Ātrā uzlāde ar šķidro dzesēšanu: nākamā 5 gadu tendence elektroautomobiļu uzlādē

Ātrā atbilde:Šķidruma dzesēšanas ātrā uzlāde ir dominējošais tehnoloģiju virziens lieljaudas elektrotransportlīdzekļu uzlādei (480 kW un vairāk) līdz 2031. gadam, jo ​​gaisa dzesēšana fiziski nevar uzturēt 500 A–800 A nepārtrauktu strāvu caur uzlādes kabeļiem un barošanas moduļiem bez nepieņemama temperatūras paaugstināšanās, kabeļa svara vai savienotāja degradācijas. Cirkulējot dielektrisko dzesēšanas šķidrumu caur noslēgtām, IP68 klases dzesēšanas cilpām, šķidrumu dzesējošas uzlādes ierīces uztur kabeļa temperatūras paaugstināšanos 50 K robežās, nodrošina 500 A+ uzlādes strāvas, atbalsta 800 V/1000 V transportlīdzekļu platformas un nodrošina konversijas efektivitāti virs 96,5 %, samazinot kopējās īpašumtiesību izmaksas (TCO) par 15–25 % salīdzinājumā ar līdzvērtīgām gaisa dzesēšanas arhitektūrām automaģistrālēs, kravas automašīnu stāvvietās un autoparku depo.

Galvenie secinājumi

• 500A ir jaunā bāzes līnija.480 kW lādētājam ar 800 V spriegumu nepieciešama 600 A nepārtraukta līdzstrāva; tikai ar šķidrumu dzesējami kabeļi ar nominālo strāvu 500 A–800 A var to nodrošināt ar kabeli, ko vadītājs faktiski var pacelt.
• Dzesēšana pārvietojas no moduļa uz cilpu.Nozare pāriet no ventilatoru ventilētiem, putekļiem pakļautiem moduļiem uz noslēgtiem, ar šķidrumu dzesējamiem un IP65 izolētiem gaisa vadu moduļiem ar dzesēšanas šķidruma agregāta kalpošanas laiku virs 25 000 stundām.
• Efektivitāte ir slēptā ieguldījumu atdeves svira.Ar šķidrumu dzesējama stacija ar 96,5 % efektivitāti salīdzinājumā ar ar gaisu dzesējamu iekārtu, kuras efektivitāte ir 91–93 %, siltuma veidā patērē par 3,5–5,5 procentpunktiem mazāk enerģijas, kas pie 480 kW jaudas gadā veido tūkstošiem eiro uz vienu objektu.
• Standarti jau ir nostiprinājuši šo tendenci.IEC 61851-23:2023 nosaka 1000 V+ platformas atbalstu un šķidruma dzesēšanas drošības prasības saskaņā ar IEC 62196-3:2022; ISO 15118 Plug & Charge un OCPP 2.0.1 tagad ir komerciālo HPC galda likmes.
• 5 gadu plāns ir 1 MW+.Nākamo investīciju ciklu nosaka MCS (megavatu uzlādes sistēmas) savienotāji ar strāvu līdz 1500 A un 600 kW–1 MW šķidruma dzesēšanas stacijas elektroautomobiļiem un autobusiem.
• Šķidruma dzesēšana nav papildu iespēja, ja jauda ir 480 kW+.Pie šāda jaudas līmeņa, kabeļa diametra, svara un termiskajiem ierobežojumiem gaisa dzesēšanas pistoles padara nepraktiskas un nedrošas ikdienas komerciālai lietošanai.

Padziļināta analīze: kāpēc šķidruma dzesēšana ir labāka par 480 kW

Fizika: kāpēc gaisa dzesēšana sabojājas pie 500 A

Uzlādes jauda ir sprieguma un strāvas reizinājums. 800 V akumulatora platformai 480 kW nepieciešami600A līdzstrāva— un 600 kW nepieciešami 750 A. Džoula sasilšana kabelī un savienotājā atbilst I²R, tāpēc strāvas dubultošana četrkāršo kabeļa varā radīto siltumu.

Ar gaisu dzesējamiem līdzstrāvas kabeļiem, kas paredzēti 200–250 A strāvai, tiek izmantoti lieli vara šķērsgriezumi un bieza izolācija, lai izkliedētu siltumu. Šīs pieejas palielināšanās līdz 600 A ļauj iegūt kabeli, kas ir:

• Ārkārtīgi smags(30 kg+ uz vienu pistoles mezglu), izraisot noguruma bojājumu savienotāja deformācijas atvieglošanas punktā;
• Biezs un stingrs, padarot spraudkontakta ergonomiku nepieņemamu ikdienas autovadītājiem;
• Savienotāja tapa darbojas karsti, paātrinot kontakta pretestības pieaugumu, loka veidošanos un priekšlaicīgu savienotāju nomaiņu.

Šķidruma dzesēšana pārtrauc šo kompromisu. Dzesēšanas šķidrums plūst pa kanāliem blakus vadītājam, nosūcot siltumu no avota. Rezultātā iegūst kabeli ar 500 A strāvu un aptuvenipuse no diametra un trešdaļa no svarahipotētiska gaisa dzesēšanas ekvivalenta, vienlaikus saglabājot savienotāja temperatūras pieaugumu kontrolētā robežās.

Kabeļu un savienotāju termiskā pārvaldība: 500A–800A dzesēšanas cilpa

Kritiskā apakšsistēma ir šķidruma dzesēšanas iekārta, kas cirkulē dzesēšanas šķidrumu caur uzlādes pistoli. MIDA EV-HPC-PCU-01 dzesēšanas iekārta ir paredzēta500A šķidruma dzesēšanas uzlādes kabeļu sistēmas— ir reprezentatīvs dizains un ilustrē veiktspējas diapazonu, kas operatoriem jānorāda:

Galvenie inženiertehniskie punkti, kas pircējiem jāpārbauda:

1. Noslēgta dielektriskā dzesēšanas šķidruma cilpa (IP68).Dzesēšanas šķidrums nekad nesaskaras ar elektroniku; cilpa ir slēgta un zem spiediena, tādējādi novēršot piesārņojumu un papildināšanas izmaksas.
2. Aktīva termiskā galvas telpa.Ierīcei jāuztur kabeļa temperatūras paaugstināšanās ≤50K pat pie50°C apkārtējās vides temperatūra— šī ir atšķirība starp lādētāju, kas Spānijas vasarā uztur pilnu 500 A izejas strāvu, un tādu, kura jaudas līmenis samazinās par 30 %.
3. Lieka komunikācija.MODBUS balstīta telemetrija ļauj stacijas kontrolierim preventīvi samazināt strāvas stiprumu, pirms tiek pārsniegti termiskie ierobežojumi, tādējādi aizsargājot gan savienotāju, gan transportlīdzekļa ieeju.

Vairāku transportlīdzekļu vietām MIDA piedāvā arīdivu pistoļu šķidruma dzesēšanas sistēmaskas apkalpo divus lieljaudas kabeļus no viena dzesēšanas cilpas, samazinot komponentu skaitu vienā stendā.

Jaudas moduļa arhitektūra: ar šķidrumu dzesējami moduļi un IP65 izolēti gaisa vadi

Virs 480 kW siltuma blīvums barošanas skapī kļūst par otro termisko vājo vietu. Nozare ir apvienojusies uz divām augstas uzticamības arhitektūrām:

• Ar šķidrumu dzesējami jaudas moduļi (40 kW–125 kW).Dzesēšanas šķidrums tieši atdzesē jaudas pusvadītāju pamatplates. Šie moduļi darbojas vēsāk un klusāk, sasniedz lielāku jaudas blīvumu uz plauktu un ir ieteicami skapjiem ar jaudu 600 kW+, kur gaisa tilpums ir fiziski nepietiekams.
• IP65 izolēti gaisa vadu moduļi.Šie moduļi, kas tiek izmantoti 60 kW–480 kW grīdas stacijās, iesūc dzesēšanas gaisu caur noslēgtu kanālu, kas nekad nesaskaras ar shēmas plati. Putekļi, sāls migla un mitrums — standarta ventilējamo moduļu galvenie postošie faktori — nekad nesasniedz elektroniku, tādējādi pagarinot vidējo laiku līdz atteicei vairāk nekā 500 000 stundām.

MIDA dokumentē abas pieejas visā savābarošanas moduļa dzesēšanaportfelis. Operatoriem praktiskās sekas ir šādas:uzturēšanas izmaksasStandarta ventilējamie moduļi putekļainā vai piekrastes vidē parasti sabojājas 6–12 mēnešu laikā, savukārt izolētu kanālu un šķidruma dzesēšanas moduļi darbojas gadiem ilgi bez nepieciešamības pēc apkopes.

Silīcija karbīds (SiC): pusvadītāju veicinātājs

Šķidruma dzesēšana un SiC viens otru papildina. SiC MOSFET pārslēdzas ātrāk un vada strāvu ar mazākiem zudumiem nekā silīcija IGBT, kas jau sākotnēji samazina siltuma ģenerēšanu, taču ar vairāk nekā 600 A izejas strāvu pat SiC uzlabotie zudumi ir aktīvi jāpārvalda. Ar šķidrumu dzesējamas aukstās plāksnes, kas tieši savienotas ar SiC moduļiem, nodrošina vairāk nekā 96,5 % konversijas efektivitāti, ko operatori tagad sagaida no HPC iekārtām, vienlaikus ļaujot izveidot kompaktus skapjus, kas piemēroti automaģistrāļu apkalpošanas zonām un pilsētu mezgliem.

Sistēmas līmenis: kas īsti ir 480 kW–720 kW šķidruma dzesēšanas stacija

Moderna ar šķidrumu dzesējama HPC stacija (piemēram, MIDA600 kW ar šķidrumu dzesējama līdzstrāvas uzlādes stacija) integrē:

• Izvades diapazons:200 V–1000 V līdzstrāva, aptverot gan mantotās 400 V iekārtas, gan nākamās paaudzes 800 V/1000 V platformas;
• Vairāki savienotāji:CCS1, CCS2, CHAdeMO, GB/T (un NACS gatavie varianti), vienlaikus uzlādējot līdz 3 transportlīdzekļiem no viena skapja;
• 500A ar šķidrumu dzesējami kabeļiuz vienu jaudīgu pistoli;
• OCPP 1.6J / 2.0.1par atvērto viesabonēšanu un viedās uzlādes pakalpojumiem, kā arīdinamiskā slodzes līdzsvarošanalai aizsargātu tīkla savienojumus;
• ISO 15118 Pievieno un uzlādēnemanāmai autentifikācijai un, divvirzienu savienojumam piemērotā aparatūrā, V2G/V2H jaudas pārraidei;
• Darbības diapazons:Apkārtējās vides temperatūra no −30 °C līdz +70 °C, padarot aparatūru piemērotu lietošanai no Sibīrijas līdz Persijas līcim.

Standarti, kas padara šķidruma dzesēšanu obligātu (2024.–2030. g.)

Jebkurš operators, kas šodien iegādājas aparatūru ar jaudu 480 kW+ un irnear IEC 61851-23:2023 atbilstošu, ar šķidrumu dzesējamu aprīkojumu pērk balasta aktīvus.

Ienesīgums/TCO: Šķidruma dzesēšanas biznesa plāns

Šķidruma dzesēšanas aparatūrai ir par 10–20 % lielāka sākotnējā cena nekā līdzvērtīgām gaisa dzesēšanas konfigurācijām. Kopējās uzturēšanas izmaksu aprēķins joprojām ir labvēlīgs visos augstas noslodzes scenārijos. Dominē trīs izmaksu sviras:

1. Energoefektivitāte — atkārtotas izmaksas, kas veido salikumu

Konversijas efektivitātes atšķirības nav kosmētiskas. Salīdziniet ar šķidrumu dzesējamu staciju,96,5% efektivitātear zemas klases gaisa dzesēšanas ierīci plkst.91–93%:

• Vietas profils: 480 kW stacija, kas darbojas 10 stundas dienā ar 60% vidējo slodzi (288 kW vidējais patēriņš) →≈1,05 GWh/gadāpiegādāts.
• Efektivitātes atšķirība: 96,5 % pret 93 % →≈3,5% caurlaidspējas zudums siltuma veidā→ ≈36 800 kWh/gadā izšķērdēts.
• Par 0,15 eiro/kWh tas ir≈5500 €/gadā uz vienu objektunovēršamajos elektroenerģijas izdevumos — pirms lielākas dzesēšanas slodzes, HVAC jaudas un maksimālās pieprasījuma maksas iekļaušanas.

Piecu gadu iekārtu cikla laikā 3–4 objektos šī viena pozīcija pārsniedz kopējo aparatūras cenas piemaksu.

2. Darbības laiks un apkope — putekļu slēptās izmaksas

• Standarta ventilējamie moduļi: putekļu/mitruma iekļūšana → tipisks atteices periods 6–12 mēneši piekrastes vai rūpniecības objektos → nosūtīšana + moduļu nomaiņas izmaksas par katru gadījumu.
• IP65 izolēti gaisa vadu/šķidruma dzesēšanas moduļi: MTTF > 500 000 stundas; noslēgtas dzesēšanas iekārtas ar nominālo kalpošanas laiku 25 000 stundas.
• Ar šķidrumu dzesējami savienotāji: zemāka kontaktu temperatūra → lēnāka kontakta pretestības izaugsme → retāk jāmaina kabeļi/dzīslu ģeneratori (500 A kabeļu komplekts ir ievērojams kapitālieguldījums).

Reālistisks uzturēšanas budžets šosejas vietai ar 6 lielgabaliem, kas dzesē gaisu, ir2–4 reizes augstāksnekā līdzvērtīgai šķidruma dzesēšanas iekārtai, galvenokārt tāpēc, ka ventilatori, filtri un ventilējamie moduļi nepārtraukti sabojājas.

3. Caurlaidspēja un ieņēmumi — pieprasījuma puses gadījums

Uz automaģistrāles vai autoparka atrašanās vietas laiks ir ieņēmumi:

• 480 kW šķidruma dzesēšanas stacija ar 500 A kabeļiem uztur maksimālo strāvuvissuzlādes sesija; gaisa dzesēšanas staciju jauda samazinās pēc 10–20 minūtēm, pagarinot sesijas laiku par 30–50 % vasarā.
• Augstāka ilgstoša jauda = īsākas sesijas =vairāk sesiju vienā stendā dienā— lielākais ieņēmumu sviras elements, ko kontrolē CPO.
• Viens 480 kW stends aizstāj 3–4 x 120 kW stendus, nodrošinot līdzvērtīgu dienas enerģijas caurlaidspēju, samazinot aizņemto vietu, tīkla pieslēguma izmaksas un objekta kapitālieguldījumus.

Ilustratīva 5 gadu kopējās uzturēšanas izmaksu (TCO) salīdzināšana (480 kW automaģistrāles objekts)

Secinājums ir konsekvents visās ģeogrāfiskajās vietās:Šķidruma dzesēšana samazina 5 gadu kopējās uzturēšanas izmaksas par aptuveni 20–35 %komerciālos izmantošanas līmeņos, vienlaikus nodrošinot uzlādes pieredzi, pēc kuras vadītāji faktiski gaida rindā. Detalizētu aparatūras informāciju skatiet MIDA480 kW līdzstrāvas ātrās uzlādes stacijakā ievades punktu šķidruma dzesēšanas diapazonā.

5 gadu perspektīva (2026.–2031. g.)

1. Megavatu uzlāde ierodas lieljaudas automašīnām.MCS savienotāji ar strāvu līdz 1500 A un 1 MW klases šķidruma dzesēšanas stacijas standartizēs uzlādi kravas automašīnu pieturvietās; paredzams, ka līdz 2028. gadam 600 kW–1 MW skapji kļūs par automaģistrāļu normu Eiropā un Ziemeļamerikā.
2. NACS konsolidācija paātrinās.Ziemeļamerika konverģē uz SAE J3400; vairāku standartu ar šķidrumu dzesējamie lielgabali (CCS2 + NACS + GB/T) kļūst par eksporta noklusējuma standartu.
3. 1000 V platformas kļūst par ierastu praksi.Saskaņā ar IEC 61851-23:2023 un 800 V/1000 V transportlīdzekļu arhitektūru uzlādes stacijas ar jaudu zem 480 kW pakāpeniski zaudēs autoparku konkursus.
4. Dzesēšana kļūst par pārvaldītu digitālo aktīvu.MODBUS/CAN telemetrija dzesēšanas cilpās nodrošina mākoņanalītikas datus — paredzamā jaudas samazināšana, dzesēšanas šķidruma stāvokļa uzraudzība un ekspluatācijas un uzturēšanas plānošana aizstāj reaktīvo pakalpojumu.
5. BESS + ar šķidrumu dzesējama HPC apvienošana.Ar akumulatoru buferētas vietas (saules enerģija + uzglabāšana + 600 kW HPC) samazina tīkla pieslēguma izmaksas un maksimālā pieprasījuma maksas; ar šķidrumu dzesējami moduļi ir termiskais mugurkauls, kas padara iespējamu 1 MW klases jaudas piegādi no neliela tīkla padeves avota.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir ar šķidrumu dzesējama elektrotransportlīdzekļu uzlādes ierīce?Ar šķidrumu dzesējama elektrotransportlīdzekļu uzlādes iekārta cirkulē dielektrisko dzesēšanas šķidrumu caur noslēgtām cilpām barošanas skapī un uzlādes kabeļa/savienotāja mezglā, lai noņemtu siltumu. Atšķirībā no gaisa dzesēšanas iekārtām, kas pūš apkārtējo (bieži vien putekļaino) gaisu virs elektronikas, ar šķidrumu dzesējamas sistēmas uztur komponentus zemākā, stabilākā temperatūrā, kas nodrošina nepārtrauktu strāvu virs 500 A un atbalsta 480 kW–1 MW uzlādi.

2. Kāpēc 480 kW+ uzlādes stacijām ir nepieciešama šķidruma dzesēšana?Pie 480 kW uz 800 V platformas strāva sasniedz 600 A; pie 600 kW tā sasniedz 750 A. Kabeļu un savienotāju siltums ir proporcionāls strāvas kvadrātam (I²R). Gaisa dzesēšanai būtu nepieciešami nepraktiski biezi, smagi kabeļi, un tas dažu minūšu laikā izraisītu savienotāja pārkaršanu un jaudas samazināšanos. Šķidruma dzesēšana nodrošina kabeļa temperatūras paaugstināšanos 50 K robežās un saglabā pilnu jaudu visas sesijas laikā.

3. Kādu strāvas stiprumu var atbalstīt ar šķidrumu dzesējami uzlādes kabeļi?Mūsdienās komerciāli izmantojamo līdzstrāvas kabeļu strāva ir no 500 A līdz 800 A (CCS2/GB/T), NACS variantu strāva ir no 250 A līdz 600 A, bet MCS/CHAOJI savienotāju strāva ir līdz 1500 A megavatu uzlādei. Kabeļa strāvai jāatbilst stacijas izejas spriegumam: 480 kW stacijai ar 800 V spriegumu ir nepieciešams vismaz 600 A ar šķidrumu dzesējams lielgabals.

4. Cik daudz efektīvāks ir ar šķidrumu dzesējams lādētājs nekā ar gaisu dzesējams lādētājs?Augstākās klases šķidruma dzesēšanas un izolētu kanālu stacijas sasniedz ≥96,5 % maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidošanas efektivitāti, savukārt zemākās klases ventilējamās iekārtas parasti sasniedz 91–93 %. Pie 480 kW un 10 stundu ilgas darbības dienā šī 3,5–5,5 punktu starpība rada aptuveni 36 000–58 000 kWh enerģijas zudumus uz vienu objektu gadā — tūkstošiem eiro novēršamu elektroenerģijas izmaksu.

5. Vai ar šķidrumu dzesējamiem lādētājiem ir nepieciešama lielāka apkope?Nē — parasti mazāk. Dzesēšanas šķidruma cilpa ir noslēgta (IP68), tāpēc nav jānomaina filtri vai ventilatori. Dzesēšanas iekārtu ekspluatācijas laiks ir aptuveni 25 000 stundas, un izolētu kanālu vai šķidruma dzesēšanas barošanas moduļiem MTBF rādītāji ir daudz augstāki nekā ventilējamiem moduļiem, kas putekļainā vai piekrastes vidē parasti sabojājas 6–12 mēnešu laikā.

6. Vai šķidruma dzesēšana ir augstāku sākotnējo izmaksu vērta?Jā jebkuram komerciālas izmantošanas scenārijam. Aparatūras piemaksa parasti tiek atgūta 12–24 mēnešu laikā, pateicoties augstākai konversijas efektivitātei, mazākam moduļu/kabeļu nomaiņas skaitam un par 30–50 % vairāk sesijām uz vienu stendu dienā. Pamatojoties uz 5 gadu kopējās uzturēšanas izmaksām, ar šķidrumu dzesējamas 480 kW vietas ir aptuveni par 20–35 % lētākas uz vienu stendu nekā līdzvērtīgas gaisa dzesējamas konfigurācijas.

7. Kādi standarti attiecas uz ar šķidrumu dzesējamu ātro uzlādi?Pamatstandarts ir IEC 61851-23:2023 (1000 V+ līdzstrāvas izeja, izolācijas uzraudzība, lieljaudas drošība), IEC 62196-3:2022 (šķidruma dzesēšanas savienotāju un kabeļu prasības), ISO 15118-2/-20:2022 (pievienošana un uzlāde, divvirzienu barošana), SAE J3400 (NACS) un OCPP 1.6J/2.0.1 tīkla un viedās uzlādes sadarbspējai. Pircējiem jāpieprasa visi šie standarti jebkurā 480 kW+ iepirkumā.

MIDA Power (Shanghai Mida EV Power Co., Ltd.) projektē un ražo ar šķidrumu dzesējamas līdzstrāvas ātrās uzlādes stacijas no 480 kW līdz 720 kW, ar šķidrumu dzesējamas kabeļu sistēmas no 500 A līdz 800 A un izolēta kanāla barošanas moduļus automaģistrāļu, autoparku un megavatu klases uzlādes lietojumprogrammām. Sazinieties ar mūsu inženieru komandu, lai saņemtu OEM/ODM projektu atbalstu.