Nestejäähdytys vs. ilmajäähdytys suuritehoisille-DC-latauskaapeille: mikä tekniikka kannattaa valita?

Uusien energiaajoneuvojen (NEV) ajomatkan kasvaessa-ja nopean energian täydentämisen kysynnän kasvaessa valtateiden palvelualueilla logistiikkapuistot, linja-autovarastot ja suuret-latausasemat-suuritehoiset-tasavirtalataukset ovat nousemassa NEV-ajoneuvojen latausinfrastruktuurin keskeiseksi kehityssuunnaksi.

 

Verrattuna tavallisiin pienitehoisiin-latauslaitteisiin, suuritehoisten-DC-latausjärjestelmien on siirrettävä enemmän energiaa lyhyemmässä ajassa. Tämän seurauksena komponentit, kuten latausmoduulit, teholaitteet, virtakiskot, liittimet ja latauskaapelit, altistuvat suuremmille lämpökuormituksille.

Tätä taustaa vasten lämmönhallintatekniikasta on tullut kriittinen tekijä suuritehoisten{0}}DC-latauskaappien suunnittelussa.

Tällä hetkellä suuritehoiset{0}}latauslaitteet käyttävät pääasiassa kahta lämmönhallintamenetelmää:

 

· Ilmajäähdytys
· Nestejäähdytys

 

Joten mitä eroja on ilmajäähdytyksen ja nestejäähdytyksen välillä? Miksi nestejäähdytyksen merkitys tasavirtapikalatauksessa kasvaa? Ja miten pitäisi tehdä oikea valinta näitä kaappeja ostettaessa?

 

 

Tehokkaan-DC-latauskaapin ydintehtävä on muuntaa verkosta tuleva vaihtovirta tasavirtalähteeksi, joka sopii uusien energiaajoneuvojen vetoakkuihin.

 

Perusenergian muunnosprosessi voidaan tiivistää seuraavasti:

 

AC Grid → Virtamoduuli → DC-lähtö → Latausannostelija → EV-akku

 

Tämän prosessin aikana tehomoduulin komponentit,{0}}kuten puolijohdelaitteet, induktorit, kondensaattorit, muuntajat ja muu tehoelektroniikka{1}}tuottavat lämpöä.

 

Vaikka nykyaikaisilla latausmoduuleilla on korkea muunnostehokkuus, satojen{0}}-kilowattien tasolla toimivissa latausjärjestelmissä pienikin prosenttiosuus tehokkuuden menetyksestä voi johtaa merkittävään absoluuttiseen lämpökuormaan.

 

Esimerkiksi kun suuritehoinen{0}}latausjärjestelmä tuottaa jatkuvasti satoja kilowatteja tehoa, sisäisten häviöiden tuottamaa lämpöä on jatkuvasti hajautettava. muutoin voi ilmetä seuraavia ongelmia:

 

· Tehokomponenttien lämpötilan nousu
· Vähentynyt latausteho
· Lähtötehon rajoitukset
· Komponenttien käyttöikä vaarantunut
· Järjestelmän suojausmekanismien aktivointi
· Vähentynyt vakaus pitkäaikaisen käytön aikana

 

Siksi suuritehoisessa-DC-latauskaappissa jäähdytysjärjestelmä ei ole vain apukomponentti, vaan kriittinen elementti, joka määrittää laitteen jatkuvan tehon.

 

 

Ilmajäähdytteinen DC-latauskaappi käyttää ilmaa jäähdytysväliaineena laitteen sisällä syntyneen lämmön hajauttamiseen ympäröivään ympäristöön komponenttien, kuten tuulettimien, jäähdytyslevyjen ja ilmakanavien kautta.

 

Tyypillinen ilmajäähdytteinen{0}}järjestelmä sisältää yleensä:

 

·Jäähdytystuuletin
· Jäähdytyselementti
· Ilmakanava
· Ilmansuodatin
· Lämpötila-anturi
· Ilmanvaihtorakenne

 

Sen perustoimintaperiaate on:

 

Lämmöntuotanto → Jäähdytyselementti → Pakotettu ilmavirta → Lämmönpoisto → Ympäristöilma

 

Tuulettimet ohjaavat ilmaa tehomoduulien ja jäähdytyselementtien läpi kuljettaen lämpöä ulos laitteista.

Tämä lähestymistapa on suhteellisen kypsä rakenne, ja se on edelleen erittäin käytännöllinen keskitehoisissa{0}}DC-latauslaitteissa ja sovelluksissa, joissa ympäristöolosuhteet ovat sopivat.

 

 

Nestejäähdytteinen-DC-latauskaappi käyttää jäähdytysnestettä lämmönsiirtoaineena.

 

Verrattuna ilmaan, erityisesti suunnitellun jäähdytyssilmukan kautta kiertävä neste voi tehokkaammin siirtää laitteiston sisällä syntyneen lämmön lämmönvaihtimeen myöhempää hajoamista varten ympäristöön.

 

Tyypillinen nestejäähdytteinen{0}}järjestelmä voi sisältää:

 

· Jäähdytysnestepumppu
· Jäähdytyslevy
· Lämmönvaihdin
· Jäähdytin
· Jäähdytysnestesäiliö
· Lämpötila-anturi
· Virtausanturi
· Paineenvalvontajärjestelmä

 

Peruskäyttöprosessi voidaan tiivistää seuraavasti:

 

Tehomoduuli → Jäähdytyslevy → Jäähdytysneste → Lämmönvaihdin → Jäähdytin → Lämmönpoisto

 

Suuremman-tehon latausjärjestelmissä nestejäähdytystekniikkaa voidaan soveltaa paitsi kaapin sisällä oleviin tehomoduuleihin, myös korkeavirta-latauskaapeleihin ja -liittimiin.

 

Esimerkiksi julkisesti saatavilla olevat alan tiedot osoittavat hajautettuja latausjärjestelmiä,{0}}joissa on 600 kW:n tehokaappi ja 500 A:n nestejäähdytteiset latauskaapelit-,{4}} jotka on suunniteltu tukemaan useiden ajoneuvojen samanaikaista latausta ja jakamaan tehoa dynaamisesti ajoneuvon reaaliaikaisen{5}}tarpeen perusteella.

 

 

1. Soveltuu paremmin korkean tehotiheyden malleihin

Tasavirtalataustehon kasvaessa latauskaappiin on asennettava enemmän tai tehokkaampia{0}}tehoelektroniikkamoduuleja.

Jos vain lisättäisiin lisää tuulettimia ja lisättäisiin ilmavirtaa, sisäisten ilmavirtausten suunnittelun, jäähdytyselementin mittojen, melutasojen ja kaappitilan rajoitusten kaltaisista asioista tulisi merkittäviä haasteita.

 

Sitä vastoin nestejäähdytysjärjestelmät käyttävät jäähdytyslevyjä ja kiertosilmukoita lämmön poistamiseen suoraan lämpöä tuottavien komponenttien läheisyydestä, mikä tarjoaa suuremman suunnittelun joustavuuden suuritehoisille laitteille.

 

2. Helpottaa korkean-virran latausta

Latausteho voidaan ilmaista yksinkertaisesti seuraavasti:

 

P = U × I

 

Toisin sanoen tietyllä jännitteellä lataustehon lisääminen vaatii suurempaa virtaa.

Virran kasvaessa lämmön muodostuminen johtimissa, kaapeleissa ja liittimissä kuitenkin korostuu.

 

 

Nestejäähdytysratkaisut tulee asettaa etusijalle projekteissa, joilla on seuraavat ominaisuudet:

 

1. Highway ultra-pikalatausasemat

Valtateiden palvelualueet vaativat tyypillisesti lyhyitä ajoneuvojen viipymäaikoja, mikä luo suuren kysynnän nopealle energiantäyttökyvylle.

Kun useita ajoneuvoja latautuu samanaikaisesti, latauslaitteet voivat toimia suurilla kuormituksilla pitkiä aikoja, mikä asettaa suurempia vaatimuksia lämmönhallintajärjestelmille.

 

2. Hyötyajoneuvo- ja logistiikkalaivastot

Logistiikkaajoneuvot toimivat yleensä määrätyin aikatauluin, joissa on tietyt ikkunat latausta varten.

Nopeita läpimenoaikoja vaativissa kalustoissa suuritehoinen{0}}DC-lataus voi auttaa minimoimaan ajoneuvojen latausasemilla viettämän ajan.

Yhdysvaltain energiaministeriö on myös todennut, että DC-pikalataus soveltuu tiettyihin laivaston sovelluksiin, joissa ajoneuvoja on ladattava lyhyiden pysähdysten aikana.

 

3. Bussit ja raskaat-sähköajoneuvot

Busseissa, kuorma-autoissa, satama-ajoneuvoissa ja muissa kaupallisissa sähköajoneuvoissa on tyypillisesti suuri akkukapasiteetti; näin ollen latausinfrastruktuuri voi vaatia suurempaa tehoa ja kykyä toimia jatkuvasti pidempiä aikoja.

Korkeatehoisten-latausstandardien ja -järjestelmien,-kuten MCS-kehityksen myötä nestejäähdytystekniikan merkitys suurvirtalataussovelluksissa- on tullut yhä tärkeämmäksi.

 

4. Korkean käytön{1}}latausasemat

Jos latausasemaa vaaditaan palvelemaan useita ajoneuvoja jatkuvasti koko päivän ajan, laitteen todellinen käyttökuormitus voi olla paljon suurempi kuin tavallisessa toimisto- tai asuinympäristössä.

 

 

Kun uusien energiaajoneuvojen latauksen kysyntä kasvaa jatkuvasti,{0}}suuritehoiset latausjärjestelmät kehittyvät useisiin keskeisiin suuntiin.

 

1. Korkeampi teho

Latausjärjestelmät ovat siirtymässä perinteisistä alhaisemmista tehotasoista kohti satojen kilowattien tai jopa megawatin (MW) kapasiteettia.

 

2. Korkeampi tehotiheys

Useamman tehomoduulin määrittäminen saman kaapin sisällä asettaa suurempia vaatimuksia lämmönhallinnalle ja rakennesuunnittelulle.

 

3. Modulaarisuus

Modulaariset tehokaapit mahdollistavat vaihtelevan määrän tehomoduuleiden konfiguroinnin projektin vaatimusten mukaan, samalla kun ne helpottavat ylläpitoa ja tehon skaalautuvuutta.

 

4. Älykäs virranjako

Tulevat latausasemat eivät välttämättä toimita kiinteää tehoa jokaiseen ajoneuvoon; sen sijaan teho jaetaan dynaamisesti tekijöiden, kuten ajoneuvon lataustilan (SOC), reaaliaikaisten-lataustarpeiden ja muiden latausliittimien kuormituksen perusteella.

 

Tällä hetkellä 600 kW{1}}luokan hajautetut latausjärjestelmät käyttävät jo dynaamista tehonjakoa, minkä ansiosta useat ajoneuvot voivat jakaa keskitetyn virtakaapin.

 

5. Nestejäähdytysteknologian laajennettu sovellus

Suuremman tehon ja virran tarpeen vuoksi nestejäähdytystekniikka ulottuu virtakaappeja pidemmälle, ja sitä sovelletaan yhä enemmän komponentteihin, kuten latauspistooleihin, kaapeleihin ja liittimiin.