Жидкостное или воздушное охлаждение для зарядных шкафов постоянного-мощного постоянного тока: какую технологию выбрать?

Поскольку запас хода новых энергетических транспортных средств (NEV) продолжает увеличиваться,-а также растущий спрос на быстрое пополнение запасов энергии в зонах обслуживания автомагистралей, логистических парков, автобусных парков и крупных-зарядных станций-высокомощной-зарядки постоянным током, становится ключевым направлением развития зарядной инфраструктуры NEV.

 

По сравнению со стандартным зарядным оборудованием малой-мощности, системы зарядки постоянного тока высокой-мощности должны передавать больше энергии за меньшее время; следовательно, такие компоненты, как зарядные модули, силовые устройства, шины, разъемы и зарядные кабели, подвергаются более высоким тепловым нагрузкам.

На этом фоне технология управления температурным режимом стала решающим фактором при проектировании зарядных шкафов постоянного тока высокой-мощности.

В настоящее время в зарядном оборудовании большой-мощности в основном используются два метода управления температурным режимом:

 

· Воздушное охлаждение
· Жидкостное охлаждение

 

Итак, в чем же разница между воздушным охлаждением и жидкостным охлаждением? Почему жидкостное охлаждение приобретает все большее значение для быстрой зарядки постоянным током? И как сделать правильный выбор при покупке этих шкафов?

 

 

Основная функция-мощного зарядного шкафа постоянного тока – преобразование переменного тока из сети в постоянный ток, подходящий для тяговых аккумуляторов транспортных средств, работающих на новых источниках энергии.

 

Основной процесс преобразования энергии можно резюмировать следующим образом:

 

Сеть переменного тока → Модуль питания → Выход постоянного тока → Зарядное устройство → Аккумулятор электромобиля

 

Во время этого процесса компоненты силового модуля-такие как полупроводниковые приборы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы и другая силовая электроника-выделяют тепло.

 

Хотя современные зарядные модули обладают высокой эффективностью преобразования, в системах зарядки, работающих на уровне сотен--киловатт, даже небольшой процент потери эффективности может привести к значительной абсолютной тепловой нагрузке.

 

Например, когда мощная-система зарядки непрерывно выдает сотни киловатт энергии, тепло, выделяемое внутренними потерями, должно постоянно рассеиваться; в противном случае могут возникнуть следующие проблемы:

 

· Повышение температуры силовых компонентов
· Снижение эффективности зарядки
· Ограничения выходной мощности
· Сокращение срока службы компонентов
· Активация механизмов защиты системы
· Снижение устойчивости при длительной эксплуатации

 

Таким образом, для зарядного шкафа постоянного тока высокой-мощности система охлаждения является не просто вспомогательным компонентом, а критически важным элементом, определяющим устойчивую выходную мощность оборудования.

 

 

Шкаф зарядки постоянного тока с воздушным-охлаждением использует воздух в качестве охлаждающей среды для рассеивания тепла, выделяемого внутри оборудования, в окружающую среду через такие компоненты, как вентиляторы, радиаторы и воздуховоды.

 

Типичная система воздушного-охлаждения обычно включает в себя:

 

·Охлаждающий вентилятор
· Радиатор
· Воздуховод
· Воздушный фильтр
· Датчик температуры
· Вентиляционная конструкция

 

Основной принцип его работы:

 

Выделение тепла → Радиатор → Принудительный поток воздуха → Рассеяние тепла → Окружающий воздух

 

Вентиляторы прогоняют воздух через силовые модули и радиаторы, отводя тепло от оборудования.

Этот подход отличается относительно продуманной конструкцией и остается весьма практичным для зарядного оборудования постоянного тока средней-мощности и приложений с подходящими условиями окружающей среды.

 

 

В зарядном шкафу постоянного тока с жидкостным-охлаждением в качестве теплоносителя используется охлаждающая жидкость.

 

По сравнению с воздухом жидкость, циркулирующая по специально разработанному контуру охлаждения, может более эффективно передавать тепло, образующееся внутри оборудования, в теплообменник для последующего рассеивания в окружающую среду.

 

Типичная система-с жидкостным охлаждением может включать в себя:

 

· Насос охлаждающей жидкости
· Охлаждающая пластина
· Теплообменник
· Радиатор
· Резервуар охлаждающей жидкости
· Датчик температуры
· Датчик потока
· Система контроля давления

 

Основной рабочий процесс можно резюмировать следующим образом:

 

Силовой модуль → Охлаждающая пластина → Охлаждающая жидкость → Теплообменник → Радиатор → Рассеяние тепла

 

В системах зарядки более высокой-мощности технология жидкостного охлаждения может применяться не только к силовым модулям внутри шкафа, но также к силовым-кабельным зарядным кабелям и разъемам.

 

Например, общедоступные отраслевые данные показывают системы распределенной зарядки,-включающие силовой шкаф мощностью 600 кВт в сочетании с зарядными кабелями с жидкостным охлаждением на ток 500 А--, предназначенные для поддержки одновременной зарядки нескольких транспортных средств с динамическим распределением мощности в зависимости от потребностей транспортных средств в-реальном времени.

 

 

1. Лучше подходит для конструкций с высокой плотностью мощности.

Поскольку мощность зарядки постоянного тока продолжает расти, зарядные шкафы требуют установки модулей силовой электроники большей или большей-мощности.

Если бы нужно было просто добавить больше вентиляторов и увеличить воздушный поток, такие проблемы, как конструкция внутреннего канала воздушного потока, размеры радиатора, уровни шума и ограничения по пространству в шкафу, стали бы серьезными проблемами.

 

Напротив, в системах жидкостного охлаждения используются охлаждающие пластины и циркуляционные контуры для отвода тепла непосредственно от тепловыделяющих-компонентов, тем самым обеспечивая большую гибкость проектирования оборудования с высокой удельной мощностью.

 

2. Облегчает зарядку большим-током.

Зарядную мощность можно просто выразить как:

 

P = U × I

 

Другими словами, для данного напряжения увеличение мощности зарядки требует более высокого тока.

Однако по мере увеличения тока выделение тепла в проводниках, кабелях и разъемах становится более выраженным.

 

 

Решения для жидкостного охлаждения должны быть приоритетными для проектов со следующими характеристиками:

 

1. Станции сверхбыстрой-зарядки для шоссе.

В зонах обслуживания автомагистралей обычно требуется короткое время простоя транспортных средств, что создает высокий спрос на возможности быстрого пополнения энергии.

Когда несколько транспортных средств заряжаются одновременно, зарядное оборудование может работать под высокими нагрузками в течение длительных периодов времени, что предъявляет более высокие требования к системам управления температурным режимом.

 

2. Коммерческий транспорт и логистический парк.

Логистические транспортные средства обычно работают по определенному графику с определенными интервалами для подзарядки.

Для автопарков, которым требуется быстрое время выполнения работ,-мощная зарядка постоянным током может помочь минимизировать время, которое транспортные средства проводят на зарядных станциях.

Министерство энергетики США также отметило, что быстрая зарядка постоянным током подходит для некоторых автопарков, где транспортным средствам необходимо подзаряжаться во время коротких остановок.

 

3. Автобусы и большегрузные-электромобили.

Автобусы, грузовики, портовые автомобили и другие коммерческие электромобили обычно имеют аккумуляторы большой емкости; следовательно, инфраструктура зарядки может потребовать более высокой выходной мощности и способности работать непрерывно в течение более длительного времени.

С развитием-стандартов и систем зарядки высокой мощности,-таких как MCS,-важность технологии жидкостного охлаждения в приложениях зарядки с высоким-током становится все более значимой.

 

4. Зарядные станции с высокой-загрузкой

Если зарядной станции необходимо непрерывно обслуживать большое количество транспортных средств в течение дня, фактическая эксплуатационная нагрузка оборудования может быть намного выше, чем в типичных офисных или жилых помещениях.

 

 

Поскольку спрос на зарядку транспортных средств на новых источниках энергии продолжает расти, системы зарядки высокой-мощности развиваются в нескольких ключевых направлениях.

 

1. Высшая Сила

Системы зарядки переходят от традиционных, более низких уровней мощности к мощностям в сотни киловатт или даже в диапазон мегаватт (МВт).

 

2. Более высокая плотность мощности

Установка большего количества силовых модулей в пределах одной площади шкафа предъявляет более высокие требования к терморегулированию и структурному проектированию.

 

3. Модульность

Модульные силовые шкафы позволяют конфигурировать различное количество силовых модулей в зависимости от требований проекта, а также облегчают обслуживание и масштабирование мощности.

 

4. Интеллектуальное распределение мощности

Будущие зарядные станции не обязательно будут обеспечивать фиксированную мощность для каждого автомобиля; вместо этого мощность будет распределяться динамически на основе таких факторов, как состояние заряда автомобиля (SOC), требования к зарядке в-режиме времени и нагрузка на другие зарядные терминалы.

 

В настоящее время системы распределенной зарядки класса 600 кВ- уже используют динамическое распределение мощности, что позволяет нескольким автомобилям использовать один централизованный силовой шкаф.

 

5. Расширенное применение технологии жидкостного охлаждения.

Ввиду потребности в более высокой мощности и токе технология жидкостного охлаждения выйдет за рамки силовых шкафов и будет все чаще применяться к таким компонентам, как зарядные пистолеты, кабели и разъемы.