خنک‌کننده مایع در مقابل خنک‌کننده هوا برای کابینت‌های شارژ DC پرقدرت{{1}: کدام فناوری را باید انتخاب کنید؟

همانطور که دامنه رانندگی وسایل نقلیه انرژی جدید (NEVs) همچنان در حال افزایش است-و با تقاضای فزاینده برای تکمیل سریع انرژی در مناطق خدمات بزرگراه، پارک‌های تدارکات، انبارهای اتوبوس و ایستگاه‌های شارژ در مقیاس بزرگ-در مقیاس بالا- شارژ انرژی DC به عنوان یک زیرساخت شارژ کلیدی در حال ظهور است.

 

در مقایسه با{0}}تجهیزات شارژ کم مصرف استاندارد، سیستم‌های شارژ DC با توان{1} بالا باید انرژی بیشتری را در زمان کمتری انتقال دهند. در نتیجه، قطعاتی مانند ماژول های شارژ، دستگاه های برق، شین ها، کانکتورها و کابل های شارژ تحت بارهای حرارتی بالاتری قرار می گیرند.

در مقابل این پس‌زمینه، فناوری مدیریت حرارتی به عاملی حیاتی در طراحی کابینت‌های شارژ{0}DC با قدرت بالا تبدیل شده است.

در حال حاضر،-تجهیزات شارژ با توان بالا عمدتاً از دو روش مدیریت حرارتی استفاده می‌کنند:

 

· خنک کننده هوا
· خنک کننده مایع

 

بنابراین، دقیقاً چه تفاوت هایی بین خنک کننده هوا و خنک کننده مایع وجود دارد؟ چرا خنک کننده مایع در شارژ سریع DC اهمیت فزاینده ای پیدا می کند؟ و چگونه باید هنگام خرید این کابینت ها انتخاب درستی داشت؟

 

 

عملکرد اصلی یک کابین شارژ DC با توان بالا، تبدیل برق متناوب از شبکه به برق DC مناسب برای باتری های کششی وسایل نقلیه انرژی جدید است.

 

فرآیند اصلی تبدیل انرژی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

 

شبکه AC → ماژول برق → خروجی DC → شارژر → باتری EV

 

در طول این فرآیند، اجزای درون ماژول قدرت-مانند دستگاه های نیمه هادی، سلف ها، خازن ها، ترانسفورماتورها و سایر لوازم الکترونیکی قدرت-گرما تولید می کنند.

 

اگرچه ماژول‌های شارژ مدرن دارای راندمان تبدیل بالایی هستند، در سیستم‌های شارژی که در سطح صدها--کیلووات کار می‌کنند، حتی درصد کمی از افت بازده می‌تواند منجر به بار حرارتی مطلق شود.

 

به عنوان مثال، وقتی یک سیستم شارژ{0} با توان بالا به طور مداوم صدها کیلووات نیرو ارائه می کند، گرمای تولید شده توسط تلفات داخلی باید به طور مداوم دفع شود. در غیر این صورت، ممکن است مشکلات زیر ایجاد شود:

 

· افزایش دمای قطعات قدرت
· کاهش راندمان شارژ
· محدودیت های توان خروجی
· طول عمر قطعات به خطر افتاده
· فعال سازی مکانیسم های حفاظتی سیستم
· کاهش پایداری در طول عملیات طولانی مدت

 

بنابراین، برای یک کابین شارژ DC پرقدرت، سیستم خنک‌کننده صرفاً یک جزء کمکی نیست، بلکه یک عنصر حیاتی است که توانایی خروجی پایدار تجهیزات را تعیین می‌کند.

 

 

یک کابین شارژ DC خنک‌شده با هوا-از هوا به‌عنوان وسیله خنک‌کننده استفاده می‌کند تا گرمای تولید شده در داخل تجهیزات را از طریق اجزایی مانند فن‌ها، سینک‌های حرارتی و کانال‌های هوا به محیط اطراف پخش کند.

 

یک سیستم خنک کننده معمولی با هوا-معمولاً شامل موارد زیر است:

 

·فن خنک کننده
· هیت سینک
· کانال هوا
· فیلتر هوا
· سنسور دما
· ساختار تهویه

 

اصل اصلی عملیات آن عبارت است از:

 

تولید گرما ← هیت سینک ← جریان هوای اجباری ← اتلاف گرما ← هوای محیط

 

فن ها هوا را از طریق ماژول های برق و سینک های حرارتی هدایت می کنند و گرما را از تجهیزات خارج می کنند.

این رویکرد دارای طراحی نسبتاً بالغ است و برای تجهیزات و برنامه‌های شارژ DC متوسط-با شرایط محیطی مناسب بسیار کاربردی است.

 

 

یک کابینت شارژ DC خنک‌شده با مایع از یک خنک‌کننده به‌عنوان واسطه انتقال حرارت استفاده می‌کند.

 

در مقایسه با هوا، مایعی که از طریق یک حلقه خنک کننده طراحی شده خاص در گردش است، می تواند گرمای تولید شده در داخل تجهیزات را به طور مؤثرتری به یک مبدل حرارتی برای اتلاف بعدی در محیط منتقل کند.

 

یک سیستم معمولی خنک{0}مایع ممکن است شامل موارد زیر باشد:

 

· پمپ خنک کننده
· صفحه خنک کننده
· مبدل حرارتی
· رادیاتور
· مخزن خنک کننده
· سنسور دما
· سنسور جریان
· سیستم مانیتورینگ فشار

 

فرآیند اصلی عملیات را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:

 

ماژول برق ← صفحه خنک کننده ← خنک کننده ← مبدل حرارتی ← رادیاتور ← اتلاف حرارت

 

در سیستم‌های شارژ{0} با قدرت بالاتر، فن‌آوری خنک‌کننده مایع را می‌توان نه تنها برای ماژول‌های برق داخل کابینت، بلکه برای کابل‌ها و کانکتورهای شارژ با جریان{{1} بالا نیز اعمال کرد.

 

برای مثال، داده‌های صنعتی در دسترس عموم، سیستم‌های شارژ توزیع‌شده را نشان می‌دهند-که دارای یک کابینت قدرت 600 کیلوواتی همراه با 500 A کابل‌های شارژ مایع خنک‌شده-طراحی‌شده برای پشتیبانی از شارژ همزمان برای چندین وسیله نقلیه در حالی که به صورت دینامیکی قدرت را بر اساس تقاضای واقعی{5}خود تخصیص می‌دهند.

 

 

1. برای طرح های با چگالی توان بالا مناسب تر است

از آنجایی که توان شارژ DC همچنان در حال افزایش است، کابینت‌های شارژ به نصب ماژول‌های الکترونیکی قدرت{0} با ظرفیت بیشتر یا بیشتر نیاز دارند.

اگر بخواهیم به سادگی فن های بیشتری اضافه کنیم و جریان هوا را افزایش دهیم، مسائلی مانند طراحی مسیر جریان هوای داخلی، ابعاد سینک حرارتی، سطح نویز و محدودیت های فضای کابینت به چالش های مهمی تبدیل می شوند.

 

در مقابل، سیستم‌های خنک‌کننده مایع از صفحات خنک‌کننده و حلقه‌های گردش برای استخراج مستقیم گرما از مجاورت اجزای{0} تولیدکننده گرما استفاده می‌کنند، در نتیجه انعطاف‌پذیری طراحی بیشتری را برای تجهیزات با چگالی توان بالا ارائه می‌دهند.

 

2. شارژ-جریان بالا را تسهیل می‌کند

قدرت شارژ را می توان به سادگی به صورت زیر بیان کرد:

 

P = U × I

 

به عبارت دیگر، برای یک ولتاژ معین، افزایش توان شارژ نیاز به جریان بالاتری دارد.

با این حال، با افزایش جریان، تولید گرما در هادی ها، کابل ها و کانکتورها بارزتر می شود.

 

 

راه حل های خنک کننده مایع باید برای پروژه هایی با ویژگی های زیر در اولویت قرار گیرند:

 

1. ایستگاه‌های شارژ سریع-بزرگراه

مناطق خدمات بزرگراه معمولاً به زمان کوتاهی برای توقف خودرو نیاز دارند که تقاضای بالایی برای قابلیت‌های تجدید انرژی سریع ایجاد می‌کند.

هنگامی که چندین وسیله نقلیه به طور همزمان شارژ می شوند، تجهیزات شارژ ممکن است تحت بارهای زیاد برای دوره های طولانی کار کنند و سیستم های مدیریت حرارتی را افزایش دهند.

 

2. خودروهای تجاری و ناوگان تدارکات

وسایل نقلیه لجستیکی معمولاً بر اساس برنامه زمانی تعریف شده با پنجره های خاص برای شارژ مجدد کار می کنند.

برای ناوگانی که به زمان‌های چرخش سریع نیاز دارند، شارژ{0}DC با قدرت بالا می‌تواند به کاهش زمان سپری کردن وسایل نقلیه در ایستگاه‌های شارژ کمک کند.

وزارت انرژی ایالات متحده همچنین خاطرنشان کرده است که شارژ سریع DC برای کاربردهای ناوگان خاصی که وسایل نقلیه در توقف های کوتاه نیاز به شارژ مجدد دارند، مناسب است.

 

3. اتوبوس و وسایل نقلیه سنگین{1}}برقی

اتوبوس‌ها، کامیون‌ها، وسایل نقلیه بندری و سایر وسایل نقلیه الکتریکی تجاری معمولاً ظرفیت باتری زیادی دارند. در نتیجه، زیرساخت شارژ ممکن است به توان خروجی بالاتر و توانایی کار مداوم برای مدت طولانی‌تر نیاز داشته باشد.

با توسعه-استانداردها و سیستم‌های شارژ با توان بالا-مانند MCS{2}}اهمیت فناوری خنک‌کننده مایع در برنامه‌های شارژ{3} با جریان بالا به طور فزاینده‌ای قابل توجه شده است.

 

4. استفاده از ایستگاه های شارژ بالا

اگر یک ایستگاه شارژ برای سرویس دهی به تعداد زیادی از وسایل نقلیه به طور مداوم در طول روز مورد نیاز باشد، بار عملیاتی واقعی تجهیزات ممکن است بسیار بیشتر از آن چیزی باشد که در محیط های اداری یا مسکونی معمولی وجود دارد.

 

 

از آنجایی که تقاضا برای شارژ وسایل نقلیه انرژی جدید همچنان در حال افزایش است، سیستم‌های شارژ{0} با قدرت بالا در چندین جهت کلیدی در حال تکامل هستند.

 

1. قدرت بالاتر

سیستم‌های شارژ از سطوح توان سنتی و پایین‌تر به سمت ظرفیت‌های صدها کیلووات یا حتی محدوده مگاوات (MW) تغییر می‌کنند.

 

2. چگالی توان بالاتر

پیکربندی ماژول‌های قدرت بیشتر در داخل کابینت یکسان، نیازهای بیشتری را برای مدیریت حرارتی و طراحی ساختاری ایجاد می‌کند.

 

3. مدولار بودن

کابینت های برق مدولار امکان پیکربندی تعداد متفاوتی از ماژول های قدرت را بر اساس نیازهای پروژه فراهم می کنند، در حالی که تعمیر و نگهداری و مقیاس پذیری نیرو را تسهیل می کنند.

 

4. تخصیص هوشمند قدرت

ایستگاه های شارژ آینده لزوماً برق ثابت را به هر وسیله نقلیه ای تحویل نخواهند داد. در عوض، نیرو بر اساس عواملی مانند وضعیت شارژ وسیله نقلیه (SOC)،{0}}تقاضای شارژ زمان واقعی، و بار روی پایانه‌های شارژ دیگر به صورت پویا تخصیص می‌یابد.

 

در حال حاضر، 600 کیلووات-سیستم‌های شارژ توزیع‌شده در حال حاضر از تخصیص پویای توان استفاده می‌کنند و چندین خودرو را قادر می‌سازد تا یک کابینت برق متمرکز را به اشتراک بگذارند.

 

5. کاربرد گسترده فناوری خنک کننده مایع

با توجه به نیاز به توان و جریان بالاتر، فناوری خنک‌کننده مایع فراتر از کابینت‌های برق خواهد بود و به طور فزاینده‌ای در قطعاتی مانند تفنگ‌های شارژ، کابل‌ها و کانکتورها اعمال می‌شود.