Рідинне охолодження проти повітряного охолодження для високо-потужних зарядних шаф постійного струму: яку технологію вибрати?

Оскільки запас ходу нових транспортних засобів (NEV) продовжує збільшуватися-і зростаючий попит на швидке поповнення енергії в зонах обслуговування автомагістралей, логістичних парках, автобусних депо та великих-масштабних зарядних станціях-високої-потужності постійним струмом стає ключовим напрямком розвитку інфраструктури зарядки NEV.

 

Порівняно зі стандартним зарядним обладнанням низької-потужності, потужні-системи заряджання постійним струмом повинні передавати більше енергії за менший час; отже, такі компоненти, як зарядні модулі, пристрої живлення, шини, з’єднувачі та зарядні кабелі, зазнають вищих теплових навантажень.

На цьому тлі технологія керування температурою стала критичним фактором у розробці потужних зарядних шаф постійного струму-.

Наразі потужне зарядне обладнання переважно використовує два методи керування температурою:

 

· Повітряне охолодження
· Рідинне охолодження

 

Отже, які саме відмінності між повітряним і рідинним охолодженням? Чому рідинне охолодження набуває все більшого значення для швидкої зарядки постійним струмом? І як зробити правильний вибір, купуючи ці шафи?

 

 

Основна функція-станції для заряджання постійного струму високої потужності полягає в тому, щоб перетворювати напругу змінного струму з мережі в напругу постійного струму, придатну для тягових акумуляторів транспортних засобів з новою енергією.

 

Основний процес перетворення енергії можна підсумувати таким чином:

 

Мережа змінного струму → Модуль живлення → Вихід постійного струму → Диспенсер зарядки → Акумулятор EV

 

Під час цього процесу компоненти силового модуля-, такі як напівпровідникові прилади, котушки індуктивності, конденсатори, трансформатори та інша силова електроніка-виділяють тепло.

 

Хоча сучасні модулі заряджання мають високу ефективність перетворення, у системах заряджання, що працюють на рівні сотень--кіловат, навіть невеликий відсоток втрати ефективності може призвести до значного абсолютного теплового навантаження.

 

Наприклад, коли-система заряджання високої потужності постійно постачає сотні кіловат електроенергії, тепло, що утворюється внаслідок внутрішніх втрат, має постійно розсіюватися; інакше можуть виникнути такі проблеми:

 

· Підвищення температури компонентів живлення
· Знижена ефективність зарядки
· Обмеження вихідної потужності
· Порушений термін служби компонентів
· Включення механізмів захисту системи
· Знижена стабільність при тривалій експлуатації

 

Тому для зарядної шафи постійного струму високої{0}}потужності система охолодження є не просто допоміжним компонентом, а критичним елементом, який визначає постійну вихідну здатність обладнання.

 

 

Шафа для заряджання постійного струму з повітряним-охолодженням використовує повітря як охолоджувач для розсіювання тепла, що виділяється всередині обладнання, у навколишнє середовище через такі компоненти, як вентилятори, радіатори та повітропроводи.

 

Типова система-повітряного охолодження зазвичай включає:

 

·Вентилятор охолодження
· Тепловідвід
· Повітропровід
· Повітряний фільтр
· Датчик температури
· Вентиляційна структура

 

Його основний принцип дії:

 

Генерація тепла → Радіатор → Примусовий потік повітря → Розсіювання тепла → Навколишнє повітря

 

Вентилятори проганяють повітря через модулі живлення та радіатори, виносячи тепло з обладнання.

Цей підхід має відносно зрілу конструкцію та залишається дуже практичним для зарядного обладнання постійного струму середньої-потужності та програм із відповідними умовами навколишнього середовища.

 

 

Зарядна шафа постійного струму з рідинним охолодженням використовує теплоносій як теплоносій.

 

У порівнянні з повітрям рідина, що циркулює через спеціально розроблений контур охолодження, може більш ефективно передавати тепло, що виділяється всередині обладнання, до теплообмінника для подальшого розсіювання в навколишнє середовище.

 

Типова система рідинного-охолодження може включати:

 

· Насос охолоджуючої рідини
· Охолоджувальна плита
· Теплообмінник
· Радіатор
· Резервуар охолоджуючої рідини
· Датчик температури
· Датчик витрати
· Система контролю тиску

 

Основний робочий процес можна підсумувати таким чином:

 

Модуль живлення → Охолоджуюча пластина → Охолоджувальна рідина → Теплообмінник → Радіатор → Розсіювання тепла

 

У системах заряджання більшої-потужності технологію рідинного охолодження можна застосовувати не лише до модулів живлення всередині корпусу, але й до кабелів і роз’ємів для заряджання високого{1}}струму.

 

Наприклад, загальнодоступні галузеві дані показують розподілені системи заряджання,-які мають блок живлення потужністю 600 кВт у поєднанні з кабелями для заряджання-з рідинним охолодженням-500A, розроблені для підтримки одночасного заряджання для кількох транспортних засобів із динамічним розподілом енергії на основі-попиту автомобіля в реальному часі.

 

 

1. Краще підходить для проектів з високою щільністю потужності

Оскільки потужність заряджання постійним струмом продовжує зростати, зарядні шафи потребують встановлення більшої чи більшої-модулів силової електроніки.

Якщо просто додати більше вентиляторів і збільшити потік повітря, такі проблеми, як конструкція внутрішнього потоку повітря, розміри радіатора, рівень шуму та обмеження простору шафи, стануть серйозними проблемами.

 

На противагу цьому в системах рідинного охолодження використовуються охолоджувальні пластини та циркуляційні контури для вилучення тепла безпосередньо з-компонентів, що генерують тепло, що забезпечує більшу гнучкість конструкції для обладнання з високою щільністю потужності.

 

2. Сприяє заряджанню високим-струмом

Потужність заряджання можна просто виразити так:

 

P = U × I

 

Іншими словами, для даної напруги збільшення зарядної потужності вимагає більшого струму.

Однак із збільшенням струму виділення тепла в провідниках, кабелях і з’єднувачах стає більш вираженим.

 

 

Рішення з рідинним охолодженням мають бути пріоритетними для проектів із такими характеристиками:

 

1. Надшвидкісні зарядні станції на шосе

Зони обслуговування автомагістралей зазвичай вимагають короткого часу перебування транспортних засобів, що створює високий попит на можливості швидкого поповнення енергії.

Коли кілька транспортних засобів заряджаються одночасно, зарядне обладнання може працювати під високим навантаженням протягом тривалого періоду часу, висуваючи більші вимоги до систем управління температурою.

 

2. Комерційні транспортні засоби та логістика

Транспортні засоби логістики зазвичай працюють за певним графіком із певними вікнами для підзарядки.

Для автопарків, яким потрібен швидкий час, висока{0}}зарядка постійного струму може допомогти мінімізувати час, який транспортні засоби проводять на зарядних станціях.

Міністерство енергетики США також відзначило, що швидка зарядка постійним струмом підходить для певних додатків автопарку, де транспортні засоби потребують підзарядки під час коротких зупинок.

 

3. Автобуси та електромобілі-великої вантажопідйомності

Автобуси, вантажівки, портові транспортні засоби та інші комерційні електричні транспортні засоби зазвичай мають велику ємність акумулятора; отже, зарядна інфраструктура може вимагати більшої вихідної потужності та здатності працювати безперервно протягом тривалого часу.

З розвитком високо-стандартів і систем заряджання-таких як MCS-важливість технології рідинного охолодження в-зарядних програмах із високим струмом стає все більш важливою.

 

4. Високо{1}}зарядні станції

Якщо зарядна станція потрібна для безперервного обслуговування великої кількості транспортних засобів протягом дня, фактичне робоче навантаження обладнання може бути набагато вищим, ніж у типових офісних або житлових умовах.

 

 

Оскільки попит на заряджання автомобілів з новою енергією продовжує зростати,-системи зарядки високої потужності розвиваються в кількох ключових напрямках.

 

1. Вища сила

Системи зарядки переходять від традиційних нижчих рівнів потужності до сотень кіловат або навіть діапазону мегават (МВт).

 

2. Вища щільність потужності

Конфігурація більшої кількості модулів живлення в одній шафі висуває більші вимоги до управління температурою та структурного дизайну.

 

3. Модульність

Модульні силові шафи дозволяють конфігурувати різну кількість силових модулів відповідно до вимог проекту, а також полегшують технічне обслуговування та масштабування потужності.

 

4. Розумний розподіл електроенергії

Майбутні зарядні станції не обов’язково забезпечуватимуть постійну потужність для кожного автомобіля; натомість потужність розподілятиметься динамічно на основі таких факторів, як стан заряду автомобіля (SOC),-потреби заряджання в реальному часі та навантаження на інші зарядні термінали.

 

Наразі системи розподіленого заряджання класу 600 кВт- уже використовують динамічний розподіл потужності, що дозволяє кільком транспортним засобам спільно використовувати централізовану електростанцію.

 

5. Розширене застосування технології рідинного охолодження

Завдяки потребі у вищій потужності та струмі технологія рідинного охолодження виходить за межі блоків живлення та все частіше застосовуватиметься до таких компонентів, як зарядні гармати, кабелі та роз’єми.