Folyadékhűtés és léghűtés a nagy-teljesítményű egyenáramú töltőszekrényekhez: melyik technológiát válassza?

Mivel az új energiahordozók (NEV) hatótávolsága folyamatosan növekszik,-és az autópálya-szolgáltatási területek gyors energia-utánpótlási igénye miatt, a logisztikai parkok, a buszpályaudvarok és a nagy-méretű töltőállomások-nagyteljesítményű-egyenáramú töltése az NEV-ek kulcsfontosságú töltési infrastruktúrájává válik.

 

A normál alacsony{0}}teljesítményű töltőberendezésekhez képest a nagy-teljesítményű egyenáramú töltőrendszereknek több energiát kell átadniuk rövidebb idő alatt; következésképpen az olyan alkatrészek, mint a töltőmodulok, tápegységek, gyűjtősínek, csatlakozók és töltőkábelek nagyobb hőterhelésnek vannak kitéve.

Ilyen körülmények között a hőkezelési technológia kritikus tényezővé vált a nagy teljesítményű egyenáramú töltőszekrények tervezésében-.

Jelenleg a nagy{0}}teljesítményű töltőberendezések elsősorban két hőkezelési módszert alkalmaznak:

 

· Léghűtés
· Folyadékhűtés

 

Tehát pontosan mi a különbség a léghűtés és a folyadékhűtés között? Miért kap egyre nagyobb jelentőséget a folyadékhűtés az egyenáramú gyorstöltésben? És hogyan kell helyesen választani ezeknek a szekrényeknek a megvásárlásakor?

 

 

A nagy{0}}teljesítményű egyenáramú töltőszekrények fő funkciója, hogy a hálózatból származó váltakozó áramot egyenárammá alakítsa, amely alkalmas az új energetikai járművek vontatási akkumulátoraihoz.

 

Az alapvető energiaátalakítási folyamat a következőképpen foglalható össze:

 

Hálózati hálózat → Tápegység → Egyenáramú kimenet → Töltőadagoló → EV-akkumulátor

 

A folyamat során a teljesítménymodulon belüli alkatrészek,{0}}például félvezető eszközök, induktorok, kondenzátorok, transzformátorok és egyéb teljesítményelektronik{1}}hőt termelnek.

 

Bár a modern töltőmodulok magas konverziós hatékonysággal büszkélkedhetnek, a több száz{0}}kilowatt-kilowattos szinten működő töltőrendszerekben a hatékonyságvesztés kis százaléka is jelentős abszolút hőterhelést eredményezhet.

 

Például amikor egy nagy{0}}teljesítményű töltőrendszer folyamatosan több száz kilowatt teljesítményt ad le, a belső veszteségekből származó hőt folyamatosan el kell vezetni; ellenkező esetben a következő problémák merülhetnek fel:

 

· A teljesítménykomponensek hőmérsékletének emelkedése
· Csökkentett töltési hatékonyság
· Kimeneti teljesítmény korlátozások
· Csökkent az alkatrészek élettartama
· Rendszervédelmi mechanizmusok aktiválása
· Csökkentett stabilitás hosszan tartó működés során

 

Ezért egy nagy-teljesítményű egyenáramú töltőszekrényben a hűtőrendszer nem csupán egy segédalkatrész, hanem egy kritikus elem, amely meghatározza a berendezés tartós kimeneti képességét.

 

 

A léghűtéses egyenáramú töltőszekrények levegőt használnak hűtőközegként, hogy a berendezés belsejében keletkező hőt a környező környezetbe vezessék el olyan alkatrészeken keresztül, mint a ventilátorok, hűtőbordák és légcsatornák.

 

Egy tipikus léghűtéses{0}}rendszer általában a következőket tartalmazza:

 

·Hűtőventilátor
· Hűtőborda
· Légcsatorna
· Légszűrő
· Hőmérséklet érzékelő
· Szellőztető szerkezet

 

Alapvető működési elve a következő:

 

Hőtermelés → Hűtőborda → Kényszerített levegőáramlás → Hőelvezetés → Környezeti levegő

 

A ventilátorok átvezetik a levegőt a teljesítménymodulokon és a hűtőbordákon, és elvezetik a hőt a berendezésből.

Ez a megközelítés viszonylag kiforrott kialakítású, és továbbra is rendkívül praktikus közepes{0}}teljesítményű egyenáramú töltőberendezéseknél és megfelelő környezeti feltételek melletti alkalmazásoknál.

 

 

A folyadék{0}}hűtéses egyenáramú töltőszekrény hűtőközeget használ hőhordozóként.

 

A levegőhöz képest a speciálisan kialakított hűtőkörön keresztül keringő folyadék hatékonyabban tudja átadni a berendezés belsejében keletkező hőt egy hőcserélőnek, hogy ezt követően a környezetbe kerüljön.

 

Egy tipikus folyadékhűtésű{0}}rendszer a következőket tartalmazhatja:

 

· Hűtőfolyadék szivattyú
· Hűtőlemez
· Hőcserélő
· Radiátor
· Hűtőfolyadék-tartály
· Hőmérséklet érzékelő
· Áramlásérzékelő
· Nyomásfigyelő rendszer

 

Az alapvető működési folyamat a következőképpen foglalható össze:

 

Teljesítménymodul → Hűtőlemez → Hűtőfolyadék → Hőcserélő → Radiátor → Hőleadás

 

Nagyobb-teljesítményű töltőrendszerekben a folyadékhűtéses technológia nem csak a szekrényben lévő tápmodulokra, hanem a nagy-áramú töltőkábelekre és csatlakozókra is alkalmazható.

 

Például a nyilvánosan elérhető iparági adatok olyan elosztott töltőrendszereket mutatnak be, amelyek -600 kW-os tápegységet és 500 A-es folyadékhűtésű töltőkábeleket tartalmaznak,-amelyek 500 A-es folyadékhűtésű töltőkábelekkel,-hogy több jármű egyidejű töltését támogassák, miközben dinamikusan osztják el az energiát a valós idejű{5}}járműigény alapján.

 

 

1. Jobban alkalmas nagy teljesítménysűrűségű tervekhez

Ahogy az egyenáramú töltési teljesítmény folyamatosan növekszik, a töltőszekrényekhez több vagy nagyobb teljesítményű{0}}teljesítményű elektronikai modult kell beszerelni.

Ha egyszerűen csak több ventilátort adnának hozzá és növelnék a légáramlást, akkor az olyan problémák, mint a belső légáramlási útvonal tervezése, a hűtőborda méretei, a zajszintek és a szekrény helyszűke, jelentős kihívásokká válnának.

 

Ezzel szemben a folyékony hűtőrendszerek hűtőlemezeket és keringető hurkokat használnak, hogy a hőt közvetlenül a hőt{0}}termelő alkatrészek közeléből vonják ki, ezáltal nagyobb tervezési rugalmasságot biztosítanak a nagy teljesítménysűrűségű berendezések számára.

 

2. Megkönnyíti a nagy-áramú töltést

A töltési teljesítmény egyszerűen kifejezhető:

 

P = U × I

 

Más szóval, adott feszültség mellett a töltési teljesítmény növelése nagyobb áramerősséget igényel.

Az áramerősség növekedésével azonban a hőképződés a vezetőkben, kábelekben és csatlakozókban hangsúlyosabbá válik.

 

 

A folyadékhűtési megoldásokat előnyben kell részesíteni az alábbi jellemzőkkel rendelkező projekteknél:

 

1. Highway ultra-gyorstöltő állomások

Az autópálya szervizterületei jellemzően rövid járműállási időt igényelnek, ami nagy igényt teremt a gyors energia-utánpótlási képességek iránt.

Ha több jármű tölt egyidejűleg, a töltőberendezések hosszabb ideig nagy terhelés mellett működhetnek, ami nagyobb követelményeket támaszt a hőkezelő rendszerekkel szemben.

 

2. Haszongépjármű és logisztikai flották

A logisztikai járművek általában meghatározott ütemezés szerint működnek, meghatározott ablakokkal az újratöltéshez.

A gyors átfutási időt igénylő flották esetében a nagy-teljesítményű egyenáramú töltés minimalizálhatja a járművek töltőállomásokon eltöltött idejét.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma azt is megjegyezte, hogy az egyenáramú gyorstöltés alkalmas bizonyos flotta-alkalmazásokhoz, ahol a járműveket rövid megállások során kell újratölteni.

 

3. Buszok és nehéz{1}} elektromos járművek

A buszok, teherautók, kikötői járművek és más kereskedelmi elektromos járművek jellemzően nagy akkumulátorkapacitásúak; következésképpen a töltési infrastruktúra nagyobb teljesítményt és hosszabb ideig tartó folyamatos működést igényelhet.

A nagy-teljesítményű töltési szabványok és rendszerek,-mint például az MCS-kifejlesztésével a folyadékhűtés technológia jelentősége a nagy-áramú töltési alkalmazásokban egyre fontosabbá vált.

 

4. Nagy-kihasználtságú töltőállomások

Ha egy töltőállomásra nagyszámú jármű folyamatos kiszolgálására van szükség a nap folyamán, akkor a berendezés tényleges üzemi terhelése jóval magasabb lehet, mint a tipikus irodai vagy lakossági környezetben.

 

 

Ahogy az új energiafelhasználású járművek töltésére irányuló kereslet folyamatosan növekszik, a nagy{0}}teljesítményű töltőrendszerek számos kulcsfontosságú irányba fejlődnek.

 

1. Magasabb Erő

A töltőrendszerek a hagyományos, alacsonyabb teljesítményszintekről a több száz kilowattos vagy akár a megawattos (MW) tartomány felé tolódnak el.

 

2. Magasabb teljesítménysűrűség

Több teljesítménymodul konfigurálása ugyanazon a szekrényen belül nagyobb követelményeket támaszt a hőkezeléssel és a szerkezeti tervezéssel szemben.

 

3. Modularitás

A moduláris tápszekrények lehetővé teszik a különböző számú tápegység konfigurálását a projekt követelményei alapján, miközben megkönnyítik a karbantartást és az energia skálázhatóságát.

 

4. Intelligens energiaelosztás

A jövőbeli töltőállomások nem feltétlenül biztosítanak minden járművet állandó áramellátással; ehelyett az áramot dinamikusan osztják fel olyan tényezők alapján, mint a jármű töltöttségi állapota (SOC), a valós idejű töltési{0}}igények és a többi töltőterminál terhelése.

 

Jelenleg a 600 kW-os{1}}osztályú elosztott töltőrendszerek már dinamikus energiaelosztást alkalmaznak, így több jármű is osztozik egy központi áramellátó szekrényen.

 

5. A folyadékhűtés technológia kiterjesztett alkalmazása

A nagyobb teljesítmény és áramerősség igénye miatt a folyadékhűtési technológia túlmutat a tápszekrényeken, és egyre gyakrabban alkalmazzák az olyan alkatrészekre, mint a töltőpisztolyok, kábelek és csatlakozók.