pentru flotele care necesită timpi de răspuns rapid, încărcarea cu curent continuu de-putere mare poate ajuta la minimizarea timpului petrecut de vehicule la stațiile de încărcare.

Departamentul pentru Energie al SUA a remarcat, de asemenea, că încărcarea rapidă DC este potrivită pentru anumite aplicații ale flotei în care vehiculele trebuie să se reîncarce în timpul opririlor scurte.

 

3. Autobuze și vehicule electrice grele-

Autobuzele, camioanele, vehiculele portuare și alte vehicule electrice comerciale au de obicei capacități mari de baterie; în consecință, infrastructura de încărcare poate necesita o putere mai mare și capacitatea de a funcționa continuu pe durate mai lungi.

Odată cu dezvoltarea de-standarde și sisteme de încărcare cu putere ridicată-cum ar fi MCS-, importanța tehnologiei de răcire cu lichid în aplicațiile de încărcare cu curent-înalt a devenit din ce în ce mai semnificativă.

 

4. Stații de încărcare cu utilizare înaltă-

Dacă o stație de încărcare este necesară pentru a deservi un număr mare de vehicule în mod continuu pe parcursul zilei, sarcina reală de funcționare a echipamentului poate fi mult mai mare decât cea găsită în setările tipice de birou sau rezidențiale.

 

 

Pe măsură ce cererea de încărcare a vehiculelor cu energie nouă continuă să crească, sistemele de încărcare cu putere mare- evoluează în mai multe direcții cheie.

 

1. Putere mai mare

Sistemele de încărcare trec de la niveluri tradiționale de putere mai scăzute la capacități de sute de kilowați sau chiar gama de megawați (MW).

 

2. Densitate de putere mai mare

Configurarea mai multor module de putere în aceeași amprentă a dulapului impune cerințe mai mari asupra managementului termic și designului structural.

 

3. Modularitate

Dulapurile de alimentare modulare permit configurarea unui număr variabil de module de alimentare în funcție de cerințele proiectului, facilitând în același timp întreținerea și scalabilitatea puterii.

 

4. Alocare inteligentă a puterii

Viitoarele stații de încărcare nu vor furniza neapărat energie fixă ​​fiecărui vehicul; în schimb, puterea va fi alocată dinamic pe baza unor factori precum starea de încărcare a vehiculului (SOC), cererile de încărcare-în timp real și sarcina altor terminale de încărcare.

 

În prezent, sistemele de încărcare distribuită de clasă de 600 kW-utiliză deja o alocare dinamică a puterii, permițând mai multor vehicule să împartă un dulap de alimentare centralizat.

 

5. Aplicarea extinsă a tehnologiei de răcire cu lichid

Impulsată de nevoia de putere și curent mai mare, tehnologia de răcire cu lichid se va extinde dincolo de dulapurile de alimentare pentru a fi aplicată din ce în ce mai mult la componente precum pistoalele de încărcare, cablurile și conectorii.