קירור נוזלי לעומת קירור אוויר עבור ארונות טעינה- בעלי הספק גבוה: באיזו טכנולוגיה כדאי לבחור?

ככל שטווח הנסיעה של רכבי אנרגיה חדשים (NEVs) ממשיך לגדול-ועם הביקוש הגובר לחידוש אנרגיה מהיר באזורי שירות בכבישים מהירים, פארקים לוגיסטיים, מחסני אוטובוסים ותחנות טעינה-בקנה מידה גדול, טעינת DC גבוהה- מתגלה ככיוון פיתוח טעינה בתשתית NEV.

 

בהשוואה לציוד טעינה סטנדרטי של-הספק נמוך, מערכות טעינת DC-גבוהות חייבות להעביר יותר אנרגיה בפחות זמן; כתוצאה מכך, רכיבים כגון מודולי טעינה, התקני חשמל, פסים, מחברים וכבלי טעינה נתונים לעומסים תרמיים גבוהים יותר.

על רקע זה, טכנולוגיית ניהול תרמי הפכה לגורם קריטי בתכנון של ארונות טעינה DC- בהספק גבוה.

נכון לעכשיו, ציוד טעינה-גבוהה משתמש בעיקר בשתי שיטות ניהול תרמי:

 

· קירור אוויר
· קירור נוזלי

 

אז מה בדיוק ההבדלים בין קירור אוויר לקירור נוזלי? מדוע קירור נוזלי מקבל חשיבות גוברת בטעינה מהירה DC? ואיך צריך לעשות את הבחירה הנכונה בעת רכישת ארונות אלו?

 

 

תפקיד הליבה של ארון טעינה DC-עם הספק גבוה הוא להמיר מתח AC מהרשת להספק DC המתאים לסוללות המתיחה של רכבי אנרגיה חדשים.

 

ניתן לסכם את תהליך המרת האנרגיה הבסיסי באופן הבא:

 

רשת AC → מודול חשמל → פלט DC → מתקן טעינה → סוללת EV

 

במהלך תהליך זה, רכיבים בתוך מודול החשמל-כגון התקני מוליכים למחצה, משרנים, קבלים, שנאים ואלקטרוניקה כוח אחרת-מייצרים חום.

 

למרות שמודולי טעינה מודרניים מתהדרים ביעילות המרה גבוהה, במערכות טעינה הפועלות ברמת מאות-של-קילווואט, אפילו אחוז קטן של אובדן יעילות יכול לגרום לעומס תרמי מוחלט משמעותי.

 

לדוגמה, כאשר מערכת טעינת הספק- גבוהה מספקת ברציפות מאות קילוואט של כוח, החום שנוצר מהפסדים פנימיים חייב להתפזר ברציפות; אחרת, הבעיות הבאות עלולות להתעורר:

 

· עליית טמפרטורות של רכיבי חשמל
· יעילות טעינה מופחתת
· מגבלות כוח פלט
· תוחלת חיים של רכיבים נפגעת
· הפעלת מנגנוני הגנת המערכת
· יציבות מופחתת במהלך פעולה ממושכת

 

לכן, עבור ארון טעינה DC-עם הספק גבוה, מערכת הקירור אינה רק רכיב עזר אלא מרכיב קריטי שקובע את יכולת הפלט המתמשכת של הציוד.

 

 

ארון טעינה DC מקורר- באוויר משתמש באוויר כאמצעי קירור כדי לפזר חום שנוצר בתוך הציוד אל הסביבה הסובבת באמצעות רכיבים כגון מאווררים, גופי קירור ותעלות אוויר.

 

מערכת טיפוסית-מקוררת אוויר כוללת בדרך כלל:

 

·מאוורר קירור
· גוף קירור
· צינור אוויר
· מסנן אוויר
· חיישן טמפרטורה
· מבנה אוורור

 

עקרון הפעולה הבסיסי שלו הוא:

 

ייצור חום ← גוף קירור ← זרימת אוויר מאולצת ← פיזור חום ← אוויר סביבתי

 

מאווררים מניעים אוויר על פני מודולי חשמל וגופי קירור, ומובילים חום מהציוד.

גישה זו כוללת עיצוב בוגר יחסית ונשארת מעשית ביותר עבור ציוד טעינת DC-בינוני בעוצמה ויישומים עם תנאים סביבתיים מתאימים.

 

 

ארון טעינה DC מקורר-נוזל משתמש בנוזל קירור כמדיום העברת החום.

 

בהשוואה לאוויר, נוזל שמסתובב דרך לולאת קירור שתוכננה במיוחד יכול להעביר בצורה יעילה יותר חום שנוצר בתוך הציוד למחליף חום לצורך פיזור לאחר מכן לסביבה.

 

מערכת טיפוסית-מקוררת נוזל עשויה לכלול:

 

· משאבת נוזל קירור
· צלחת קירור
· מחליף חום
· רדיאטור
· מאגר נוזל קירור
· חיישן טמפרטורה
· חיישן זרימה
· מערכת ניטור לחץ

 

ניתן לסכם את תהליך ההפעלה הבסיסי כך:

 

מודול כוח → לוחית קירור → נוזל קירור → מחליף חום → רדיאטור → פיזור חום

 

במערכות טעינת-הספק גבוה יותר, ניתן ליישם טכנולוגיית קירור נוזלי לא רק על מודולי החשמל בתוך הארון, אלא גם על כבלי טעינה ומחברים עם זרם גבוה-.

 

לדוגמה, נתוני התעשייה הזמינים לציבור מראים מערכות טעינה מבוזרות-הכוללות ארון חשמל של 600 קילוואט בשילוב עם כבלי טעינה נוזליים-מקוררים-שנועדו לתמוך בטעינה בו-זמנית עבור מספר כלי רכב תוך הקצאה דינמית של הספק על סמך ביקוש בזמן אמת של-רכב.

 

 

1. מתאים יותר עבור עיצובים בצפיפות הספק גבוהה

ככל שהספק הטעינה DC ממשיך לעלות, ארונות הטעינה דורשים התקנה של מודולי חשמל בעלי קיבולת- יותר או גבוהה יותר.

אם פשוט מוסיפים יותר מאווררים ומגדילים את זרימת האוויר, נושאים כמו עיצוב נתיב זרימת אוויר פנימי, ממדי גוף קירור, רמות רעש ומגבלות מקום בארון היו הופכים לאתגרים משמעותיים.

 

לעומת זאת, מערכות קירור נוזלי מנצלות לוחות קירור ולולאות מחזור כדי להפיק חום ישירות מקרבת רכיבים-שיוצרים חום, ובכך מציעות גמישות עיצובית רבה יותר עבור ציוד בצפיפות הספק גבוהה.

 

2. מאפשר טעינה-נוכחית גבוהה

כוח הטעינה יכול להתבטא בפשטות כך:

 

P = U × I

 

במילים אחרות, עבור מתח נתון, הגדלת כוח הטעינה דורשת זרם גבוה יותר.

עם זאת, ככל שהזרם גדל, יצירת חום במוליכים, כבלים ומחברים הופכת בולטת יותר.

 

 

יש לתעדף פתרונות קירור נוזלי עבור פרויקטים עם המאפיינים הבאים:

 

1. תחנות טעינה מהירה במיוחד לכביש מהיר.-

אזורי שירות בכבישים מהירים דורשים בדרך כלל זמני שהייה קצרים של הרכב, מה שיוצר ביקוש גבוה ליכולות חידוש אנרגיה מהירים.

כאשר מספר כלי רכב נטענים בו-זמנית, ציוד הטעינה עשוי לפעול תחת עומסים גבוהים לתקופות ממושכות, מה שמציב דרישות גדולות יותר למערכות ניהול תרמיות.

 

2. ציי רכב ולוגיסטיקה מסחריים

רכבי לוגיסטיקה פועלים בדרך כלל על פי לוחות זמנים מוגדרים עם חלונות ספציפיים לטעינה.

עבור ציים הדורשים זמני אספקה ​​מהירים, טעינת- DC גבוהה יכולה לעזור למזער את הזמן שרכבים מבלים בתחנות טעינה.

משרד האנרגיה האמריקני ציין גם כי טעינה מהירה DC ​​מתאימה ליישומי צי מסוימים שבהם כלי רכב צריכים להיטען מחדש במהלך עצירות קצרות.

 

3. אוטובוסים וכלי רכב חשמליים-כבדים

אוטובוסים, משאיות, רכבי נמל וכלי רכב חשמליים מסחריים אחרים כוללים בדרך כלל קיבולת סוללה גדולה; כתוצאה מכך, תשתית טעינה עשויה לדרוש תפוקת כוח גבוהה יותר ויכולת לפעול ברציפות למשך פרקי זמן ארוכים יותר.

עם הפיתוח של-תקני טעינה ומערכות-גבוהים, כגון MCS-, החשיבות של טכנולוגיית קירור נוזלים ביישומי טעינה-עם זרם גבוה הפכה משמעותית יותר ויותר.

 

4. תחנות טעינה-גבוהות

אם תחנת טעינה נדרשת לשרת מספר רב של כלי רכב ברציפות לאורך היום, עומס התפעול בפועל של הציוד עשוי להיות גבוה בהרבה מזה שנמצא במשרדים או מגורים טיפוסיים.

 

 

ככל שהביקוש לטעינת רכבי אנרגיה חדשים ממשיך לעלות, מערכות טעינה עם הספק גבוה-מתפתחות בכמה כיווני מפתח.

 

1. כוח עליון

מערכות הטעינה עוברות מרמות הספק מסורתיות ונמוכות יותר ליכולות של מאות קילוואט או אפילו טווח מגה וואט (MW).

 

2. צפיפות הספק גבוהה יותר

הגדרת מודולי כוח נוספים בתוך אותה טביעת רגל של הארון מציבה דרישות גדולות יותר לניהול תרמי ותכנון מבני.

 

3. מודולריות

ארונות חשמל מודולריים מאפשרים הגדרה של מספרים משתנה של מודולי חשמל על בסיס דרישות הפרויקט, ובמקביל גם מקלות על תחזוקה ויכולת מדרגיות.

 

4. הקצאת כוח חכמה

עמדות טעינה עתידיות לא בהכרח יספקו חשמל קבוע לכל רכב; במקום זאת, ההספק יוקצה באופן דינמי על סמך גורמים כגון מצב טעינה של הרכב (SOC), דרישות טעינה בזמן אמת-ועומס על מסופי טעינה אחרים.

 

נכון לעכשיו, מערכות טעינה מבוזרות של 600 קילוואט-כבר משתמשות בהקצאת חשמל דינמית, המאפשרת למספר כלי רכב לחלוק ארון חשמל מרכזי.

 

5. יישום מורחב של טכנולוגיית קירור נוזלי

מונעת על ידי הצורך בהספק ובזרם גבוהים יותר, טכנולוגיית קירור נוזלי תתרחב מעבר לארונות חשמל ותיושם יותר ויותר על רכיבים כגון אקדחי טעינה, כבלים ומחברים.