Làm mát bằng chất lỏng so với làm mát bằng không khí cho tủ sạc DC công suất cao-: Bạn nên chọn công nghệ nào?

Do phạm vi hoạt động của các phương tiện sử dụng năng lượng mới (NEV) tiếp tục tăng-và với nhu cầu bổ sung năng lượng nhanh chóng ngày càng tăng tại các khu vực dịch vụ đường cao tốc, khu hậu cần, bến xe buýt và các trạm sạc-quy mô lớn-công suất cao-DC, sạc DC đang nổi lên như một hướng phát triển chính cho cơ sở hạ tầng sạc NEV.

 

So với thiết bị sạc-công suất thấp tiêu chuẩn, hệ thống sạc DC công suất-cao phải truyền nhiều năng lượng hơn trong thời gian ngắn hơn; do đó, các bộ phận như mô-đun sạc, thiết bị nguồn, thanh cái, đầu nối và cáp sạc phải chịu tải nhiệt cao hơn.

Trong bối cảnh đó, công nghệ quản lý nhiệt đã trở thành một yếu tố quan trọng trong thiết kế tủ sạc DC công suất cao.

Hiện tại, thiết bị sạc công suất cao-chủ yếu sử dụng hai phương pháp quản lý nhiệt:

 

· Làm mát không khí
· Làm mát bằng chất lỏng

 

Vậy chính xác thì sự khác biệt giữa làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng là gì? Tại sao làm mát bằng chất lỏng ngày càng trở nên quan trọng trong sạc nhanh DC? Và làm thế nào để có được sự lựa chọn đúng đắn khi mua những chiếc tủ này?

 

 

Chức năng cốt lõi của tủ sạc DC công suất cao-là chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành nguồn điện một chiều phù hợp với pin kéo của các phương tiện sử dụng năng lượng mới.

 

Quá trình chuyển đổi năng lượng cơ bản có thể được tóm tắt như sau:

 

Lưới điện xoay chiều → Mô-đun nguồn → Đầu ra DC → Bộ phân phối sạc → Pin EV

 

Trong quá trình này, các bộ phận trong mô-đun nguồn-chẳng hạn như thiết bị bán dẫn, cuộn cảm, tụ điện, máy biến áp và các thiết bị điện tử công suất khác-sẽ tạo ra nhiệt.

 

Mặc dù các mô-đun sạc hiện đại có hiệu suất chuyển đổi cao nhưng trong các hệ thống sạc hoạt động ở mức hàng trăm{0}}kilowatt, ngay cả một tỷ lệ nhỏ tổn thất hiệu suất cũng có thể dẫn đến tải nhiệt tuyệt đối đáng kể.

 

Ví dụ: khi một hệ thống sạc công suất cao-liên tục cung cấp hàng trăm kilowatt điện, nhiệt sinh ra do tổn thất bên trong phải được tiêu tán liên tục; nếu không, các vấn đề sau có thể phát sinh:

 

· Nhiệt độ của các bộ phận nguồn tăng cao
· Giảm hiệu suất sạc
· Giới hạn công suất đầu ra
· Tuổi thọ linh kiện bị ảnh hưởng
· Kích hoạt cơ chế bảo vệ hệ thống
· Giảm độ ổn định khi vận hành kéo dài

 

Do đó, đối với tủ sạc DC công suất cao, hệ thống làm mát không chỉ đơn thuần là một bộ phận phụ trợ mà còn là một bộ phận quan trọng quyết định khả năng duy trì công suất đầu ra của thiết bị.

 

 

Tủ sạc DC-làm mát bằng không khí sử dụng không khí làm môi trường làm mát để tản nhiệt sinh ra bên trong thiết bị ra môi trường xung quanh thông qua các bộ phận như quạt, tản nhiệt và ống dẫn khí.

 

Một hệ thống làm mát bằng không khí-thông thường thường bao gồm:

 

·Quạt làm mát
· Tản nhiệt
· Ống gió
· Bộ lọc không khí
· Cảm biến nhiệt độ
· Kết cấu thông gió

 

Nguyên lý hoạt động cơ bản của nó là:

 

Sinh nhiệt → Tản nhiệt → Luồng khí cưỡng bức → Tản nhiệt → Không khí xung quanh

 

Quạt đẩy không khí qua các mô-đun điện và bộ tản nhiệt, mang nhiệt ra khỏi thiết bị.

Phương pháp này có thiết kế tương đối hoàn thiện và vẫn mang tính thực tiễn cao đối với các ứng dụng và thiết bị sạc DC công suất trung bình có điều kiện môi trường phù hợp.

 

 

Tủ sạc DC làm mát bằng chất lỏng-sử dụng chất làm mát làm môi trường truyền nhiệt.

 

So với không khí, chất lỏng lưu thông qua vòng làm mát được thiết kế đặc biệt có thể truyền nhiệt được tạo ra bên trong thiết bị tới bộ trao đổi nhiệt một cách hiệu quả hơn để tản ra môi trường sau đó.

 

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng-điển hình có thể bao gồm:

 

· Bơm làm mát
· Tấm làm mát
· Trao đổi nhiệt
· Bộ tản nhiệt
· Bể chứa nước làm mát
· Cảm biến nhiệt độ
· Cảm biến lưu lượng
· Hệ thống giám sát áp suất

 

Quy trình vận hành cơ bản có thể được tóm tắt như sau:

 

Mô-đun nguồn → Tấm làm mát → Chất làm mát → Bộ trao đổi nhiệt → Bộ tản nhiệt → Tản nhiệt

 

Trong các hệ thống sạc-công suất cao hơn, công nghệ làm mát bằng chất lỏng có thể được áp dụng không chỉ cho các mô-đun nguồn bên trong tủ mà còn cho các cáp và đầu nối sạc có dòng điện-cao.

 

Ví dụ: dữ liệu công khai trong ngành cho thấy các hệ thống sạc phân tán-có tủ điện 600 kW kết hợp với cáp sạc làm mát bằng chất lỏng-500 A-được thiết kế để hỗ trợ sạc đồng thời cho nhiều phương tiện đồng thời phân bổ điện năng động dựa trên-nhu cầu phương tiện theo thời gian thực.

 

 

1. Phù hợp hơn với các thiết kế có mật độ năng lượng cao

Khi công suất sạc DC tiếp tục tăng, tủ sạc yêu cầu lắp đặt các mô-đun điện tử công suất lớn hơn{0}}hoặc cao hơn.

Nếu người ta chỉ cần thêm nhiều quạt hơn và tăng luồng không khí thì các vấn đề như thiết kế đường dẫn luồng không khí bên trong, kích thước tản nhiệt, độ ồn và hạn chế về không gian tủ sẽ trở thành những thách thức đáng kể.

 

Ngược lại, hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng các tấm làm mát và vòng tuần hoàn để lấy nhiệt trực tiếp từ vùng lân cận của các bộ phận tạo nhiệt-, nhờ đó mang lại tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế cho thiết bị có mật độ công suất cao.

 

2. Tạo điều kiện cho-sạc dòng điện cao

Công suất sạc có thể được biểu diễn đơn giản như sau:

 

P = U × I

 

Nói cách khác, đối với một điện áp nhất định, việc tăng công suất sạc đòi hỏi dòng điện cao hơn.

Tuy nhiên, khi dòng điện tăng lên, sự sinh nhiệt trong dây dẫn, cáp và đầu nối trở nên rõ rệt hơn.

 

 

Giải pháp làm mát bằng chất lỏng nên được ưu tiên cho các dự án có đặc điểm sau:

 

1. Trạm sạc cực nhanh trên đường cao tốc

Các khu vực dịch vụ đường cao tốc thường yêu cầu thời gian dừng xe ngắn, tạo ra nhu cầu cao về khả năng bổ sung năng lượng nhanh chóng.

Khi nhiều phương tiện sạc cùng lúc, thiết bị sạc có thể hoạt động dưới tải trọng cao trong thời gian dài, đặt ra yêu cầu lớn hơn đối với hệ thống quản lý nhiệt.

 

2. Đội xe thương mại và logistic

Xe hậu cần thường hoạt động theo lịch trình xác định với các khoảng thời gian cụ thể để sạc lại.

Đối với các đội xe yêu cầu thời gian quay vòng nhanh, bộ sạc DC-công suất cao có thể giúp giảm thiểu thời gian phương tiện phải dừng tại các trạm sạc.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cũng lưu ý rằng sạc nhanh DC phù hợp với một số ứng dụng của đội xe mà phương tiện cần sạc lại trong thời gian dừng ngắn.

 

3. Xe buýt và xe điện hạng nặng-

Xe buýt, xe tải, phương tiện đi cảng và các loại xe điện thương mại khác thường có dung lượng pin lớn; do đó, cơ sở hạ tầng sạc có thể yêu cầu công suất đầu ra cao hơn và khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài hơn.

Với sự phát triển của các hệ thống và-tiêu chuẩn sạc năng lượng cao-chẳng hạn như MCS-, tầm quan trọng của công nghệ làm mát bằng chất lỏng trong các ứng dụng sạc hiện tại-cao ngày càng trở nên quan trọng.

 

4. Trạm sạc có mức sử dụng-cao

Nếu cần có một trạm sạc để phục vụ một số lượng lớn phương tiện liên tục trong ngày thì tải hoạt động thực tế của thiết bị có thể cao hơn nhiều so với tải ở văn phòng hoặc khu dân cư thông thường.

 

 

Khi nhu cầu sạc các phương tiện sử dụng năng lượng mới tiếp tục tăng, các hệ thống sạc năng lượng cao-đang phát triển theo một số hướng chính.

 

1. Quyền lực cao hơn

Các hệ thống sạc đang chuyển từ mức công suất truyền thống, thấp hơn sang công suất hàng trăm kilowatt hoặc thậm chí là phạm vi megawatt (MW).

 

2. Mật độ năng lượng cao hơn

Việc cấu hình nhiều mô-đun nguồn hơn trong cùng một diện tích tủ đặt ra yêu cầu lớn hơn về quản lý nhiệt và thiết kế kết cấu.

 

3. Tính mô đun

Tủ điện mô-đun cho phép cấu hình số lượng mô-đun nguồn khác nhau dựa trên yêu cầu của dự án, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì và mở rộng nguồn điện.

 

4. Phân bổ nguồn điện thông minh

Các trạm sạc trong tương lai không nhất thiết phải cung cấp nguồn điện cố định cho mọi phương tiện; thay vào đó, nguồn điện sẽ được phân bổ linh hoạt dựa trên các yếu tố như Trạng thái sạc (SOC) của phương tiện, nhu cầu sạc-theo thời gian thực và tải trên các thiết bị đầu cuối sạc khác.

 

Hiện tại, các hệ thống sạc phân tán loại 600 kW{1}}đã sử dụng tính năng phân bổ nguồn điện động, cho phép nhiều phương tiện dùng chung một tủ điện tập trung.

 

5. Ứng dụng mở rộng của công nghệ làm mát bằng chất lỏng

Được thúc đẩy bởi nhu cầu về công suất và dòng điện cao hơn, công nghệ làm mát bằng chất lỏng sẽ mở rộng ra ngoài tủ điện để được áp dụng ngày càng nhiều cho các bộ phận như súng sạc, cáp và đầu nối.