Greitas įkrovimas skysčiu aušinamu vandeniu: kitos 5 metų elektromobilių įkrovimo tendencijos

Greitas atsakymas:Skysčiu aušinamas greitasis įkrovimas yra dominuojanti didelės galios elektromobilių įkrovimo (480 kW ir daugiau) technologijų kryptis iki 2031 m., nes oro aušinimas fiziškai negali palaikyti nuolatinės 500 A–800 A srovės per įkrovimo kabelius ir maitinimo modulius be nepriimtino temperatūros kilimo, kabelio svorio ar jungties degradacijos. Cirkuliuodami dielektrinį aušinimo skystį per sandarias, IP68 apsaugos klasės aušinimo kilpas, skysčiu aušinami įkrovikliai palaiko kabelio temperatūros kilimą 50 K ribose, leidžia pasiekti daugiau nei 500 A įkrovimo sroves, palaiko 800 V / 1000 V transporto priemonių platformas ir užtikrina daugiau nei 96,5 % konversijos efektyvumą, taip 15–25 % sumažinant bendras eksploatavimo sąnaudas (TCO), palyginti su atitinkamomis oru aušinamomis architektūromis greitkeliuose, sunkvežimių stovėjimo aikštelėse ir transporto priemonių parko depuose.

Svarbiausios išvados

• 500A yra naujas bazinis lygis.480 kW įkrovikliui, kurio įtampa yra 800 V, reikia 600 A nuolatinės nuolatinės srovės; tik skysčiu aušinami kabeliai, kurių vardinė srovė yra 500–800 A, gali ją tiekti, o vairuotojas gali pakelti tokį, kokį gali.
• Aušinimas juda iš modulio į kilpą.Pramonė pereina nuo ventiliatoriais vėdinamų, dulkėms atsparių modulių prie sandarių, skysčiu aušinamų ir IP65 izoliuotų oro kanalų modulių, kurių aušinimo skysčio eksploatavimo laikas yra daugiau nei 25 000 valandų.
• Efektyvumas yra paslėptas investicijų grąžos svertas.96,5 % efektyvumo skysčiu aušinama stotis, palyginti su 91–93 % efektyvumo oru aušinamu įrenginiu, šilumos pavidalu eikvoja 3,5–5,5 procentinio punkto mažiau energijos – tai sudaro tūkstančius eurų kiekvienai vietai per metus, esant 480 kW panaudojimo galiai.
• Standartai jau užfiksavo šią tendenciją.IEC 61851-23:2023 nustato 1000 V+ platformos palaikymo ir skysčio aušinimo saugos reikalavimus pagal IEC 62196-3:2022; ISO 15118 „Plug & Charge“ ir OCPP 2.0.1 dabar yra komercinių HPC stalviršių laikikliai.
• 5 metų planas yra 1 MW+.MCS (megavatų įkrovimo sistemos) jungtys, kurių srovė siekia iki 1500 A, ir 600 kW–1 MW skysčiu aušinamos stotelės elektromobiliams ir autobusams apibrėžia kitą investicijų ciklą.
• Skysčio aušinimas nėra pasirenkamas, kai galia yra 480 kW ir didesnė.Esant tokiems galios lygiams, kabelio skersmeniui, svoriui ir šiluminėms riboms, oru aušinami pistoletai yra nepraktiški ir nesaugūs kasdieniam komerciniam naudojimui.

Išsami analizė: kodėl skystasis aušinimas laimi virš 480 kW galios

Fizika: kodėl oro aušinimas sugenda esant 500 A srovei

Įkrovimo galia yra įtampos ir srovės sandauga. 800 V akumuliatorių platformoje 480 kW reikia600 A nuolatinės srovės— o 600 kW reikia 750 A. Džaulio įkaitimas kabelyje ir jungtyje atitinka I²R, todėl srovės padvigubinimas keturis kartus padidina kabelio varyje susidarančią šilumą.

Oru aušinami nuolatinės srovės kabeliai, skirti 200–250 A srovei, naudoja didelius vario skerspjūvius ir storą izoliaciją, kad paskirstytų tą šilumą. Padidinus šį metodą iki 600 A, gaunamas kabelis, kuris yra:

• Labai sunkus(30 kg+ vienam pistoleto mazgui), dėl kurio jungties įtempimo mažinimo taške atsiranda nuovargio pažeidimas;
• Storas ir standus, todėl kasdieniams vairuotojams ergonomika dėl įkraunamų automobilių tampa nepriimtina;
• Jungties kaištis įkaista, spartėjantį kontaktinės varžos augimą, kibirkščiavimą ir priešlaikinį jungčių keitimą.

Skysčio aušinimas panaikina šį kompromisą. Aušinimo skystis teka kanalais, esančiais greta laidininko, ištraukdamas šilumą iš šaltinio. Rezultatas – 500 A srovės stiprio kabelis, kurio srovės stipris yra maždaugpusė skersmens ir trečdalis svoriohipotetinio oru aušinamo ekvivalento, tuo pačiu palaikant jungties temperatūros kilimą iki kontroliuojamos ribos.

Kabelių ir jungčių šilumos valdymas: 500 A–800 A aušinimo kilpa

Svarbiausias posistemis yra skysčio aušinimo įrenginys, kuris cirkuliuoja aušinimo skystį per įkrovimo pistoletą. MIDA EV-HPC-PCU-01 aušinimo įrenginys, skirtas500A skysčiu aušinamų įkrovimo kabelių sistemos— yra reprezentatyvus projektas ir iliustruoja našumo ribas, kurias operatoriai turėtų nurodyti:

Svarbiausi inžineriniai aspektai, kuriuos pirkėjai turėtų patikrinti:

1. Sandarus dielektrinis aušinimo skysčio kontūras (IP68).Aušinimo skystis niekada neliečia elektronikos; kilpa yra uždara ir slėgio veikiama, todėl išvengiama užteršimo ir papildymo išlaidų.
2. Aktyvus šiluminis aukštis virš galvos.Įrenginys turi išlaikyti kabelio temperatūros kilimą iki ≤50K net ir esant50 °C aplinkos temperatūra– štai koks skirtumas tarp įkroviklio, kuris vasarą Ispanijoje palaiko visą 500 A srovę, ir tokio, kuris sumažina srovės stiprumą 30 %.
3. Perteklinis bendravimas.MODBUS pagrindu veikianti telemetrija leidžia stoties valdikliui iš anksto sumažinti srovę prieš peržengiant termines ribas, taip apsaugant ir jungtį, ir transporto priemonės įvadą.

Daugiafunkcinėms aikštelėms MIDA taip pat siūlodviejų pistoletų skysčio aušinimo sistemoskurie aptarnauja du didelės galios kabelius iš vienos aušinimo kilpos, taip sumažinant komponentų skaičių vienoje stotelėje.

Maitinimo modulio architektūra: skysčiu aušinami moduliai ir IP65 izoliuoti oro kanalai

Viršijus 480 kW, šilumos tankis skirstymo spintoje tampa antrąja šiluminio trūkumo problema. Pramonė suvienijo jėgas ties dviem didelio patikimumo architektūromis:

• Skysčiu aušinami galios moduliai (40 kW–125 kW).Aušinimo skystis tiesiogiai aušina galios puslaidininkių pagrindines plokštes. Šie moduliai veikia vėsiau ir tyliau, pasiekia didesnį galios tankį vienoje lentynoje ir yra tinkamesni 600 kW ir didesnių galios spintoms, kuriose oro tūris fiziškai yra nepakankamas.
• IP65 izoliuoti ortakių moduliai.Šie moduliai, naudojami 60 kW–480 kW pastatomose stotyse, traukia aušinimo orą per sandarų ortakį, kuris niekada neliečia spausdintinės plokštės. Dulkės, druskos rūkas ir drėgmė – pagrindiniai standartinių ventiliuojamų modulių naikintojai – niekada nepasiekia elektronikos, todėl vidutinis gedimo laikas viršija 500 000 valandų.

MIDA dokumentuoja abu metodus visoje savo veikloje.maitinimo modulio aušinimasportfelis. Praktinė pasekmė operatoriams yra tokia:priežiūros išlaidosStandartiniai vėdinami moduliai dulkėtoje ar pakrantės aplinkoje paprastai sugenda per 6–12 mėnesių, o izoliuoto ortakio ir skysčiu aušinami moduliai be techninės priežiūros išsilaiko metus.

Silicio karbidas (SiC): puslaidininkių gamybos skatintojas

Skysčio aušinimas ir SiC vienas kitą papildo. SiC MOSFET tranzistoriai persijungia greičiau ir praleidžia srovę su mažesniais nuostoliais nei silicio IGBT, todėl iš pradžių sumažėja šilumos generavimas, tačiau esant daugiau nei 600 A išėjimo srovei, net ir sumažinti SiC nuostoliai turi būti aktyviai valdomi. Skysčiu aušinamos šaltosios plokštės, tiesiogiai sujungtos su SiC moduliais, užtikrina daugiau nei 96,5 % konversijos efektyvumą, kurio operatoriai dabar tikisi iš HPC įrangos, kartu sudarydamos sąlygas kompaktiškoms spintoms, kurios tinka greitkelių aptarnavimo zonoms ir miesto mazgams.

Sistemos lygmuo: kas iš tikrųjų yra 480 kW–720 kW skysčiu aušinama stotis

Moderni skysčiu aušinama HPC stotis (pvz., MIDA600 kW skysčiu aušinama nuolatinės srovės įkrovimo stotelė) integruoja:

• Išvesties diapazonas:200 V–1000 V nuolatinė srovė, apimanti senesnius 400 V parkus ir naujos kartos 800 V / 1000 V platformas;
• Kelios jungtys:CCS1, CCS2, CHAdeMO, GB/T (ir NACS pritaikytos versijos), leidžiančios vienu metu įkrauti iki 3 transporto priemonių iš vienos spintelės;
• 500A skysčiu aušinami kabeliaivienam didelės galios pistoletui;
• OCPP 1.6J / 2.0.1už atvirą tarptinklinį ryšį ir išmanųjį įkrovimą, taip patdinaminis apkrovos balansavimasapsaugoti tinklo jungtis;
• ISO 15118 Prijunk ir įkrauksklandžiam autentifikavimui ir, dvikryptį ryšį palaikančioje aparatinėje įrangoje, V2G/V2H energijos perdavimui;
• Veikimo ribos:Nuo -30 °C iki +70 °C aplinkos temperatūros, todėl įranga tinkama naudoti nuo Sibiro iki Meksikos įlankos.

Standartai, dėl kurių skystasis aušinimas yra privalomas (2024–2030 m.)

Bet kuris operatorius, šiandien įsigyjantis daugiau nei 480 kW įrangą irneskysčiu aušinamą įrangą, atitinkančią IEC 61851-23:2023 standartą, perka nuvertėjusį turtą.

Investicinė grąža / bendrosios nuosavybės išlaidos: skysto aušinimo verslo atvejis

Skysčiu aušinamos įrangos pradinės išlaidos yra 10–20 % didesnės, palyginti su atitinkamomis oru aušinamomis konfigūracijomis. Bendrosios eksploatavimo išlaidos (BCO) vis tiek yra palankios kiekviename didelio panaudojimo scenarijuje. Vyrauja trys sąnaudų svertai:

1. Energijos vartojimo efektyvumas – pasikartojančios išlaidos, kurios didina

Konversijos efektyvumo skirtumai nėra kosmetiniai. Palyginkite skysčiu aušinamą stotį96,5 % efektyvumassu žemos klasės oru aušinamu įrenginiu91–93 %:

• Vietos profilis: 480 kW stotis, veikianti 10 valandų per parą esant 60 % vidutinei apkrovai (vidutinis suvartojimas 288 kW) →≈1,05 GWh per metuspristatytas.
• Efektyvumo skirtumas: 96,5 % ir 93 % →≈3,5 % pralaidumo prarandama kaip šiluma→ ≈36 800 kWh per metus iššvaistoma.
• Esant 0,15 €/kWh, tai yra≈5 500 €/metus vienai vietaiišvengiamų elektros energijos sąnaudų – prieš įtraukiant didesnę vėsinimo apkrovą, ŠVOK sistemos dydį ir mokesčius už didžiausią paklausą.

Per 5 metų įrangos ciklą 3–4 vietose šis vienas elementas viršija bendrą įrangos kainos priedą.

2. Veikimo laikas ir priežiūra – paslėptos dulkių išlaidos

• Standartiniai vėdinami moduliai: dulkių / drėgmės prasiskverbimas → tipinis gedimo laikotarpis 6–12 mėnesių pakrantės arba pramoninėse vietose → išsiuntimas + modulio keitimo išlaidos vienam atvejui.
• IP65 izoliuoti ortakių / skysčiu aušinami moduliai: MTTF > 500 000 valandų; sandarūs aušinimo įrenginiai, kurių vardinė eksploatavimo trukmė – 25 000 valandų.
• Skysčiu aušinamos jungtys: žemesnė kontaktų temperatūra → lėtesnis kontaktinės varžos augimas → rečiau reikia keisti kabelius / kabelio aušintuvus (500 A kabelio mazgas yra reikšminga kapitalinė sąnaudų dalis).

Realus 6 patrankų oru aušinamos greitkelio aikštelės priežiūros biudžetas yra2–4 kartus didesnisnei lygiavertėje skysčiu aušinamoje sistemoje, daugiausia dėl to, kad ventiliatoriai, filtrai ir ventiliuojami moduliai nuolat genda.

3. Pralaidumas ir pajamos – paklausos pusės atvejis

Greitkelyje ar transporto priemonių parko vietoje laikas yra pajamos:

• 480 kW skysčiu aušinama stotis su 500 A kabeliais palaiko didžiausią srovęvisasįkrovimo seansas; oru vėsinamų stotelių galia sumažėja po 10–20 minučių, todėl vasarą seanso trukmė pailgėja 30–50 %.
• Didesnė ilgalaikė galia = trumpesni seansai =daugiau seansų viename prekystalyje per dieną– didžiausias pajamų svertas, kurį kontroliuoja CPO.
• Vienas 480 kW stendas pakeičia 3–4 x 120 kW stendus, užtikrinant tokį patį dienos energijos pralaidumą, sumažinant užimamą plotą, tinklo prijungimo išlaidas ir CAPEX.

Iliustracinis 5 metų TCO palyginimas (480 kW greitkelio aikštelė)

Išvada vienoda visose geografinėse vietovėse:Skysčio aušinimas sumažina 5 metų bendrąsias išlaidas maždaug 20–35 %komercinio panaudojimo lygiu, tuo pačiu užtikrinant įkrovimo patirtį, kurios vairuotojai iš tikrųjų laukia eilėje. Išsamesnės informacijos apie aparatinę įrangą ieškokite MIDA480 kW nuolatinės srovės greitojo įkrovimo stotelėkaip įėjimo taškas į skysčiu aušinamą diapazoną.

5 metų perspektyva (2026–2031 m.)

1. Megavatų įkrovimas atvyksta sunkiosioms transporto priemonėms.MCS jungtys, kurių srovės stipris siekia iki 1500 A, ir 1 MW klasės skysčiu aušinamos stotelės standartizuos įkrovimą sunkvežimių stovėjimo aikštelėse; tikimasi, kad iki 2028 m. 600 kW–1 MW skirstymo spintos taps greitkelių norma Europoje ir Šiaurės Amerikoje.
2. NACS konsolidacija įsibėgėja.Šiaurės Amerika pereina prie SAE J3400 standarto; daugiastandartiniai skysčiu aušinami pistoletai (CCS2 + NACS + GB/T) tampa numatytuoju eksporto standartu.
3. 1000 V platformos tampa vyraujančia pramone.Dėl IEC 61851-23:2023 standarto ir 800 V / 1000 V transporto priemonių architektūrų, mažesnės nei 480 kW galios įkrovikliai palaipsniui praras galimybes dalyvauti konkursuose dėl įkroviklių parkų.
4. Vėsinimas tampa valdomu skaitmeniniu turtu.MODBUS/CAN telemetrijos duomenys aušinimo kilpose teikia debesijos analitikos paslaugas – numatomasis galios mažinimas, aušinimo skysčio būklės stebėjimas ir eksploatavimo bei priežiūros planavimas pakeičia reaktyviąją paslaugą.
5. BESS + skysčiu aušinamas HPC sujungimas.Baterijomis aprūpintos vietos (saulės energija + kaupimas + 600 kW HPC) sumažina prijungimo prie tinklo išlaidas ir didžiausios paklausos mokesčius; skysčiu aušinami moduliai yra šiluminis pagrindas, leidžiantis tiekti 1 MW klasės energiją iš mažo tinklo tiekimo šaltinio.

DUK

1. Kas yra skysčiu aušinamas elektromobilių įkroviklis?Skysčiu aušinamas elektromobilių įkroviklis cirkuliuoja dielektrinį aušinimo skystį per sandarias kilpas maitinimo spintelės viduje ir įkrovimo kabelio / jungties mazge, kad pašalintų šilumą. Skirtingai nuo oru aušinamų įrenginių, kurie pučia aplinkos (dažnai dulkėtą) orą virš elektronikos, skysčiu aušinamos sistemos palaiko komponentų žemesnę, stabilesnę temperatūrą, todėl galima naudoti daugiau nei 500 A nuolatinę srovę ir palaiko 480 kW–1 MW įkrovimą.

2. Kodėl 480 kW+ įkrovikliams reikalingas aušinimas skysčiu?Esant 480 kW galiai 800 V platformoje, srovė siekia 600 A; esant 600 kW galiai – 750 A. Kabelių ir jungčių įkaitimas proporcingas srovės kvadratui (I²R). Oro aušinimui reikėtų nepraktiškai storų, sunkių kabelių, o jungtys per kelias minutes perkaitintų ir sumažintų savo galią. Skysčio aušinimas palaiko kabelio temperatūros kilimą 50 K ribose ir išlaiko visą galią viso seanso metu.

3. Kokią srovės apkrovą gali palaikyti skysčiu aušinami įkrovimo kabeliai?Šiandien komercinių skysčiu aušinamų nuolatinės srovės kabelių vardinė srovė yra 500–800 A (CCS2/GB/T), NACS variantų – 250–600 A, o MCS/CHAOJI jungčių – iki 1500 A, skirtų megavatų įkrovimui. Kabelio vardinė srovė turi atitikti stoties išėjimo įtampą: 480 kW stočiai, kurios įtampa yra 800 V, reikalingas bent 600 A skysčiu aušinamas elektros pistoletas.

4. Kiek efektyvesnis skysčiu aušinamas įkroviklis nei oru aušinamas?Aukščiausios klasės skysčiu aušinamų ir izoliuotų ortakių stočių AC-DC konversijos efektyvumas siekia ≥96,5 %, o žemos klasės ventiliuojamų įrenginių – 91–93 %. Esant 480 kW galiai ir 10 valandų kasdieniam veikimui, šis 3,5–5,5 balo skirtumas per metus vienam objektui iššvaisto maždaug 36 000–58 000 kWh – tūkstančius eurų išvengiamų elektros energijos sąnaudų.

5. Ar skysčiu aušinamiems įkrovikliams reikia daugiau priežiūros?Ne – paprastai mažiau. Aušinimo skysčio kilpa yra sandari (IP68), todėl nereikia keisti filtrų ar ventiliatorių. Aušinimo įrenginių vardinis tarnavimo laikas yra ~25 000 valandų, o izoliuotų ortakių arba skysčiu aušinamų maitinimo modulių MTBF rodikliai yra daug didesni nei ventiliuojamų modulių, kurie dulkėtoje ar pakrantės aplinkoje paprastai sugenda per 6–12 mėnesių.

6. Ar verta mokėti didesnę pradinę kainą už skystąjį aušinimą?Taip, bet kokiam komercinio naudojimo scenarijui. Aparatinės įrangos priemoka paprastai atsiperka per 12–24 mėnesius dėl didesnio konversijos efektyvumo, retesnių modulių / kabelių pakeitimų ir 30–50 % daugiau seansų vienam stendui per dieną. Remiantis 5 metų bendrosios nuosavybės kainodara, skysčiu aušinamos 480 kW vietos yra maždaug 20–35 % pigesnės vienam stendui nei atitinkamos oru aušinamos konfigūracijos.

7. Kokie standartai taikomi skysčiu aušinamiems greitojo įkrovimo įrenginiams?Pagrindinė sistema yra IEC 61851-23:2023 (1000 V ir daugiau nuolatinės srovės išvestis, izoliacijos stebėjimas, didelės galios sauga), IEC 62196-3:2022 (skysčiu aušinamų jungčių ir kabelių reikalavimai), ISO 15118-2/-20:2022 (prijunkite ir įkraukite, dvikryptis maitinimas), SAE J3400 (NACS) ir OCPP 1.6J/2.0.1, skirti tinklo ir išmaniojo įkrovimo sąveikai. Pirkėjai turėtų reikalauti visų šių standartų bet kuriame 480 kW ir didesnio galingumo konkurse.

„MIDA Power“ (Šanchajaus „Mida EV Power Co., Ltd.“) projektuoja ir gamina skysčiu aušinamas nuolatinės srovės greitojo įkrovimo stoteles nuo 480 kW iki 720 kW, 500 A–800 A skysčiu aušinamas kabelines sistemas ir izoliuoto kanalo maitinimo modulius greitkelių, transporto priemonių ir megavatų klasės įkrovimo sistemoms. Dėl OEM/ODM projektų palaikymo susisiekite su mūsų inžinierių komanda.