Течно охлаждане срещу въздушно охлаждане за шкафове за зареждане с постоянен ток с висока-мощност: Коя технология да изберете?

Тъй като пробегът на нови енергийни превозни средства (NEV) продължава да се увеличава-и с нарастващото търсене на бързо попълване на енергия в зоните за обслужване на магистрали, логистични паркове, автобусни депа и широкомащабни-станции за зареждане-с висока-мощност DC зареждането се очертава като ключова посока за развитие на инфраструктурата за зареждане на NEV.

 

В сравнение със стандартното оборудване за зареждане с ниска-мощност, системите за зареждане с постоянен ток с висока-мощност трябва да прехвърлят повече енергия за по-малко време; следователно компоненти като модули за зареждане, захранващи устройства, шини, конектори и кабели за зареждане са подложени на по-високи топлинни натоварвания.

На този фон технологията за управление на топлината се превърна в критичен фактор при проектирането на шкафове за зареждане с постоянен ток с висока-мощност.

Понастоящем високо{0}}оборудването за зареждане използва предимно два метода за управление на топлината:

 

· Въздушно охлаждане
· Течно охлаждане

 

И така, какви точно са разликите между въздушно охлаждане и течно охлаждане? Защо течното охлаждане придобива все по-голямо значение при бързото зареждане с постоянен ток? И как да направите правилния избор при закупуването на тези шкафове?

 

 

Основната функция на шкаф за зареждане с постоянен ток с висока-мощност е да преобразува променлив ток от мрежата в постоянен ток, подходящ за тяговите батерии на превозни средства с нова енергия.

 

Основният процес на преобразуване на енергия може да се обобщи, както следва:

 

AC Grid → Power Module → DC Output → Charging Dispenser → EV Battery

 

По време на този процес компоненти в захранващия модул-като полупроводникови устройства, индуктори, кондензатори, трансформатори и друга силова електроника-генерират топлина.

 

Въпреки че модерните модули за зареждане могат да се похвалят с висока ефективност на преобразуване, в системи за зареждане, работещи на ниво стотици{0}}-киловата, дори малък процент загуба на ефективност може да доведе до значително абсолютно топлинно натоварване.

 

Например, когато система за зареждане с висока{0}}мощност непрекъснато доставя стотици киловати мощност, топлината, генерирана от вътрешните загуби, трябва непрекъснато да се разсейва; в противен случай могат да възникнат следните проблеми:

 

· Повишаване на температурите на силовите компоненти
· Намалена ефективност на зареждане
· Ограничения на изходната мощност
· Компрометиран живот на компонентите
· Активиране на защитните механизми на системата
· Намалена стабилност при продължителна работа

 

Следователно, за шкаф за зареждане с постоянен ток с висока-мощност, охладителната система не е просто спомагателен компонент, а критичен елемент, който определя постоянната производителност на оборудването.

 

 

Шкаф за зареждане с постоянен ток с въздушно охлаждане използва въздух като охлаждаща среда за разсейване на топлината, генерирана вътре в оборудването, в околната среда чрез компоненти като вентилатори, радиатори и въздуховоди.

 

Типичната система с въздушно{0}}охлаждане обикновено включва:

 

·Вентилатор за охлаждане
· Радиатор
· Въздуховод
· Въздушен филтър
· Температурен сензор
· Вентилационна структура

 

Основният му принцип на действие е:

 

Генериране на топлина → Радиатор → Принуден въздушен поток → Разсейване на топлина → Околен въздух

 

Вентилаторите насочват въздуха през захранващите модули и радиаторите, отвеждайки топлината извън оборудването.

Този подход се отличава със сравнително зрял дизайн и остава изключително практичен за оборудване за зареждане с постоянен ток със средна-мощност и приложения с подходящи условия на околната среда.

 

 

-Охлаждаемата с течност кутия за зареждане с постоянен ток използва охлаждаща течност като среда за пренос на топлина.

 

В сравнение с въздуха, течността, циркулираща през специално проектиран охлаждащ контур, може по-ефективно да пренася топлината, генерирана вътре в оборудването, към топлообменник за последващо разсейване в околната среда.

 

Типичната система с{0}}течно охлаждане може да включва:

 

· Помпа за охлаждащата течност
· Охлаждаща плоча
· Топлообменник
· Радиатор
· Резервоар за охлаждаща течност
· Температурен сензор
· Сензор за поток
· Система за мониторинг на налягането

 

Основният оперативен процес може да се обобщи като:

 

Захранващ модул → Охладителна плоча → Охлаждаща течност → Топлообменник → Радиатор → Разсейване на топлината

 

В системите за зареждане с по-висока-мощност технологията за течно охлаждане може да се приложи не само към модулите за захранване вътре в шкафа, но и към кабелите и конекторите за зареждане с висок{1}}ток.

 

Например публично достъпни данни от индустрията показват разпределени системи за зареждане,-включващи 600 kW захранващ шкаф, съчетан с 500 A-кабели за зареждане с течно охлаждане-, проектирани да поддържат едновременно зареждане за множество превозни средства, като същевременно динамично разпределят енергия въз основа на-потреблението на превозното средство в реално време.

 

 

1. По-подходящ за проекти с висока плътност на мощността

Тъй като мощността на зареждане с постоянен ток продължава да нараства, шкафовете за зареждане изискват инсталирането на повече или по-висок{0}}модули за захранваща електроника.

Ако трябва просто да се добавят повече вентилатори и да се увеличи въздушният поток, проблеми като дизайн на пътя на вътрешния въздушен поток, размери на радиатора, нива на шум и ограничения на пространството на шкафа биха се превърнали в значителни предизвикателства.

 

Обратно, системите за течно охлаждане използват охлаждащи плочи и циркулационни контури за извличане на топлина директно от околностите на-генериращите топлина компоненти, като по този начин предлагат по-голяма гъвкавост на дизайна за оборудване с висока плътност на мощността.

 

2. Улеснява зареждането с висок-ток

Мощността на зареждане може просто да се изрази като:

 

P = U × I

 

С други думи, за дадено напрежение увеличаването на мощността на зареждане изисква по-висок ток.

С нарастването на тока обаче генерирането на топлина в проводниците, кабелите и съединителите става по-изразено.

 

 

Решенията за течно охлаждане трябва да бъдат приоритетни за проекти със следните характеристики:

 

1. Ултра{1}}станции за зареждане по магистрала

Обслужващите магистрали зони обикновено изискват кратки времена на престой на превозното средство, което създава голямо търсене на възможности за бързо попълване на енергия.

Когато няколко превозни средства се зареждат едновременно, оборудването за зареждане може да работи при високи натоварвания за продължителни периоди, поставяйки по-големи изисквания към системите за управление на топлината.

 

2. Търговски превозни средства и логистични паркове

Логистичните превозни средства обикновено работят по определени графици със специфични прозорци за презареждане.

За автопаркове, които изискват бързо време за изпълнение, високо{0}}мощното зареждане с постоянен ток може да помогне за минимизиране на времето, което превозните средства прекарват на станции за зареждане.

Министерството на енергетиката на САЩ също отбеляза, че бързото зареждане с постоянен ток е подходящо за определени приложения във флота, където превозните средства трябва да се зареждат по време на кратки спирания.

 

3. Автобуси и тежкотоварни-електрически превозни средства

Автобуси, камиони, пристанищни превозни средства и други търговски електрически превозни средства обикновено имат голям капацитет на батерията; следователно инфраструктурата за зареждане може да изисква по-висока изходна мощност и възможност за непрекъсната работа за по-дълго време.

С разработването на високо{0}}стандарти и системи за зареждане-като MCS-значението на технологията за течно охлаждане в приложения за зареждане с висок-ток става все по-значимо.

 

4. Зарядни станции с-висока степен на използване

Ако се изисква станция за зареждане, за да обслужва непрекъснато голям брой превозни средства през целия ден, действителното работно натоварване на оборудването може да бъде много по-високо от това, което се среща в типичните офиси или жилищни условия.

 

 

Тъй като търсенето на зареждане на нови енергийни превозни средства продължава да расте,-системите за зареждане с висока мощност се развиват в няколко ключови посоки.

 

1. Висша сила

Системите за зареждане преминават от традиционни, по-ниски нива на мощност към мощности от стотици киловати или дори мегават (MW).

 

2. По-висока плътност на мощността

Конфигурирането на повече захранващи модули в рамките на един и същ отпечатък на шкафа поставя по-големи изисквания към управлението на топлината и структурния дизайн.

 

3. Модулност

Модулните захранващи шкафове позволяват конфигуриране на различен брой захранващи модули въз основа на изискванията на проекта, като същевременно улесняват поддръжката и скалируемостта на мощността.

 

4. Интелигентно разпределение на мощността

Бъдещите станции за зареждане няма непременно да доставят фиксирана мощност на всяко превозно средство; вместо това мощността ще се разпределя динамично въз основа на фактори като състояние на зареждане на превозното средство (SOC),-изисквания за зареждане в реално време и натоварването на други терминали за зареждане.

 

Понастоящем системите за разпределено зареждане от клас 600 kW- вече използват динамично разпределение на мощността, което позволява на множество превозни средства да споделят централизиран захранващ шкаф.

 

5. Разширено приложение на технологията за течно охлаждане

Водена от нуждата от по-висока мощност и ток, технологията за течно охлаждане ще се разшири отвъд захранващите шкафове, за да се прилага все повече към компоненти като пистолети за зареждане, кабели и конектори.