Υγρή ψύξη έναντι αερόψυξης για ντουλάπια φόρτισης DC υψηλής ισχύος-: Ποια τεχνολογία πρέπει να επιλέξετε;

Καθώς η εμβέλεια οδήγησης των νέων ενεργειακών οχημάτων (NEV) συνεχίζει να αυξάνεται-και με την αυξανόμενη ζήτηση για ταχεία αναπλήρωση ενέργειας σε περιοχές εξυπηρέτησης αυτοκινητοδρόμων, πάρκα logistics, αποθήκες λεωφορείων και σταθμούς φόρτισης μεγάλης{{1}κλίμακας-υψηλής-ηλεκτρικής ισχύος Η φόρτιση DC αναδύεται ως βασική ανάπτυξη υποδομής φόρτισης EV.

 

Σε σύγκριση με τον τυπικό-εξοπλισμό φόρτισης χαμηλής ισχύος, τα συστήματα φόρτισης DC υψηλής-ισχύος πρέπει να μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια σε λιγότερο χρόνο. Συνεπώς, εξαρτήματα όπως μονάδες φόρτισης, συσκευές τροφοδοσίας, ζυγοί, σύνδεσμοι και καλώδια φόρτισης υπόκεινται σε υψηλότερα θερμικά φορτία.

Σε αυτό το πλαίσιο, η τεχνολογία διαχείρισης θερμότητας έχει καταστεί κρίσιμος παράγοντας για το σχεδιασμό ντουλαπιών φόρτισης DC υψηλής ισχύος{{0}.

Επί του παρόντος, ο εξοπλισμός φόρτισης υψηλής- ισχύος χρησιμοποιεί κυρίως δύο μεθόδους θερμικής διαχείρισης:

 

· Αερόψυξη
· Υγρόψυξη

 

Λοιπόν, ποιες ακριβώς είναι οι διαφορές μεταξύ της ψύξης με αέρα και της υγρής ψύξης; Γιατί η υγρή ψύξη αποκτά αυξανόμενη σημασία στη γρήγορη φόρτιση DC; Και πώς πρέπει να κάνει κανείς τη σωστή επιλογή όταν αγοράζει αυτά τα ντουλάπια;

 

 

Η βασική λειτουργία ενός θαλάμου φόρτισης DC υψηλής- ισχύος είναι να μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος από το δίκτυο σε ισχύ συνεχούς ρεύματος κατάλληλη για τις μπαταρίες έλξης οχημάτων νέας ενέργειας.

 

Η βασική διαδικασία μετατροπής ενέργειας μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

 

Δίκτυο AC → Μονάδα ισχύος → Έξοδος DC → Διανομέας φόρτισης → Μπαταρία EV

 

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, στοιχεία εντός της μονάδας ισχύος-όπως συσκευές ημιαγωγών, πηνία, πυκνωτές, μετασχηματιστές και άλλα ηλεκτρονικά στοιχεία ισχύος-παράγουν θερμότητα.

 

Αν και οι σύγχρονες μονάδες φόρτισης διαθέτουν υψηλή απόδοση μετατροπής, σε συστήματα φόρτισης που λειτουργούν σε επίπεδο εκατοντάδων-από-κιλοβάτ, ακόμη και ένα μικρό ποσοστό απώλειας απόδοσης μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό απόλυτο θερμικό φορτίο.

 

Για παράδειγμα, όταν ένα-σύστημα φόρτισης υψηλής ισχύος αποδίδει συνεχώς εκατοντάδες κιλοβάτ ισχύος, η θερμότητα που παράγεται από τις εσωτερικές απώλειες πρέπει να διαχέεται συνεχώς. Διαφορετικά, ενδέχεται να προκύψουν τα ακόλουθα ζητήματα:

 

· Αύξηση της θερμοκρασίας των εξαρτημάτων ισχύος
· Μειωμένη απόδοση φόρτισης
· Περιορισμοί ισχύος εξόδου
· Συμβιβασμένη διάρκεια ζωής εξαρτημάτων
· Ενεργοποίηση μηχανισμών προστασίας του συστήματος
· Μειωμένη σταθερότητα κατά την παρατεταμένη λειτουργία

 

Επομένως, για ένα ντουλάπι φόρτισης DC υψηλής ισχύος, το σύστημα ψύξης δεν είναι απλώς ένα βοηθητικό εξάρτημα, αλλά ένα κρίσιμο στοιχείο που καθορίζει τη διαρκή ικανότητα εξόδου του εξοπλισμού.

 

 

Ένα ντουλάπι φόρτισης DC που ψύχεται με αέρα- χρησιμοποιεί τον αέρα ως ψυκτικό μέσο για να διαχέει τη θερμότητα που παράγεται μέσα στον εξοπλισμό στο περιβάλλον περιβάλλον μέσω εξαρτημάτων όπως ανεμιστήρες, ψύκτρες και αεραγωγούς.

 

Ένα τυπικό σύστημα αερόψυξης συνήθως περιλαμβάνει:

 

·Ανεμιστήρας ψύξης
· Ψύκτρα
· Αεραγωγός
· Φίλτρο αέρα
· Αισθητήρας θερμοκρασίας
· Δομή εξαερισμού

 

Η βασική αρχή λειτουργίας του είναι:

 

Παραγωγή θερμότητας → Ψύκτρα → Εξαναγκασμένη ροή αέρα → Διάχυση θερμότητας → Αέρας περιβάλλοντος

 

Οι ανεμιστήρες διοχετεύουν αέρα μέσω των μονάδων ισχύος και των ψυκτών θερμότητας, μεταφέροντας θερμότητα από τον εξοπλισμό.

Αυτή η προσέγγιση διαθέτει σχετικά ώριμο σχεδιασμό και παραμένει εξαιρετικά πρακτική για εξοπλισμό φόρτισης DC μεσαίας-ισχύς και εφαρμογές με κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες.

 

 

Ένα υγρόψυκτο-ντουλάπι φόρτισης DC χρησιμοποιεί ένα ψυκτικό ως μέσο μεταφοράς θερμότητας.

 

Σε σύγκριση με τον αέρα, το υγρό που κυκλοφορεί μέσω ενός ειδικά σχεδιασμένου βρόχου ψύξης μπορεί να μεταφέρει πιο αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται μέσα στον εξοπλισμό σε έναν εναλλάκτη θερμότητας για επακόλουθη διάχυση στο περιβάλλον.

 

Ένα τυπικό σύστημα υγρής ψύξης-μπορεί να περιλαμβάνει:

 

· Αντλία ψυκτικού υγρού
· Πλάκα ψύξης
· Εναλλάκτης θερμότητας
· Καλοριφέρ
· Δεξαμενή ψυκτικού υγρού
· Αισθητήρας θερμοκρασίας
· Αισθητήρας ροής
· Σύστημα παρακολούθησης πίεσης

 

Η βασική διαδικασία λειτουργίας μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

 

Μονάδα ισχύος → Πλάκα ψύξης → Ψυκτικό → Εναλλάκτης θερμότητας → Καλοριφέρ → Διάχυση θερμότητας

 

Σε συστήματα φόρτισης με υψηλότερη-ισχύ, η τεχνολογία υγρής ψύξης μπορεί να εφαρμοστεί όχι μόνο στις μονάδες τροφοδοσίας μέσα στο περίβλημα, αλλά και σε καλώδια φόρτισης και συνδέσμους υψηλής-ρεύματος.

 

Για παράδειγμα, τα δημόσια διαθέσιμα δεδομένα του κλάδου δείχνουν κατανεμημένα συστήματα φόρτισης-που διαθέτουν θάλαμο ισχύος 600 kW σε συνδυασμό με-καλώδια φόρτισης με υγρή ψύξη 500 A-σχεδιασμένα για να υποστηρίζουν ταυτόχρονη φόρτιση για πολλά οχήματα, ενώ κατανέμουν δυναμικά την ισχύ με βάση τη ζήτηση σε πραγματικό χρόνο{5} του οχήματος.

 

 

1. Ταιριάζει καλύτερα για σχέδια υψηλής πυκνότητας ισχύος

Καθώς η ισχύς φόρτισης συνεχούς ρεύματος συνεχίζει να αυξάνεται, τα ντουλάπια φόρτισης απαιτούν την εγκατάσταση περισσότερων ή μεγαλύτερης-μονάδας ηλεκτρονικών ισχύος.

Αν κάποιος απλώς προσθέσει περισσότερους ανεμιστήρες και αυξάνει τη ροή αέρα, ζητήματα όπως ο σχεδιασμός της εσωτερικής διαδρομής ροής αέρα, οι διαστάσεις της ψύκτρας, τα επίπεδα θορύβου και οι περιορισμοί χώρου του ντουλαπιού θα αποτελούσαν σημαντικές προκλήσεις.

 

Αντίθετα, τα συστήματα υγρής ψύξης χρησιμοποιούν ψυκτικές πλάκες και βρόχους κυκλοφορίας για την εξαγωγή θερμότητας απευθείας από την περιοχή των εξαρτημάτων που παράγουν θερμότητα-, προσφέροντας έτσι μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμού για εξοπλισμό υψηλής πυκνότητας ισχύος.

 

2. Διευκολύνει τη φόρτιση υψηλής-ρεύματος

Η ισχύς φόρτισης μπορεί απλά να εκφραστεί ως εξής:

 

P = U × I

 

Με άλλα λόγια, για μια δεδομένη τάση, η αύξηση της ισχύος φόρτισης απαιτεί υψηλότερο ρεύμα.

Ωστόσο, καθώς το ρεύμα αυξάνεται, η παραγωγή θερμότητας σε αγωγούς, καλώδια και συνδέσμους γίνεται πιο έντονη.

 

 

Οι λύσεις υγρής ψύξης θα πρέπει να έχουν προτεραιότητα για έργα με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

 

1. Σταθμοί εξαιρετικά-ταχείας φόρτισης εθνικής οδού

Οι περιοχές εξυπηρέτησης αυτοκινητόδρομων απαιτούν συνήθως σύντομους χρόνους παραμονής των οχημάτων, δημιουργώντας υψηλή ζήτηση για δυνατότητες ταχείας αναπλήρωσης ενέργειας.

Όταν πολλά οχήματα φορτίζονται ταυτόχρονα, ο εξοπλισμός φόρτισης μπορεί να λειτουργεί υπό υψηλά φορτία για παρατεταμένες περιόδους, θέτοντας μεγαλύτερες απαιτήσεις στα συστήματα θερμικής διαχείρισης.

 

2. Στόλος επαγγελματικών οχημάτων και logistics

Τα οχήματα εφοδιαστικής συνήθως λειτουργούν σε καθορισμένα χρονοδιαγράμματα με συγκεκριμένα παράθυρα για επαναφόρτιση.

Για στόλους που απαιτούν γρήγορους χρόνους επαναφοράς, η φόρτιση DC υψηλής ισχύος-μπορεί να συμβάλει στην ελαχιστοποίηση του χρόνου που περνούν τα οχήματα στους σταθμούς φόρτισης.

Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ σημείωσε επίσης ότι η γρήγορη φόρτιση DC είναι κατάλληλη για ορισμένες εφαρμογές στόλου όπου τα οχήματα πρέπει να επαναφορτιστούν κατά τη διάρκεια σύντομων στάσεων.

 

3. Λεωφορεία και βαρέα-ηλεκτρικά οχήματα

Τα λεωφορεία, τα φορτηγά, τα λιμενικά οχήματα και άλλα εμπορικά ηλεκτρικά οχήματα διαθέτουν συνήθως μεγάλη χωρητικότητα μπαταριών. Κατά συνέπεια, η υποδομή φόρτισης μπορεί να απαιτεί υψηλότερη ισχύ εξόδου και δυνατότητα συνεχούς λειτουργίας για μεγαλύτερη διάρκεια.

Με την ανάπτυξη-προτύπων και συστημάτων φόρτισης υψηλής ισχύος-όπως το MCS-η σημασία της τεχνολογίας υγρής ψύξης σε εφαρμογές φόρτισης υψηλής-ρεύματος έχει γίνει ολοένα και πιο σημαντική.

 

4. Σταθμοί φόρτισης υψηλής-χρήσης

Εάν απαιτείται ένας σταθμός φόρτισης για να εξυπηρετεί μεγάλο αριθμό οχημάτων συνεχώς κατά τη διάρκεια της ημέρας, το πραγματικό φορτίο λειτουργίας του εξοπλισμού μπορεί να είναι πολύ υψηλότερο από αυτό που συναντάμε σε τυπικά περιβάλλοντα γραφείου ή κατοικίας.

 

 

Καθώς η ζήτηση για φόρτιση νέων ενεργειακών οχημάτων συνεχίζει να αυξάνεται, τα συστήματα φόρτισης υψηλής-ισχύς εξελίσσονται σε πολλές βασικές κατευθύνσεις.

 

1. Ανώτερη ισχύς

Τα συστήματα φόρτισης μετατοπίζονται από τα παραδοσιακά, χαμηλότερα επίπεδα ισχύος σε χωρητικότητες εκατοντάδων κιλοβάτ ή ακόμα και στην περιοχή μεγαβάτ (MW).

 

2. Υψηλότερη πυκνότητα ισχύος

Η διαμόρφωση περισσότερων μονάδων ισχύος στο ίδιο αποτύπωμα ντουλαπιού δημιουργεί μεγαλύτερες απαιτήσεις στη θερμική διαχείριση και τη δομική σχεδίαση.

 

3. Αρθρωτότητα

Τα αρθρωτά ντουλάπια ισχύος επιτρέπουν τη διαμόρφωση διαφορετικού αριθμού μονάδων ισχύος με βάση τις απαιτήσεις του έργου, ενώ διευκολύνουν επίσης τη συντήρηση και την επεκτασιμότητα της ισχύος.

 

4. Έξυπνη κατανομή ισχύος

Οι μελλοντικοί σταθμοί φόρτισης δεν θα παρέχουν απαραίτητα σταθερή ισχύ σε κάθε όχημα. Αντίθετα, η ισχύς θα κατανέμεται δυναμικά με βάση παράγοντες όπως η κατάσταση φόρτισης του οχήματος (SOC), οι απαιτήσεις φόρτισης σε πραγματικό χρόνο και το φορτίο σε άλλα τερματικά φόρτισης.

 

Επί του παρόντος, τα κατανεμημένα συστήματα φόρτισης κατηγορίας 600 kW- χρησιμοποιούν ήδη δυναμική κατανομή ισχύος, επιτρέποντας σε πολλά οχήματα να μοιράζονται έναν κεντρικό πίνακα ισχύος.

 

5. Διευρυμένη Εφαρμογή Τεχνολογίας Υγρής Ψύξης

Καθοδηγούμενη από την ανάγκη για υψηλότερη ισχύ και ρεύμα, η τεχνολογία υγρής ψύξης θα επεκταθεί πέρα ​​από τα ντουλάπια τροφοδοσίας για να εφαρμόζεται όλο και περισσότερο σε εξαρτήματα όπως πιστόλια φόρτισης, καλώδια και βύσματα.