Сұйықтықпен салқындату арқылы жылдам зарядтау: электромобильдерді зарядтаудағы келесі 5 жылдық үрдіс

Жылдам жауап:Сұйықтықпен салқындатылатын жылдам зарядтау 2031 жылға дейін жоғары қуатты электромобильдерді (480 кВт және одан жоғары) зарядтаудың басым технологиялық бағыты болып табылады, себебі ауамен салқындату физикалық түрде зарядтау кабельдері мен қуат модульдері арқылы температураның көтерілуін, кабель салмағын немесе қосқыштың тозуынсыз 500A–800A үздіксіз токты ұстап тұра алмайды. Диэлектрлік салқындатқышты тығыздалған, IP68 рейтингі бар салқындату ілмектері арқылы айналдыру арқылы сұйықтықпен салқындатылған зарядтағыштар кабель температурасының көтерілуін 50K шегінде ұстайды, 500A+ зарядтау токтарын қосады, 800V/1000V көлік платформаларын қолдайды және түрлендіру тиімділігін 96,5%-дан жоғары жеткізеді — бұл тас жолдардағы, жүк көліктерінің аялдамаларындағы және автопарк деполарындағы баламалы ауамен салқындатылатын архитектуралармен салыстырғанда жалпы меншік құнын (TCO) 15–25%-ға төмендетеді.

Негізгі қорытындылар

• 500A - жаңа базалық сызық.800 В кернеудегі 480 кВт зарядтағышқа 600 А үздіксіз тұрақты ток қажет; тек 500 А–800 А номиналды сұйықтықпен салқындатылатын кабельдер ғана оны жүргізуші көтере алатын кабельмен жеткізе алады.
• Салқындату модульден циклге ауысады.Өнеркәсіп желдеткішпен желдетілетін, шаңы ашық модульдерден 25 000 сағаттан астам салқындатқыш құрылғысының қызмет ету мерзімі бар тығыздалған сұйықтықпен салқындатылатын және IP65 оқшауланған ауа өткізгіш модульдерге ауысуда.
• Тиімділік - жасырын ROI тұтқасы.Сұйықтықпен салқындатылатын станцияның тиімділігі 96,5%, ауамен салқындатылатын қондырғының тиімділігі 91–93%, ал ауамен салқындатылатын қондырғының тиімділігі 3,5–5,5 пайыздық пунктке аз, бұл жылына бір нысанға мыңдаған еуроға тең.
• Стандарттар қазірдің өзінде бұл үрдісті бекітіп алды.IEC 61851-23:2023 стандарты IEC 62196-3:2022 стандартына сәйкес 1000 В+ платформаны қолдауды және сұйықтықпен салқындату қауіпсіздігі талаптарын талап етеді; ISO 15118 Plug & Charge және OCPP 2.0.1 енді коммерциялық HPC үшін негізгі талаптар болып табылады.
• 5 жылдық жол картасы 1 МВт+ құрайды.Электр көліктері мен автобустарға арналған 1500 А дейінгі және 600 кВт–1 МВт сұйық салқындатқыш станциялары бар MCS (Мегаватт зарядтау жүйесі) қосқыштары келесі инвестициялық циклды анықтайды.
• 480 кВт+ қуатта сұйық салқындату міндетті емес.Осы қуат деңгейлерінде кабель диаметрі, салмағы және жылу шектеулері ауамен салқындатылатын мылтықтарды күнделікті коммерциялық мақсатта қолдануға жарамсыз және қауіпсіз емес етеді.

Терең зерттеу: Неліктен сұйық салқындату 480 кВт-тан жоғары қуатта жеңіске жетеді

Физика: ауаны салқындату неге 500 А температурада бұзылады

Зарядтау қуаты кернеу мен ток күшінің көбейтіндісі болып табылады. 800 В батарея платформасында 480 кВт қажет600А тұрақты ток— және 600 кВт үшін 750 А ток қажет. Кабель мен қосқыштағы Джоуль қыздыру I²R-ге сәйкес келеді, сондықтан токтың екі еселенуі кабель мысында пайда болатын жылуды төрт есеге арттырады.

200–250 А ток күшіне арналған ауамен салқындатылатын тұрақты ток кабельдері жылуды тарату үшін үлкен мыс көлденең қималарын және қалың оқшаулағышты пайдаланады. Бұл тәсілді 600 А-ға дейін масштабтау келесі кабельді береді:

• Өте ауыр(Әрбір қару жинағына 30 кг+), қосқыштың кернеуді басу нүктесінде шаршаудың бұзылуына әкеледі;
• Қалың және қатты, күнделікті жүргізушілер үшін қосылатын эргономиканы қолайсыз етеді;
• Қосқыш түйреуішінде қызу жүріп жатыр, жанасу кедергісінің өсуін жеделдету, доғаның пайда болуы және қосқышты мерзімінен бұрын ауыстыру.

Сұйық салқындату бұл келісімді бұзады. Салқындатқыш өткізгішке жақын орналасқан арналар арқылы ағып, көзден жылуды сорып алады. Нәтижесінде шамамен 500А номиналды кабель пайда боладыдиаметрінің жартысы және салмақтың үштен біріконнектор температурасын бақыланатын шекке дейін көтере отырып, гипотетикалық ауамен салқындатылатын эквиваленттің.

Кабель мен қосқыштың жылулық басқаруы: 500A–800A салқындату циклі

Маңызды ішкі жүйе - салқындатқыш сұйықтықты зарядтау тапаншасы арқылы айналдыратын сұйық салқындату блогы. MIDA компаниясының EV-HPC-PCU-01 салқындату блогы — арналған500A сұйықтықпен салқындатылатын зарядтау кабель жүйелері— репрезентативті дизайн болып табылады және өнімділік конверті операторлары көрсетуі керек өнімділік конвертін көрсетеді:

Сатып алушылар тексеруі керек негізгі инженерлік мәселелер:

1. Тығыздалған диэлектрлік салқындатқыш ілмегі (IP68).Салқындатқыш сұйықтық ешқашан электроникаға тимейді; цикл жабық және қысымды, бұл ластануды және қосымша шығындарды болдырмайды.
2. Белсенді жылулық бас кеңістігі.Құрылғы кабель температурасының ≤50K дейін көтерілуін ұстап тұруы керек50°C қоршаған орта температурасы— бұл Испания жазында толық 500 А шығысын қамтамасыз ететін зарядтағыш пен 30%-ға төмендейтін зарядтағыштың арасындағы айырмашылық.
3. Артық байланыс.MODBUS негізіндегі телеметрия станция контроллеріне жылу шектеулері бұзылғанға дейін токты алдын ала азайтуға мүмкіндік береді, бұл қосқышты да, көліктің кірісін де қорғайды.

Көп көлікке арналған орындар үшін MIDA сонымен қатар ұсынадықос тапаншалы сұйық салқындату жүйелерібір салқындату циклінен екі жоғары қуатты кабельге қызмет көрсетеді, бұл әрбір қораптағы компоненттер санын азайтады.

Қуат модулінің архитектурасы: сұйықтықпен салқындатылатын модульдер және IP65 оқшауланған ауа өткізгіштері

480 кВт-тан жоғары қуат корпусының ішіндегі жылу тығыздығы екінші термиялық кедергіге айналады. Сала екі жоғары сенімділік архитектурасына жақындады:

• Сұйықтықпен салқындатылатын қуат модульдері (40 кВт–125 кВт).Салқындатқыш сұйықтық қуатты жартылай өткізгіш тіреуіш тақталарды тікелей салқындатады. Бұл модульдер салқынырақ және тыныш жұмыс істейді, әр сөреге жоғары қуат тығыздығына қол жеткізеді және ауа көлемі физикалық тұрғыдан жеткіліксіз болатын 600 кВт-тан астам шкафтар үшін қолайлы.
• IP65 оқшауланған ауа өткізгіш модульдері.60 кВт–480 кВт едендік станцияларда қолданылатын бұл модульдер салқындатқыш ауаны ешқашан баспа платасына тимейтін тығыздалған түтік арқылы тартады. Шаң, тұз тұманы және ылғал — стандартты желдетілетін модульдердің ең көп тараған зиянды факторлары — электроникаға ешқашан жетпейді, бұл істен шығудың орташа уақытын 500 000 сағаттан асады.

MIDA екі тәсілді де құжаттайдықуат модулін салқындатупортфолио. Операторлар үшін практикалық салдарытехникалық қызмет көрсету құныШаңды немесе жағалаудағы ортадағы стандартты желдетілетін модульдер әдетте 6-12 ай ішінде істен шығады, ал оқшауланған құбырлы және сұйықтықпен салқындатылатын модульдер қызмет көрсетусіз жылдар бойы шыдайды.

Кремний карбиді (SiC): жартылай өткізгішті қосалқы құрал

Сұйық салқындату және SiC бір-бірін толықтырады. SiC MOSFET-тері кремний IGBT-леріне қарағанда жылдамырақ ауысады және аз шығындармен өткізеді, бұл бірінші кезекте жылу өндірісін азайтады - бірақ 600A+ шығысында тіпті SiC-дің жақсартылған шығындарын белсенді түрде басқару қажет. SiC модульдеріне тікелей бекітілген сұйықтықпен салқындатылған суық пластиналар операторлар қазір HPC жабдықтарынан күтетін 96,5%+ түрлендіру тиімділігін қамтамасыз етеді, сонымен қатар тас жол қызмет көрсету аймақтары мен қалалық орталықтарға сәйкес келетін ықшам шкафтарды пайдалануға мүмкіндік береді.

Жүйелік деңгей: 480 кВт–720 кВт сұйықтықпен салқындатылатын станцияның шын мәніндегі мәні

Қазіргі заманғы сұйықтықпен салқындатылатын HPC станциясы (мысалы, MIDA)600 кВт сұйық салқындатылған тұрақты ток зарядтау станциясы) біріктіреді:

• Шығыс диапазоны:200 В – 1000 В тұрақты ток, ескі 400 В парктерін және келесі буын 800 В/1000 В платформаларын қамтиды;
• Бірнеше қосқыштар:CCS1, CCS2, CHAdeMO, GB/T (және NACS-ке дайын нұсқалары), бір корпустан бір уақытта 3 көлікке дейін зарядтау мүмкіндігі;
• 500A сұйықтықпен салқындатылатын кабельдержоғары қуатты қару үшін;
• OCPP 1.6J / 2.0.1ашық роуминг және ақылды зарядтау үшін, сонымен қатардинамикалық жүктемені теңестіружелілік қосылыстарды қорғау үшін;
• ISO 15118 Қосу және зарядтауүздіксіз аутентификация және екі бағытты қабілетті аппараттық құралдарда V2G/V2H қуат беру үшін;
• Операциялық конверт:−30°C-тан +70°C-қа дейінгі қоршаған орта температурасында, бұл жабдықты Сібірден Парсы шығанағына дейін пайдалануға мүмкіндік береді.

Сұйық салқындатуды міндетті ететін стандарттар (2024–2030 жж.)

Бүгін 480 кВт-тан астам жабдық сатып алатын кез келген операторемесIEC 61851-23:2023 стандартына сәйкес келетін, сұйықтықпен салқындатылатын жабдық тұрып қалған активтерді сатып алуда.

ROI / TCO: Сұйық салқындатудың бизнес-күні

Сұйық салқындатқыш аппараттық құралдар ауамен салқындатылатын балама конфигурацияларға қарағанда 10-20% бастапқы үстемеақыға ие. TCO есептеулері оны барлық жоғары пайдалану сценарийлерінде әлі де қолдайды. Үш шығын рычагы басым:

1. Энергия тиімділігі — қайталанатын шығындардың бірігуі

Түрлендіру тиімділігінің айырмашылықтары косметикалық емес. Сұйықтықпен салқындатылатын станцияны салыстырыңыз96,5% тиімділіктөмен деңгейлі ауамен салқындатылатын қондырғымен91–93%:

• Учаске профилі: 480 кВт станция, тәулігіне 10 сағат, орташа жүктеменің 60% кезінде жұмыс істейді (орташа тұтыну 288 кВт) →жылына ≈1,05 ГВт/сағжеткізілді.
• Тиімділік айырмашылығы: 96,5% vs 93% →Жылу ретінде жоғалған өнімділіктің ≈3,5%→ жылына ≈36 800 кВт/сағ шығындалды.
• 0,15 еуро/кВт/сағ болғанда, бұлӘр сайт үшін жылына ≈€5,500болдырмауға болатын электр энергиясы шығындарында — жоғары салқындату жүктемесін, HVAC өлшемдерін және ең жоғары сұраныс шығындарын ескермес бұрын.

3-4 нысанда 5 жылдық жабдық циклі ішінде бұл бір жолғы өнім жабдық бағасының жалпы үстеме ақысынан асып түседі.

2. Жұмыс уақыты және техникалық қызмет көрсету — шаңның жасырын құны

• Стандартты желдетілетін модульдер: шаң/ылғалдың енуі → жағалаудағы немесе өнеркәсіптік нысандарда әдеттегі істен шығу мерзімі 6-12 ай → әрбір оқиға үшін жіберу + модульді ауыстыру шығындары.
• IP65 оқшауланған ауа өткізгіші / сұйықтықпен салқындатылатын модульдер: MTTF > 500 000 сағат; 25 000 сағатқа есептелген тығыздалған салқындату қондырғылары.
• Сұйықтықпен салқындатылатын қосқыштар: түйреуіш температурасының төмендеуі → жанасу кедергісінің баяу өсуі → кабель/тапанша ауыстырудың азаюы (500A кабель жинағы маңызды капиталдық бұйым болып табылады).

6 зеңбірекпен ауамен салқындатылатын тас жол учаскесін техникалық қызмет көрсетуге арналған нақты бюджет2–4 есе жоғарынегізінен желдеткіштер, сүзгілер және желдетілетін модульдер үздіксіз істен шығуына байланысты, сұйық салқындатылатын балама қондырғыға қарағанда.

3. Өндіріс және кіріс — сұраныс жағының жағдайы

Автожолда немесе автопарк орналасқан жерде уақыт табыс болып табылады:

• 500А кабельдері бар 480 кВт сұйықтықпен салқындатылатын станция ең жоғары токты ұстап тұрадытұтасзарядтау сеансы; ауамен салқындатылған станциялардың заряды 10-20 минуттан кейін азаяды, бұл жазда сеанс уақытын 30-50%-ға ұзартады.
• Жоғары тұрақты қуат = қысқа сеанстар =күніне бір дүңгіршектегі көбірек сеанстар— CPO басқаратын ең үлкен кіріс тұтқасы.
• Бір 480 кВт қора тәуліктік энергия өткізу қабілетін баламалы ету, электр желісіне қосылу құнын және алаңның күрделі шығындарын азайту үшін 3-4 x 120 кВт қораны ауыстырады.

5 жылдық TCO салыстырмасының мысалдары (480 кВт тас жол учаскесі)

Қорытынды географиялық аймақтар бойынша біркелкі:сұйық салқындату 5 жылдық TCO-ны шамамен 20-35%-ға төмендетедікоммерциялық пайдалану деңгейлерінде, зарядтау тәжірибесін ұсына отырып, драйверлер іс жүзінде кезекке тұрады. Толық аппараттық анықтама алу үшін MIDA қараңыз.480 кВт тұрақты токпен жылдам зарядтау станциясысұйықтықпен салқындатылатын диапазонға кіру нүктесі ретінде.

5 жылдық болжам (2026–2031)

1. Мегаватт зарядтау ауыр жұмыс үшін келеді.1500 А дейінгі MCS қосқыштары және 1 МВт класты сұйықтықпен салқындату станциялары жүк көлігін тоқтату режимінде зарядтауды стандарттайды; 2028 жылға қарай 600 кВт-1 МВт шкафтар Еуропа мен Солтүстік Америкада тас жол нормасына айналады деп күтілуде.
2. NACS консолидациясы жеделдетіледі.Солтүстік Америка SAE J3400 қаруын пайдаланады; көп стандартты сұйық салқындатылатын қарулар (CCS2 + NACS + GB/T) экспортталатын стандартқа айналады.
3. 1000В платформалары кең таралған.IEC 61851-23:2023 және 800В/1000В көлік архитектураларымен 480 кВт-тан төмен зарядтағыштар автопарк тендерлерін біртіндеп жоғалтады.
4. Салқындату басқарылатын сандық активке айналады.Салқындату циклдарындағы MODBUS/CAN телеметриясы бұлттық аналитиканы береді — болжамды дератизация, салқындатқыш сұйықтықтың жағдайын бақылау және O&M кестесі реактивті қызметті ауыстырады.
5. BESS + сұйықтықпен салқындатылатын HPC біріктіруі.Батарея буфері бар орындар (күн энергиясы + сақтау орны + 600 кВт ЖЭС) электр желісіне қосылу шығындарын және ең жоғары сұраныс шығындарын азайтады; сұйықтықпен салқындатылатын модульдер шағын электр желісінен 1 МВт класты қуат беруді мүмкін ететін жылулық магистраль болып табылады.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Сұйықтықпен салқындатылатын электромобиль зарядтағышы дегеніміз не?Сұйықтықпен салқындатылатын электр зарядтағышы диэлектрлік салқындатқыш сұйықтықты қуат корпусының ішіндегі тығыздалған ілмектер мен зарядтау кабелі/қосқыш жинағы арқылы айналдырып, жылуды кетіреді. Қоршаған ортадағы (көбінесе шаңды) ауаны электроникаға үрлейтін ауамен салқындатылатын құрылғылардан айырмашылығы, сұйықтықпен салқындатылған жүйелер компоненттерді төмен, тұрақты температурада ұстайды, бұл 500 А+ үздіксіз токты қамтамасыз етеді және 480 кВт–1 МВт зарядтауды қолдайды.

2. Неліктен 480 кВт+ зарядтағыштарды сұйық салқындату қажет?800 В платформасында 480 кВт қуатта ток 600 А-ға жетеді; 600 кВт қуатта 750 А-ға жетеді. Кабельдер мен қосқыштардағы жылу ток квадратымен (I²R) масштабталады. Ауамен салқындату үшін іс жүзінде қалың, ауыр кабельдер қажет болады және қосқыштың қызып кетуіне және бірнеше минут ішінде кернеудің төмендеуіне әкеледі. Сұйық салқындату кабель температурасының көтерілуін 50 К шегінде ұстайды және бүкіл сеанс бойы толық қуатты сақтайды.

3. Сұйықтықпен салқындатылатын зарядтау кабельдері қандай ток күшін көтере алады?Коммерциялық сұйықтықпен салқындатылатын тұрақты ток кабельдері бүгінгі таңда 500A–800A (CCS2/GB/T) номиналды, NACS нұсқалары 250A–600A және MCS/CHAOJI қосқыштары мегаватт зарядтауға арналған 1500A дейін. Кабельдің номиналды мәні станцияның шығыс кернеуіне сәйкес келуі керек: 800 В кернеудегі 480 кВт станция үшін кемінде 600 А номиналды сұйықтықпен салқындатылатын мылтық қажет.

4. Сұйықтықпен салқындатылатын зарядтағыш ауамен салқындатылатын зарядтағышқа қарағанда қаншалықты тиімді?Сұйықтықпен салқындатылатын және оқшауланған арналы станциялар айнымалы токтан тұрақты токқа түрлендіру тиімділігі ≥96,5%-ға жетеді, ал желдетілетін төмен деңгейлі қондырғылар әдетте 91–93% құрайды. 480 кВт қуатта және тәулігіне 10 сағат жұмыс істегенде, бұл 3,5–5,5 нүктелік алшақтық жылына бір учаскеге шамамен 36 000–58 000 кВт/сағ энергияны ысырап етеді — бұл электр энергиясының шығындарынан мыңдаған еуроны үнемдеуге мүмкіндік береді.

5. Сұйықтықпен салқындатылатын зарядтағыштарға көбірек күтім қажет пе?Жоқ — әдетте азырақ. Салқындатқыш сұйықтық тізбегі тығыздалған (IP68), сондықтан ауыстыруға болатын сүзгілер немесе желдеткіштер жоқ. Салқындату қондырғылары шамамен 25 000 сағатқа есептелген, ал оқшауланған құбырлы немесе сұйықтықпен салқындатылатын қуат модульдерінің MTBF көрсеткіштері желдетілетін модульдерден әлдеқайда жоғары, олар әдетте шаңды немесе жағалаудағы ортада 6-12 ай ішінде істен шығады.

6. Сұйық салқындату бастапқы құны жоғарырақ болуы керек пе?Иә, кез келген коммерциялық пайдалану сценарийі үшін. Аппараттық құралға жұмсалған шығындар әдетте 12-24 ай ішінде жоғары түрлендіру тиімділігі, модуль/кабельді ауыстырудың аздығы және күніне бір қораға 30-50%-ға көп сеанс жасау арқылы қалпына келтіріледі. 5 жылдық TCO негізінде сұйықтықпен салқындатылатын 480 кВт алаңдар ауамен салқындатылатын балама конфигурацияларға қарағанда бір қораға шамамен 20-35%-ға арзан.

7. Сұйықтықпен салқындатылатын жылдам зарядтауға қандай стандарттар қолданылады?Негізгі құрылым IEC 61851-23:2023 (1000 В+ тұрақты ток шығысы, оқшаулауды бақылау, жоғары қуатты қауіпсіздік), IEC 62196-3:2022 (сұйықтықпен салқындатылатын қосқыш пен кабель талаптары), ISO 15118-2/-20:2022 (қосқыш және зарядтау, екі бағытты қуат), SAE J3400 (NACS) және желілік және ақылды зарядтау өзара әрекеттесуіне арналған OCPP 1.6J/2.0.1 болып табылады. Сатып алушылар кез келген 480 кВт+ тендерде осының барлығын талап етуі керек.

MIDA Power (Shanghai Mida EV Power Co., Ltd.) компаниясы 480 кВт-тан 720 кВт-қа дейінгі сұйықтықпен салқындатылатын тұрақты токпен жылдам зарядтау станцияларын, 500A–800A сұйықтықпен салқындатылатын кабельдік жүйелерді және тас жолдар, автопарк және мегаватт класты зарядтау қолданбаларына арналған оқшауланған құбырлы қуат модульдерін жобалайды және шығарады. OEM/ODM жобасын қолдау үшін біздің инженерлік тобымызға хабарласыңыз.