Uzlabotas šķidruma dzesēšanas tehnoloģijas BESS līdzstrāvas lādētājos

Ātrā atbilde

Šķidruma dzesēšana BESS līdzstrāvas lādētājos atrisina divas aktuālākās problēmas lieljaudas elektrotransportlīdzekļu uzlādē: siltuma izkliedi no jaudas elektronikas un uzlādes kabeļiem, kā arī akumulatora elementu uzturēšanu vienmērīgā temperatūrā, kas saglabā cikla kalpošanas laiku. Ar gaisu dzesējamas 480 kW lādētājas samazina jaudu siltā laikā un prasa tik smagus kabeļus, ka autovadītājiem ir grūti tos apstrādāt; ar šķidrumu dzesējamas sistēmas uztur pilnu 480–600 kW jaudu apkārtējās vides temperatūrā līdz 50 °C un izmanto vieglus 500 A+ kabeļus, kas sver aptuveni pusi no parastajām alternatīvām. Uzglabāšanas pusē ar šķidrumu dzesējamas LFP uzlādes iekārtas uztur temperatūras diapazonu starp šūnām ±2 °C robežās, pagarinot cikla kalpošanas laiku no tipiskiem gaisa dzesēšanas rādītājiem 4000–6000 cikliem līdz 8000–10 000 cikliem. Operatoriem praktiskais rezultāts ir izmērāms: vairāk piegādāto kWh uz vienu lādētāju dienā, ilgāks aktīvu kalpošanas laiks un zemākas kopējās īpašumtiesību izmaksas — tāpēc šķidruma dzesēšana tagad ir noklusējuma arhitektūra lādētājiem ar jaudu 240 kW un vairāk.

Galvenie secinājumi

• Šķidruma dzesēšana uztur pilnu nominālo jaudu augstā apkārtējās vides temperatūrā, kur gaisa dzesēšanas lādētāju jauda samazinās par 15–30 %.
• Ar šķidrumu dzesējami uzlādes kabeļi nodrošina vairāk nekā 500 A nepārtrauktu strāvu vieglos, elastīgos vadītājos, nodrošinot 600 kW klases hiperuzlādi.
• Ar šķidrumu dzesējamie BESS bloki sasniedz ±2 °C šūnu temperatūras vienmērīgumu, nodrošinot 8000–10 000 ciklu kalpošanas laiku, salīdzinot ar 4000–6000 cikliem, kas paredzēti gaisa dzesējamiem blokiem.
• Noslēgtas šķidruma dzesēšanas cilpas (IP65 aizsardzības līmenis, dzesēšanas šķidruma stāvokļa uzraudzība) novērš putekļu un korozijas radītus bojājumus — galveno elektronikas bojājumu cēloni ceļmalas būvlaukumos.
• Lai gan sākotnējās izmaksas ir par 10–20 % augstākas, ar šķidrumu dzesējamas sistēmas nodrošina par 5–15 % lielāku gada enerģijas caurlaidspēju un ilgāku kalpošanas laiku, uzlabojot 10 gadu kopējās uzturēšanas izmaksas (TCO) par 15–30 %.

Termiskā problēma lieljaudas uzlādes laikā

Katrs kilovats, kas tiek piegādāts caur līdzstrāvas lādētāju, rada lieko siltumu. 480 kW lādētājs, kas darbojas ar 96% efektivitāti, atdod aptuveni 19 kW siltuma — pietiekami, lai apsildītu divas vidējas mājas. Korpusa iekšpusē šis siltums koncentrējas trīs vietās: maiņstrāvas/līdzstrāvas barošanas moduļos, līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājos un uzlādes kabeļa savienotājā. Akumulatora telpa rada ceturto problēmu: uzlādes un izlādes strāvas silda pašas šūnas, un siltums ir katra elektroķīmiskā procesa ienaidnieks litija elementā.

Gadu desmitiem piespiedu gaisa dzesēšana tika galā ar šīm slodzēm. Taču divas tendences ir novedušas gaisa dzesēšanu līdz galam:

1. Jaudas blīvuma eskalācija.Lādētāju jauda palielinājās no 60 kW līdz 240 kW, līdz 480 kW un tagad arī 600 kW klases platformas, saglabājot to pašu korpusa izmēru. Gaisa dzesēšana nedarbojas pareizi: ventilatori kļūst skaļāki, filtri ātrāk aizsērē, un korpusam ir nepieciešamas vairāk ventilācijas atveru, kas ļauj iekļūt putekļiem, sālim un mitrumam. 2.Apkārtējās vides temperatūras realitāte.Šoseju uzlādes stacijas Spānijā, Teksasā, Tuvajos Austrumos un Austrālijā darbojas 40–50 °C apkārtējās vides temperatūrā. Gaisa dzesēšanas sistēmas samazina jaudu, kad radiators tuvojas savam ierobežojumam — tas nozīmē, ka lādētājs, kura jauda laboratorijā ir novērtēta ar 480 kW, jūlijā piegādā 350–410 kW.

Samazināšanas sods nav teorētisks. Automaģistrāļu uzlādes stacijā, kas darbojas 24 reizes dienā, 20 % vidējā vasaras slodzes samazināšana izmaksā aptuveni 400–600 kWh enerģijas zudumu dienā — desmitiem tūkstošu kWh gadā, kas atkarībā no tarifa un izmantošanas veido 5000–15 000 ASV dolāru ieņēmumus.

Gaisa dzesēšana pret šķidruma dzesēšanu: inženiertehniskais salīdzinājums

Tabulā ir atklāta konstrukcijas loģika: šķidruma dzesēšana nav luksusa funkcija, bet gan 240 kW–1 MW jaudas klases pamattehnoloģija. Zem 180 kW gaisa dzesēšana joprojām ir konkurētspējīga izmaksu ziņā; virs šīs jaudas fizikālie faktori dod priekšroku šķidrumam.

Šķidrumdzeses kabeļi: nodrošina nepārtrauktu strāvu virs 500 A

Uzlādes kabelis ir vieta, kur autovadītāji fiziski izjūt termisko dizainu. 600 A nepārtraukta strāva, kas plūst caur parasto vara vadītāju, rada milzīgu pretestības siltumu, tāpēc ar gaisu dzesējami kabeļi to kompensē ar pārāk lieliem vadītājiem — rezultātā kabelis ir tik smags un stingrs, ka autovadītājiem, īpaši vecākiem autovadītājiem vai tiem, kas rīkojas ar CCS2 savienotājiem neērtā leņķī, ir grūti to lietot.

Šķidrumdzeses kabeļu tehnoloģija atrisina šo problēmu, cirkulējot dzesēšanas šķidrumu pa kanāliem, kas integrēti kabeļa apvalkā, tieši blakus strāvu vadošajiem vadītājiem. Dzesēšanas šķidrums absorbē pretestības siltumu avotā, ļaujot mazāka šķērsgriezuma vadītājam pārvadīt tādu pašu strāvu:

• Strāvas blīvums:500–600 A nepārtraukta strāva uz katru kabeli, kas nodrošina 600 kW uzlādi 800–1000 V arhitektūrās bez pārkaršanas.
• Svars un elastība:Par 40–55 % vieglāki nekā līdzvērtīgi gaisa dzesēšanas kabeļi ar mazāku lieces rādiusu — tiešs vadītāja pieredzes uzlabojums un noguruma samazinājums robotizētām vai automatizētām spraudņu sistēmām.
• Savienotāja temperatūra:ar pilnu strāvu tiek turēts zem 55 °C, aizsargājot gan savienotāja saskares virsmas, gan transportlīdzekļa ieeju.

Šī iespēja ir būtiska [MIDA 600 kW šķidruma dzesēšanas hiperlādēšanas platformām](https://www.midapower.com/), kur kabeļu sistēmai un lādētājam ir viena un tā pati dzesēšanas šķidruma cilpa un kontrolieris — šī konstrukcija nodrošina, ka viss termiskais ceļš tiek pārvaldīts vienā uzraudzības sistēmā.

Akumulatora puses termiskā pārvaldība: cikla kalpošanas laiks ir temperatūras stāsts

Uzlādes stacijas BESS dzesēšana nav saistīta ar veiktspēju konkrētajā brīdī, bet gan ar kalpošanas laiku. Litija-dzelzs-fosfāta (LFP) elementi nolietojas ātrāk paaugstinātā temperatūrā un, kas ir kritiski svarīgi, nevienmērīgi, ja akumulatoram ir gan karstas, gan aukstas zonas. Karstākais elements ierobežo visa akumulatora drošo darbības logu un nosaka nomaiņas laiku.

Šķidruma dzesēšana maina akumulatora novecošanās trajektoriju:

Mehānisms ir vienkāršs: šķidrs dzesēšanas šķidrums ar augstu īpatnējo siltumietilpību un lielu plūsmas ātrumu izvada siltumu no aukstām plāksnēm, kas tieši saskaras ar šūnu moduļiem. Tā kā dzesēšanas šķidruma ceļš vienmērīgi pārklāj katru moduli, bloks visur darbojas tuvāk ideālajai temperatūrai — lēnāka novecošanās, labāka turp un atpakaļ efektivitāte un mazāk drošības rezervju kompromisu.

BESS, kas darbojas katru dienu maksimālās skūšanās slodzes laikā, starpība starp 6000 un 10 000 cikliem nozīmē trīs līdz piecus papildu kalpošanas gadus, kas maina finanšu modeli no “akumulatora nomaiņa projekta vidū” uz “akumulatora kalpošanas laiks pārsniedz lādētāja kalpošanas laiku”.

Drošība, blīvēšana un sertifikācija

Šķidruma dzesēšana ievada šķidrumus augstsprieguma iekārtās, kas padara drošības inženieriju un sertifikāciju par centrālo daļu projektēšanā. Atbildīgajām arhitektūrām — un tām, ko akceptē regulatori un apdrošinātāji — ir šādas kopīgas īpašības:

• Slēgtas, noslēgtas cilpasar dielektrisku dzesēšanas šķidrumu, kas paredzēts visam iekārtas kalpošanas laikam, pilnībā novēršot bīstamības klasi “ūdens + elektrība”.
• IP65 aizsardzības klases korpusibez ventilācijas atverēm: putekļi, sālsūdens un kukaiņi nevar iekļūt, kas tieši samazina lauka atteices režīmus, kas dominē ceļmalas elektronikas statistikā.
• Noplūžu noteikšana un spiediena kontrolear automātisku lādētāja izslēgšanu un kļūmju ziņošanu, izmantojot OCPP.
• Dzesēšanas šķidruma stāvokļa uzraudzība(vadītspēja, plūsmas ātrums, temperatūra), kas integrēta EMS, ar apkopes intervāliem 5–10 gadi.
• Sertifikācijas segumsAtbilstība: IEC 61851, IEC 62196 un UL 2594 uzlādes sistēmai; UL 9540/IEC 62933 uzglabāšanas apakšsistēmai; IP65 saskaņā ar IEC 60529.

Šīs ir specifikācijas, kas jāpieprasa konkursā. Noslēgta ar šķidrumu dzesējama cilpa nav mūžīgi bez apkopes, taču tās atteices režīmi ir reti, paredzami un attālināti novērojami — atšķirībā no ventilatora un filtra sistēmām, kas klusi nolietojas, filtriem aizsērējot.

Apkope un dzīves cikla ekonomika

Bieži sastopamais iebildums pret šķidruma dzesēšanu ir sarežģītība — intuīcija, ka sūkņi un dzesēšanas šķidrums rada lielākas problēmas nekā ventilatori. Lauka dati un oriģinālā aprīkojuma ražotāja apkopes ieraksti liecina par pretējo:

Pievienojiet enerģijas un ieņēmumu ietekmi — vasaras jaudas samazināšanas neesamību, lielāku gada caurlaidspēju, ilgāku akumulatora darbības laiku —, un 10 gadu kopējās uzturēšanas izmaksu (TCO) salīdzinājums ir izšķirošs: ar šķidrumu dzesējamas sistēmas parasti nodrošina par 15–30 % zemākas kopējās uzturēšanas izmaksas (TCO) nekā gaisa dzesēšanas ekvivalenti ar jaudu 240 kW un vairāk, neskatoties uz 10–20 % sākotnējo izmaksu piemaksu. Piemaksa tiek maksāta vienreiz; jaudas samazināšanas sods un akumulatora nomaiņa atmaksājas katru gadu.

Kopējās īpašumtiesību izmaksas īsumā

Secinājums

Uzlabota šķidruma dzesēšana ir lieljaudas uzlādes ēras noteicošā tehnoloģija. Tā uztur pilnu jaudu tuksneša karstumā, padara 600 kW uzlādi fiziski izmantojamu, izmantojot vieglus 500 A+ kabeļus, un daudzkārt pagarina BESS cikla kalpošanas laiku, pateicoties vienmērīgai šūnu temperatūrai, vienlaikus samazinot apkopi un novēršot putekļu izraisītus ventilējamu kameru atteices režīmus. Uzlabojas katrs vērtību ķēdes elements — enerģijas caurlaidspēja, aktīvu kalpošanas laiks, vadītāja pieredze, ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas. Operatoriem, kas norāda 240 kW un vairāk, šķidruma dzesēšana nav augstākās klases iespēja; tā ir pareizā inženiertehniskā bāzes līnija. Pārskatiet [MIDA šķidruma dzesēšanas līdzstrāvas ātrās uzlādes portfeli](https://www.midapower.com/) un [BESS termiskās pārvaldības atsauces dizainus](https://www.midapower.com/), lai iegūtu validētus veiktspējas datus jūsu objekta apkārtējās vides apstākļos.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir šķidruma dzesēšana līdzstrāvas lādētājā?Šķidruma dzesēšana cirkulē dzesēšanas šķidrumu caur aukstajām plāksnēm un kabeļu kanāliem, lai tieši no jaudas elektronikas, akumulatoriem un uzlādes kabeļiem iegūtu siltumu, nevis paļaujoties uz ventilatoriem un apkārtējo gaisu.

2. Kāpēc jaudīgai elektrotransportlīdzekļu uzlādei ir nepieciešama šķidruma dzesēšana?Virs 240 kW gaisa dzesēšana siltā klimatā nevar pietiekami ātri aizvadīt lieko siltumu, izraisot izejas jaudas samazināšanos; šķidruma dzesēšana uztur pilnu nominālo jaudu un ļauj izmantot vieglus 500–600 A kabeļus.

3. Cik lielā mērā šķidruma dzesēšana uzlabo lādētāja darbības laiku?Hermētiskas, ar šķidrumu dzesējamas sistēmas novērš filtra tīrīšanas un ventilatora atteices, samazinot gada ekspluatācijas un apkopes izmaksas par 50–70 % un novēršot vasaras jaudas samazināšanu, kas var palielināt gada enerģijas piegādi par 5–15 %.

4. Vai ar šķidrumu dzesējami kabeļi patiešām nepārtraukti pārvada 500 A?Jā. Ar šķidrumu dzesējami kabeļi ar integrētiem dzesēšanas šķidruma kanāliem pārvada 500–600 A nepārtrauktu strāvu, vienlaikus saglabājot elastību un vieglumu — šī tehnoloģija nodrošina 600 kW klases uzlādi.

5. Vai šķidruma dzesēšana pagarina akumulatora darbības laiku BESS ierīcēs?Jā. Ar šķidrumu dzesējamas LFP baterijas uztur elementu temperatūras vienmērīgumu par ±2 °C, atbalstot 8000–10 000 ciklus salīdzinājumā ar 4000–6000 cikliem tipiskām gaisa dzesējamām baterijām — par 50–100 % ilgāks kalpošanas laiks.

6. Vai šķidruma dzesēšana ir droša, lietojot augstsprieguma iekārtas?Jā, ja tas ir pareizi konstruēts: noslēgtās cilpas izmanto dielektrisko dzesēšanas sistēmu, korpusi sasniedz IP65 aizsardzības līmeni, un noplūdes/spiediena kontrole aktivizē automātisku izslēgšanu un attālinātas trauksmes signālus.

7. Kāda ir šķidruma dzesēšanas izvēles atdeve?Pie 240 kW un lielākas jaudas 10–20 % sākotnējo izmaksu piemaksa tiek atgūta, novēršot jaudas samazināšanu, samazinot ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas un izvairoties no akumulatoru nomaiņas, tādējādi samazinot kopējās 10 gadu īpašumtiesību izmaksas par 15–30 %