Tekočinsko hlajenje v primerjavi z zračnim hlajenjem za visoko{1}}zmogljive polnilne omarice z enosmernim tokom: katero tehnologijo bi morali izbrati?

Ker se vozni doseg novih energetskih vozil (NEV) še naprej povečuje-in z naraščajočim povpraševanjem po hitrem obnavljanju energije na servisnih območjih avtocest, logističnih parkih, avtobusnih postajah in velikih-polnilnih postajah-z-zmogljivostjo enosmernega toka se pojavlja kot ključna razvojna smer za polnilno infrastrukturo NEV.

 

V primerjavi s standardno opremo za polnjenje z nizko-močjo morajo sistemi za polnjenje z enosmernim-z veliko močjo prenesti več energije v krajšem času; posledično so komponente, kot so polnilni moduli, napajalne naprave, vodila, konektorji in polnilni kabli, izpostavljene višjim toplotnim obremenitvam.

Glede na to je tehnologija za upravljanje toplote postala ključni dejavnik pri načrtovanju visoko{0}}zmogljivih polnilnih omaric z enosmernim tokom.

Trenutno visokozmogljiva oprema za polnjenje uporablja predvsem dva načina upravljanja toplote:

 

· Zračno hlajenje
· Tekočinsko hlajenje

 

Kakšne so torej razlike med zračnim in tekočim hlajenjem? Zakaj tekočinsko hlajenje pridobiva vedno večji pomen pri hitrem polnjenju z enosmernim tokom? In kako se pravilno odločiti pri nakupu teh omar?

 

 

Glavna funkcija-zmogljive polnilne omarice z enosmernim tokom je pretvorba izmeničnega toka iz omrežja v enosmerni tok, ki je primeren za pogonske baterije vozil z novo energijo.

 

Osnovni proces pretvorbe energije lahko povzamemo na naslednji način:

 

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

 

Med tem procesom komponente znotraj napajalnega modula-, kot so polprevodniške naprave, induktorji, kondenzatorji, transformatorji in druga močnostna elektronika-proizvajajo toploto.

 

Čeprav se sodobni polnilni moduli ponašajo z visoko učinkovitostjo pretvorbe, lahko v polnilnih sistemih, ki delujejo na ravni sto--kilovatov, že majhen odstotek izgube učinkovitosti povzroči znatno absolutno toplotno obremenitev.

 

Na primer, ko visoko{0}}zmogljiv polnilni sistem neprekinjeno dovaja na stotine kilovatov moči, je treba toploto, ki nastane zaradi notranjih izgub, nenehno odvajati; sicer lahko pride do naslednjih težav:

 

· Naraščajoče temperature napajalnih komponent
· Zmanjšana učinkovitost polnjenja
· Omejitve izhodne moči
· Ogrožena življenjska doba komponent
· Aktivacija zaščitnih mehanizmov sistema
· Zmanjšana stabilnost med dolgotrajnim delovanjem

 

Zato za visoko{0}}zmogljivo omarico za polnjenje z enosmernim tokom hladilni sistem ni le pomožna komponenta, temveč kritičen element, ki določa trajno zmogljivost opreme.

 

 

Zračno{0}}hlajena omarica za polnjenje z enosmernim tokom uporablja zrak kot hladilni medij za odvajanje toplote, ki nastane znotraj opreme, v okolico prek komponent, kot so ventilatorji, hladilna telesa in zračni kanali.

 

Tipičen zračno{0}}hlajeni sistem običajno vključuje:

 

·Hladilni ventilator
· Hladilnik
· Zračni kanal
· Zračni filter
· Temperaturni senzor
· Struktura prezračevanja

 

Njegov osnovni princip delovanja je:

 

Generacija toplote → Hladilnik → Prisilni pretok zraka → Odvajanje toplote → Okoljski zrak

 

Ventilatorji poganjajo zrak preko napajalnih modulov in toplotnih odvodov ter odvajajo toploto iz opreme.

Ta pristop ima razmeroma zrelo zasnovo in je še vedno zelo praktičen za srednje{0}}napajalno opremo za polnjenje enosmernega toka in aplikacije z ustreznimi okoljskimi pogoji.

 

 

Tekočinsko-hlajena omarica za polnjenje z enosmernim tokom uporablja hladilno sredstvo kot medij za prenos toplote.

 

V primerjavi z zrakom lahko tekočina, ki kroži skozi posebej oblikovano hladilno zanko, učinkoviteje prenese toploto, ki nastane v opremi, v izmenjevalnik toplote za kasnejše odvajanje v okolje.

 

Tipičen sistem s-tekočinskim hlajenjem lahko vključuje:

 

· Črpalka hladilne tekočine
· Hladilna plošča
· Izmenjevalec toplote
· Radiator
· Rezervoar hladilne tekočine
· Temperaturni senzor
· Senzor pretoka
· Sistem za nadzor tlaka

 

Osnovni postopek delovanja lahko povzamemo kot:

 

Napajalni modul → Hladilna plošča → Hladilno sredstvo → Toplotni izmenjevalnik → Radiator → Odvajanje toplote

 

V sistemih za polnjenje z večjo-močjo je mogoče tehnologijo tekočinskega hlajenja uporabiti ne le za napajalne module v ohišju, temveč tudi za visoko{1}}tokovne polnilne kable in priključke.

 

Na primer, javno dostopni industrijski podatki kažejo porazdeljene polnilne sisteme-z napajalno omarico s 600 kW v kombinaciji s 500 A-tekočinsko hlajenimi polnilnimi kabli-, ki so zasnovani za podporo hkratnemu polnjenju za več vozil, medtem ko dinamično dodeljujejo moč na podlagi{-povpraševanja vozila v realnem času.

 

 

1. Bolj primeren za modele z visoko gostoto moči

Ker moč polnjenja z enosmernim tokom še naprej narašča, je treba v polnilne omarice namestiti več ali več{0}}modulov močnostne elektronike.

Če bi enostavno dodali več ventilatorjev in povečali pretok zraka, bi težave, kot so notranja zasnova poti zračnega toka, dimenzije hladilnega telesa, ravni hrupa in prostorske omejitve v ohišju, postale velik izziv.

 

V nasprotju s tem sistemi za hlajenje s tekočino uporabljajo hladilne plošče in obtočne zanke za pridobivanje toplote neposredno iz bližine sestavnih delov,-ki proizvajajo toploto, s čimer nudijo večjo prilagodljivost zasnove za opremo z visoko gostoto moči.

 

2. Omogoča visoko{1}}tokovno polnjenje

Moč polnjenja lahko preprosto izrazimo kot:

 

P = U × I

 

Z drugimi besedami, za določeno napetost je za povečanje polnilne moči potreben večji tok.

Ko pa se tok poveča, postane nastajanje toplote v prevodnikih, kablih in konektorjih izrazitejše.

 

 

Rešitve s tekočim hlajenjem bi morale imeti prednost pri projektih z naslednjimi lastnostmi:

 

1. Avtocestne ultra{1}}hitre polnilne postaje

Območja avtocestnih storitev običajno zahtevajo kratke čase zadrževanja vozil, kar ustvarja veliko povpraševanje po zmogljivostih hitrega obnavljanja energije.

Ko se več vozil polni hkrati, lahko oprema za polnjenje dlje časa deluje pod visokimi obremenitvami, kar postavlja večje zahteve za sisteme za upravljanje toplote.

 

2. Gospodarski in logistični vozni parki

Logistična vozila običajno delujejo po določenih urnikih z določenimi okni za polnjenje.

Za vozne parke, ki potrebujejo hiter čas obtoka, lahko visoko{0}}zmogljivo polnjenje z enosmernim tokom pomaga zmanjšati čas, ki ga vozila porabijo na polnilnih postajah.

Ameriško ministrstvo za energijo je tudi opozorilo, da je hitro polnjenje z enosmernim tokom primerno za nekatere aplikacije v voznem parku, kjer se morajo vozila napolniti med kratkimi postanki.

 

3. Avtobusi in težka-električna vozila

Avtobusi, tovornjaki, pristaniška vozila in druga komercialna električna vozila imajo običajno veliko kapaciteto baterije; posledično lahko infrastruktura za polnjenje zahteva večjo izhodno moč in zmožnost neprekinjenega delovanja v daljšem časovnem obdobju.

Z razvojem visoko{0}}standardov in sistemov za polnjenje-, kot je MCS-, je pomen tehnologije tekočinskega hlajenja v visoko-tokovnih aplikacijah za polnjenje postal vse večji.

 

4. Visoko{1}}izkoristljive polnilne postaje

Če je potrebna polnilna postaja za neprekinjeno oskrbo velikega števila vozil čez dan, je lahko dejanska delovna obremenitev opreme veliko višja od tiste v običajnih pisarnah ali stanovanjih.

 

 

Ker povpraševanje po polnjenju novih vozil z energijo še naprej narašča,-se visokozmogljivi polnilni sistemi razvijajo v več ključnih smereh.

 

1. Višja moč

Sistemi polnjenja se premikajo od tradicionalnih nižjih ravni moči proti zmogljivostim več sto kilovatov ali celo megavatov (MW).

 

2. Večja gostota moči

Konfiguriranje več napajalnih modulov v istem odtisu omare postavlja večje zahteve glede toplotnega upravljanja in konstrukcijskega načrta.

 

3. Modularnost

Modularne napajalne omare omogočajo konfiguracijo različnih števil napajalnih modulov glede na zahteve projekta, hkrati pa olajšajo vzdrževanje in razširljivost moči.

 

4. Inteligentna razporeditev moči

Prihodnje polnilne postaje ne bodo nujno dovajale fiksne energije za vsako vozilo; namesto tega bo moč dinamično dodeljena na podlagi dejavnikov, kot so stanje napolnjenosti vozila (SOC),-zahteve za polnjenje v realnem času in obremenitev drugih polnilnih terminalov.

 

Trenutno porazdeljeni polnilni sistemi razreda 600 kW- že uporabljajo dinamično dodeljevanje moči, kar omogoča, da si več vozil deli centralizirano napajalno omarico.

 

5. Razširjena uporaba tehnologije tekočega hlajenja

Tehnologija tekočinskega hlajenja, ki jo poganja potreba po večji moči in toku, se bo razširila onkraj napajalnih omaric in se vse pogosteje uporabljala za komponente, kot so polnilne pištole, kabli in priključki.