Vloeistofkoeling versus luchtkoeling voor DC-laadkasten met hoog-vermogen: welke technologie moet u kiezen?

Nu het rijbereik van nieuwe energievoertuigen (NEV's) blijft toenemen-en met de groeiende vraag naar snelle energieaanvulling op snelwegservicegebieden, logistieke parken, busdepots en grootschalige -laadstations-wordt hoog-gelijkstroomladen een belangrijke ontwikkelingsrichting voor de NEV-laadinfrastructuur.

 

Vergeleken met standaard laadapparatuur met laag-vermogen moeten gelijkstroomlaadsystemen met hoog-vermogen meer energie overbrengen in minder tijd; Dientengevolge worden componenten zoals laadmodules, voedingsapparaten, rails, connectoren en laadkabels onderworpen aan hogere thermische belastingen.

Tegen deze achtergrond is de technologie voor thermisch beheer een cruciale factor geworden bij het ontwerp van krachtige DC-laadkasten met hoog-vermogen.

Momenteel maken oplaadapparatuur met hoog-vermogen voornamelijk gebruik van twee methoden voor warmtebeheer:

 

· Luchtkoeling
· Vloeistofkoeling

 

Wat zijn precies de verschillen tussen luchtkoeling en vloeistofkoeling? Waarom wordt vloeistofkoeling steeds belangrijker bij DC-snelladen? En hoe maak je de juiste keuze bij de aanschaf van deze kasten?

 

 

De kernfunctie van een DC-laadkast met hoog-vermogen is het omzetten van wisselstroom van het elektriciteitsnet in gelijkstroom die geschikt is voor de tractiebatterijen van nieuwe energievoertuigen.

 

Het basisenergieconversieproces kan als volgt worden samengevat:

 

Wisselstroomnet → Voedingsmodule → DC-uitgang → Oplaaddispenser → EV-batterij

 

Tijdens dit proces genereren componenten in de voedingsmodule-zoals halfgeleiderapparaten, inductoren, condensatoren, transformatoren en andere vermogenselektronica-warmte.

 

Hoewel moderne oplaadmodules beschikken over een hoge conversie-efficiëntie, kan bij oplaadsystemen die op een niveau van honderden-- kilowatts werken, zelfs een klein percentage efficiëntieverlies resulteren in een aanzienlijke absolute thermische belasting.

 

Wanneer een oplaadsysteem met hoog-vermogen bijvoorbeeld continu honderden kilowatts aan stroom levert, moet de warmte die wordt gegenereerd door interne verliezen voortdurend worden afgevoerd; anders kunnen de volgende problemen optreden:

 

· Stijgende temperaturen van vermogenscomponenten
· Verminderde laadefficiëntie
· Beperkingen van het uitgangsvermogen
· Gecompromitteerde levensduur van de componenten
· Activering van systeembeschermingsmechanismen
· Verminderde stabiliteit tijdens langdurig gebruik

 

Daarom is het koelsysteem voor een DC-laadkast met hoog-vermogen niet louter een hulpcomponent, maar een cruciaal element dat het duurzame uitgangsvermogen van de apparatuur bepaalt.

 

 

Een lucht-gekoelde DC-laadkast gebruikt lucht als koelmedium om de warmte die in de apparatuur wordt gegenereerd, af te voeren naar de omgeving via componenten zoals ventilatoren, koellichamen en luchtkanalen.

 

Een typisch lucht-gekoeld systeem omvat gewoonlijk:

 

·Koelventilator
· Koellichaam
· Luchtkanaal
· Luchtfilter
· Temperatuursensor
· Ventilatiestructuur

 

Het basiswerkingsprincipe is:

 

Warmteopwekking → Koellichaam → Geforceerde luchtstroom → Warmteafvoer → Omgevingslucht

 

Ventilatoren drijven lucht langs voedingsmodules en koellichamen, waardoor de warmte uit de apparatuur wordt afgevoerd.

Deze aanpak heeft een relatief volwassen ontwerp en blijft zeer praktisch voor DC-laadapparatuur met middelhoog-vermogen en toepassingen met geschikte omgevingsomstandigheden.

 

 

Een vloeistof-gekoelde DC-laadkast gebruikt een koelvloeistof als warmteoverdrachtsmedium.

 

Vergeleken met lucht kan vloeistof die door een speciaal ontworpen koelcircuit circuleert de warmte die in de apparatuur wordt gegenereerd effectiever overbrengen naar een warmtewisselaar, zodat deze vervolgens in de omgeving kan worden afgevoerd.

 

Een typisch vloeistof-gekoeld systeem kan het volgende omvatten:

 

· Koelvloeistofpomp
· Koelplaat
· Warmtewisselaar
· Radiateur
· Koelvloeistofreservoir
· Temperatuursensor
· Stromingssensor
· Drukbewakingssysteem

 

Het basiswerkproces kan als volgt worden samengevat:

 

Voedingsmodule → Koelplaat → Koelvloeistof → Warmtewisselaar → Radiator → Warmteafvoer

 

In laadsystemen met een hoger-vermogen kan vloeistofkoelingstechnologie niet alleen worden toegepast op de voedingsmodules in de kast, maar ook op laadkabels en connectoren met een hoge-stroom.

 

Uit openbaar beschikbare branchegegevens blijkt bijvoorbeeld dat er gedistribueerde oplaadsystemen zijn-met een voedingskast van 600 kW gecombineerd met vloeistof-gekoelde oplaadkabels- van 500 A, ontworpen om gelijktijdig opladen van meerdere voertuigen te ondersteunen, terwijl het vermogen dynamisch wordt toegewezen op basis van de realtime- voertuigvraag.

 

 

1. Beter geschikt voor ontwerpen met een hoge vermogensdichtheid

Omdat het DC-laadvermogen blijft stijgen, vereisen oplaadkasten de installatie van vermogenselektronicamodules met meer of hogere- capaciteit.

Als je simpelweg meer ventilatoren zou toevoegen en de luchtstroom zou vergroten, zouden problemen zoals het ontwerp van het interne luchtstroompad, de afmetingen van het koellichaam, het geluidsniveau en de beperkingen van de kastruimte aanzienlijke uitdagingen worden.

 

Vloeistofkoelsystemen maken daarentegen gebruik van koelplaten en circulatielussen om warmte rechtstreeks uit de omgeving van warmte{0}}genererende componenten te onttrekken, waardoor een grotere ontwerpflexibiliteit wordt geboden voor apparatuur met een hoge vermogensdichtheid.

 

2. Maakt opladen met hoge- stroom mogelijk

Het laadvermogen kan eenvoudig worden uitgedrukt als:

 

P = U × I

 

Met andere woorden: voor een bepaalde spanning vereist een groter laadvermogen een hogere stroom.

Naarmate de stroom toeneemt, wordt de warmteontwikkeling in geleiders, kabels en connectoren echter duidelijker.

 

 

Oplossingen voor vloeistofkoeling moeten prioriteit krijgen voor projecten met de volgende kenmerken:

 

1. Ultra{1}}snellaadstations voor snelwegen

Onderhoudsgebieden op snelwegen vereisen doorgaans korte verblijftijden van voertuigen, waardoor er een grote vraag ontstaat naar snelle energieaanvullingsmogelijkheden.

Wanneer meerdere voertuigen tegelijkertijd opladen, kan de laadapparatuur gedurende langere perioden onder hoge belasting werken, waardoor hogere eisen worden gesteld aan de thermische beheersystemen.

 

2. Bedrijfswagen- en logistieke vloten

Logistieke voertuigen rijden doorgaans volgens vaste schema's met specifieke oplaadmomenten.

Voor wagenparken die snelle doorlooptijden nodig hebben, kan DC-laden met hoog-vermogen helpen de tijd die voertuigen bij laadstations doorbrengen tot een minimum te beperken.

Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft ook opgemerkt dat DC-snelladen geschikt is voor bepaalde wagenparktoepassingen waarbij voertuigen moeten worden opgeladen tijdens korte stops.

 

3. Bussen en zware- elektrische voertuigen

Bussen, vrachtwagens, havenvoertuigen en andere commerciële elektrische voertuigen hebben doorgaans een grote batterijcapaciteit; bijgevolg kan de laadinfrastructuur een hoger vermogen vereisen en de mogelijkheid om gedurende langere tijd continu te blijven werken.

Met de ontwikkeling van oplaadstandaarden en -systemen voor hoog{0}}vermogen-zoals MCS-is het belang van vloeistofkoelingstechnologie in oplaadtoepassingen met-hoge stroomsterkte steeds belangrijker geworden.

 

4. Laadstations met hoog-gebruik

Als een laadstation de hele dag continu een groot aantal voertuigen moet bedienen, kan de werkelijke bedrijfsbelasting van de apparatuur veel hoger zijn dan die in een typische kantoor- of woonomgeving.

 

 

Terwijl de vraag naar het opladen van nieuwe energievoertuigen blijft stijgen, ontwikkelen oplaadsystemen met hoog-vermogen zich in verschillende belangrijke richtingen.

 

1. Hogere macht

Laadsystemen verschuiven van traditionele, lagere vermogensniveaus naar capaciteiten van honderden kilowatts of zelfs het megawatt (MW) bereik.

 

2. Hogere vermogensdichtheid

Het configureren van meer voedingsmodules binnen hetzelfde kastoppervlak stelt hogere eisen aan het thermisch beheer en het structurele ontwerp.

 

3. Modulariteit

Modulaire voedingskasten maken de configuratie van verschillende aantallen voedingsmodules mogelijk op basis van projectvereisten, terwijl ze ook onderhoud en schaalbaarheid van de stroomvoorziening vergemakkelijken.

 

4. Intelligente vermogensallocatie

Toekomstige laadstations zullen niet noodzakelijkerwijs vaste stroom aan elk voertuig leveren; in plaats daarvan wordt het vermogen dynamisch toegewezen op basis van factoren zoals de laadstatus van het voertuig (SOC), real-laadvereisten en de belasting van andere laadterminals.

 

Momenteel maken gedistribueerde laadsystemen van 600 kW-klasse al gebruik van dynamische vermogenstoewijzing, waardoor meerdere voertuigen een gecentraliseerde stroomkast kunnen delen.

 

5. Uitgebreide toepassing van vloeistofkoelingstechnologie

Gedreven door de behoefte aan meer vermogen en stroom zal de vloeistofkoelingstechnologie zich verder uitstrekken dan alleen stroomkasten en steeds meer worden toegepast op componenten zoals oplaadpistolen, kabels en connectoren.