Pažangios skysčio aušinimo technologijos BESS nuolatinės srovės įkrovikliuose

Greitas atsakymas

BESS nuolatinės srovės įkroviklių skysčiu aušinimas išsprendžia dvi aktualiausias didelio galingumo elektromobilių įkrovimo problemas: išsklaido šilumą nuo galios elektronikos ir įkrovimo laidų bei palaiko vienodą akumuliatoriaus elementų temperatūrą, kuri išsaugo ciklų tarnavimo laiką. Oru aušinami 480 kW įkrovikliai sumažina galią šiltuoju metų laiku ir reikalauja tokių sunkių kabelių, kad vairuotojams sunku juos valdyti; skysčiu aušinamos sistemos palaiko visą 480–600 kW galią esant iki 50 °C aplinkos temperatūrai ir naudoja lengvus 500 A+ kabelius, kurie sveria maždaug perpus mažiau nei įprasti alternatyvos. Kalbant apie akumuliatorių, skysčiu aušinami LFP akumuliatoriai palaiko elementų temperatūros skirtumą ±2 °C ribose, pailgindami ciklo tarnavimo laiką nuo įprastų oru aušinamų 4 000–6 000 ciklų iki 8 000–10 000 ciklų. Operatoriams praktinis rezultatas yra išmatuojamas: daugiau tiekiamos kWh vienam įkrovikliui per dieną, ilgesnis turto tarnavimo laikas ir mažesnės bendros eksploatavimo išlaidos – todėl skysčiu aušinimas dabar yra numatytoji architektūra 240 kW ir didesnės galios įkrovikliams.

Svarbiausios išvados

• Skysčio aušinimas palaiko visą vardinę galią aukštoje aplinkos temperatūroje, kai oru aušinamų įkroviklių galia sumažėja 15–30 %.
• Skysčiu aušinami įkrovimo kabeliai lengvuose, lanksčiuose laidininkuose tiekia daugiau nei 500 A nuolatinę srovę, todėl galima pasiekti 600 kW klasės hiperįkrovimą.
• Skysčiu aušinami BESS akumuliatoriai pasiekia ±2 °C celių temperatūros vienodumą, palaikydami 8 000–10 000 ciklų gyvavimo trukmę, palyginti su 4 000–6 000 ciklų, skirtų oru aušinamiems akumuliatoriams.
• Sandarūs skysčio aušinimo kontūrai (IP65 klasės, su aušinimo skysčio būklės stebėjimu) pašalina dulkių ir korozijos sukeltus gedimus – pagrindinę elektronikos gedimų priežastį pakelės aikštelėse.
• Nors pradinė kaina yra 10–20 % didesnė, skysčiu aušinamos sistemos užtikrina 5–15 % didesnį metinį energijos pralaidumą ir ilgesnį tarnavimo laiką, pagerindamos 10 metų bendrąją nuosavybės kainą 15–30 %.

Didelės galios įkrovimo terminė problema

Kiekvienas kilovatas, tiekiamas per nuolatinės srovės įkroviklį, sukuria šilumos nuostolius. 480 kW įkroviklis, veikiantis 96 % efektyvumu, išskiria maždaug 19 kW šilumos – pakankamai, kad būtų galima apšildyti du vidutinius namus. Korpuso viduje ši šiluma koncentruojasi trijose vietose: AC/DC maitinimo moduliuose, DC/DC keitikliuose ir įkrovimo laido jungtyje. Akumuliatorių skyrius prideda ketvirtą problemą: įkrovimo ir iškrovimo srovės kaitina pačius elementus, o šiluma yra kiekvieno elektrocheminio proceso ličio elemente priešas.

Dešimtmečius priverstinio oro aušinimas susidorojo su šiomis apkrovomis. Tačiau dvi tendencijos peržengė oro aušinimo ribas:

1. Galios tankio eskalavimas.Įkrovikliai pasikeitė nuo 60 kW iki 240 kW, vėliau – iki 480 kW ir dabar yra 600 kW klasės platformos, tačiau jų korpuso dydis tame pačiame plote. Oro aušinimas prastai skaluojamas: ventiliatoriai garsėja, filtrai greičiau užsikemša, o korpusui reikia daugiau ventiliacijos angų, pro kurias patektų dulkės, druska ir drėgmė. 2.Aplinkos temperatūros realybė.Ispanijoje, Teksase, Artimuosiuose Rytuose ir Australijoje esantys greitkelių įkrovikliai veikia 40–50 °C aplinkos temperatūroje. Oru aušinamų sistemų galia sumažėja, kai radiatorius artėja prie savo ribos – tai reiškia, kad laboratorijoje 480 kW galios įkroviklis liepos mėnesį tiekia 350–410 kW.

Sumažintos galios bauda nėra teorinė. Greitkelio įkroviklyje, kuris veikia 24 kartus per dieną, 20 % vidutinis vasaros galios sumažinimas kainuoja maždaug 400–600 kWh per dieną energijos nuostolius – dešimtis tūkstančių kWh per metus, o tai reiškia 5 000–15 000 USD pajamų, priklausomai nuo tarifo ir naudojimo.

Oro aušinimas ir skysčio aušinimas: inžinerinis palyginimas

Lentelėje atskleidžiama konstrukcijos logika: aušinimas skysčiu nėra prabangos elementas, o technologija, leidžianti naudoti 240 kW–1 MW galios klasę. Esant mažesnei nei 180 kW galiai, oro aušinimas išlieka konkurencingas kainos atžvilgiu; viršijus šią galią, fizikiniai dėsniai palankesni skysčiui.

Skysčiu aušinami kabeliai: užtikrinanti 500 A+ nuolatinę srovę

Įkrovimo laidas yra ta vieta, kur vairuotojai fiziškai pajunta šiluminį dizainą. 600 A nuolatinė srovė, tekanti per įprastą varinį laidininką, sukuria didžiulę varžinę šilumą, todėl oru aušinami laidai tai kompensuoja per dideliais laidininkais – rezultatas yra toks sunkus ir standus, kad vairuotojams, ypač vyresnio amžiaus vairuotojams arba tiems, kurie CCS2 jungtis laiko nepatogiais kampais, sunku jį naudoti.

Skysčiu aušinamų kabelių technologija šią problemą išsprendžia cirkuliuodama aušinimo skystį per kanalus, integruotus į kabelio apvalkalą, tiesiai greta srovę tekančiųjų laidininkų. Aušinimo skystis ištraukia varžinę šilumą šaltinyje, leisdamas mažesnio skerspjūvio laidininkui perduoti tą pačią srovę:

• Srovės tankis:500–600 A nuolatinė srovė vienam kabeliui, leidžianti įkrauti 600 kW 800–1000 V architektūras neperkaitinant.
• Svoris ir lankstumas:40–55 % lengvesni nei atitinkami oru aušinami kabeliai, mažesnio lenkimo spindulio – tai tiesiogiai pagerina vairuotojo patirtį ir sumažina robotinių arba automatinių įjungiamų sistemų nuovargį.
• Jungties temperatūra:esant pilnai srovei, palaikoma žemesnėje nei 55 °C temperatūroje, taip apsaugant tiek jungčių kontaktinius paviršius, tiek transporto priemonės įleidimo angą.

Ši galimybė yra esminė [MIDA 600 kW skysčiu aušinamų hiperįkrovimo platformų](https://www.midapower.com/) ypatybė, kur kabelių sistema ir įkroviklis naudoja tą pačią aušinimo skysčio kilpą ir valdiklį – tokia konstrukcija leidžia visą šiluminį kelią valdyti vienoje stebėjimo sistemoje.

Baterijos pusės šiluminis valdymas: ciklo trukmė yra temperatūros istorija

Įkrovimo stotelėje esančioms BESS akumuliatoriams aušinimas yra svarbus ne momentinis našumas, o jo tarnavimo laikas. Ličio-geležies-fosfato (LFP) elementai aukštesnėje temperatūroje susidėvi greičiau ir, svarbiausia, netolygiai, kai akumuliatoriuje yra karštų ir šaltų zonų. Karščiausias elementas riboja viso akumuliatoriaus saugų veikimo langą ir lemia pakeitimo laiką.

Skysčio aušinimas keičia akumuliatoriaus senėjimo trajektoriją:

Mechanizmas yra paprastas: skystas aušinimo skystis, pasižymintis didele savitąja šilumine talpa ir dideliu srautu, ištraukia šilumą iš šaltų plokščių, tiesiogiai besiliečiančių su elementų moduliais. Kadangi aušinimo skysčio kelias tolygiai padengia kiekvieną modulį, blokas visur veikia arčiau idealios temperatūros – lėtesnis senėjimas, geresnis pirmyn ir atgalinis efektyvumas ir mažiau saugos ribos kompromisų.

BESS, kuris skutimosi metu kasdien atlieka skutimosi ciklus, skirtumas tarp 6 000 ir 10 000 ciklų reiškia trejus–penkerius papildomus eksploatavimo metus, todėl finansinis modelis pakeičiamas iš „akumuliatoriaus keitimo projekto viduryje“ į „akumuliatoriaus tarnavimo laikas viršija įkroviklio tarnavimo laiką“.

Sauga, sandarinimas ir sertifikavimas

Skysčių aušinimas aukštos įtampos įrangoje įveda skysčius, todėl saugos inžinerija ir sertifikavimas yra pagrindiniai projektavimo elementai. Atsakingas architektūras – ir tas, kurias priima reguliavimo institucijos bei draudikai – turi šių bendrų savybių:

• Uždaros, sandarios kilpossu dielektriniu aušinimo skysčiu, skirtas visam įrangos tarnavimo laikui, visiškai panaikinant „vandens + elektros“ pavojaus klasę.
• IP65 klasės korpusaibe ventiliacijos angų: dulkės, druskos purslai ir vabzdžiai negali patekti, o tai tiesiogiai sumažina lauko gedimų režimus, kurie dominuoja pakelės elektronikos statistikoje.
• Nuotėkių aptikimas ir slėgio stebėjimassu automatiniu įkroviklio išjungimu ir gedimų pranešimu per OCPP.
• Aušinimo skysčio būklės stebėjimas(laidumas, srautas, temperatūra) integruoti į EMS, kurių techninės priežiūros intervalai yra 5–10 metų.
• Sertifikavimo aprėptisAtitinka IEC 61851, IEC 62196 ir UL 2594 standartus įkrovimo sistemai; UL 9540 / IEC 62933 standartą saugojimo posistemei; IP65 standartą pagal IEC 60529.

Štai specifikacijos, kurių reikia laikytis skelbiant konkursą. Užsandarinta skysčiu aušinama grandinė nereikalauja priežiūros amžinai, tačiau jos gedimai yra reti, nuspėjami ir stebimi nuotoliniu būdu – kitaip nei ventiliatorių ir filtrų sistemos, kurios tyliai susidėvi užsikemšant filtrams.

Priežiūra ir gyvavimo ciklo ekonomika

Dažnas prieštaravimas dėl skysčio aušinimo yra sudėtingumas – intuicija, kad siurbliai ir aušinimo skystis turi būti daugiau problemų nei ventiliatoriai. Lauko duomenys ir originalios įrangos gamintojų techninės priežiūros įrašai rodo priešingai:

Pridėkite energijos ir pajamų poveikį – nereikia mažinti galios vasarą, didesnis metinis pralaidumas, ilgesnis akumuliatoriaus veikimo laikas – ir 10 metų bendrųjų išlaidų (TCO) palyginimas yra lemiamas: skysčiu aušinamos sistemos paprastai pasižymi 15–30 % mažesnėmis TCO nei oru aušinamos sistemos, kurių galia yra 240 kW ir didesnė, nepaisant 10–20 % pradinės kainos priemokos. Priemoka sumokama vieną kartą; bauda už galios mažinimą ir akumuliatoriaus keitimą grąžinama kiekvienais metais.

Bendros eksploatavimo išlaidos trumpai

Išvada

Pažangus aušinimas skysčiu yra pagrindinė didelio galingumo įkrovimo eros technologija. Jis palaiko visą galią dykumos karštyje, leidžia fiziškai naudoti 600 kW įkrovimą per lengvus 500 A+ kabelius ir daug kartų pailgina BESS ciklo tarnavimo laiką, užtikrindamas vienodą elementų temperatūrą, tuo pačiu sumažinant priežiūros poreikį ir pašalinant dulkių sukeltus gedimo režimus, būdingus ventiliuojamiems korpusams. Kiekvienas vertės grandinės elementas – energijos pralaidumas, turto tarnavimo laikas, vairuotojo patirtis, eksploatavimo ir priežiūros išlaidos – pagerėja. Operatoriams, pageidaujantiems 240 kW ir daugiau, aušinimas skysčiu nėra aukščiausios kokybės pasirinkimas; tai yra tinkamas inžinerinis pagrindas. Peržiūrėkite [MIDA skysčiu aušinamų nuolatinės srovės greitojo įkrovimo įrenginių portfelį](https://www.midapower.com/) ir [BESS šilumos valdymo etaloninius projektus](https://www.midapower.com/), kad gautumėte patvirtintus našumo duomenis jūsų objekto aplinkos sąlygomis.

DUK

1. Kas yra skysčio aušinimas nuolatinės srovės įkroviklyje?Skysčio aušinimas cirkuliuoja aušinimo skystį per šaltas plokštes ir kabelių kanalus, kad tiesiogiai išgautų šilumą iš galios elektronikos, akumuliatorių ir įkrovimo laidų, o ne pasikliautų ventiliatoriais ir aplinkos oru.

2. Kodėl didelės galios elektromobilių įkrovimui reikalingas aušinimas skysčiu?Šilto klimato sąlygomis oro aušinimas negali pakankamai greitai pašalinti šilumos, todėl sumažėja galia; skystasis aušinimas palaiko visą vardinę galią ir leidžia naudoti lengvus 500–600 A kabelius.

3. Kiek skysčio aušinimas pagerina įkroviklio veikimo laiką?Sandarios skysčiu aušinamos sistemos pašalina filtrų valymo ir ventiliatorių gedimų poreikį, 50–70 % sumažinant metines eksploatavimo ir priežiūros išlaidas ir pašalinant vasaros galios sumažėjimą, kuris gali padidinti metinį energijos suvartojimą 5–15 %.

4. Ar skysčiu aušinami kabeliai tikrai nuolat praleidžia 500 A srovę?Taip. Skysčiu aušinami kabeliai su integruotais aušinimo skysčio kanalais perduoda 500–600 A nuolatinę srovę, tuo pačiu išlieka lankstūs ir lengvi – ši technologija leidžia įkrauti 600 kW klasės įrenginius.

5. Ar skysčio aušinimas pailgina BESS akumuliatoriaus veikimo laiką?Taip. Skysčiu aušinami LFP akumuliatoriai palaiko ±2 °C celės temperatūros vienodumą, atlaikydami 8 000–10 000 ciklų, palyginti su 4 000–6 000 ciklų, kaip ir įprasti oru aušinami akumuliatoriai – taigi tarnavimo laikas yra 50–100 % ilgesnis.

6. Ar saugu aušinti skystį naudojant aukštos įtampos įrangą?Taip, tinkamai suprojektavus: sandariose kilpose naudojamas dielektrinis aušinimo skystis, korpusai pasiekia IP65 apsaugos lygį, o nuotėkio / slėgio stebėjimas suaktyvina automatinį išjungimą ir nuotolinius pavojaus signalus.

7. Kokia atsipirkimo tikimybė renkantis skystąjį aušinimą?Esant 240 kW ir didesnei galiai, 10–20 % pradinės kainos priedas atgaunamas pašalinus galios mažinimą, sumažėjus eksploatavimo ir priežiūros sąnaudoms bei išvengiant akumuliatorių keitimo, todėl bendros 10 metų eksploatavimo išlaidos sumažėja 15–30 %.