אתגרים להעברת חום בדור הבא של תחנות טעינה לרכב חשמלי

ארכיון תגיות: The Overlooked Engineering Bottleneck

ככל שמכוניות חשמליות מאיצות לאימוץ הזרם המרכזי, תשתית הטעינה חייבת להתפתח במנעול.בעוד שכימיה של סוללות וטווח הרכב שולטים לעתים קרובות כותרות, הגיבור הלא-טונג של תחנות טעינה הדור הבא הוא ניהול תרמי.היכולת לנתק חום ביעילות קובע מהירות טעינה, מהירות טעינה, אורך חיים ובטיחות ציבורית.ללא אסטרטגיית העברת חום חזקה, מטען מהיר סיכון, חיתוך תרמי, או אפילו כישלונות דומות.

הפיזיקה של דור היט ב High-Power Charging

חום הוא תוצר לוואי בלתי נמנע של התנגדות חשמלית.כאשר מטען 350 קילוואט מספק 500 A ב 800 V, אפילו התנגדות קטנה במחברים, כבלים ואלקטרוניקה כוח לייצר אנרגיה תרמית משמעותית.ההפסד העיקרי במשתנים, החלפת הפסדים ב-800 V, אפילו התנגדות קטנה במחברים, או סיליקון (SiC) או סיליקון (SiC) מ-FETs, והפסדים מנוגדים בכל הסורגמים של אוטובוס יכול לתרום יותר גבוה יותר מ- 10.

בניגוד לשקע ביתי טיפוסי, אשר מחלחל לאורך שעות, מטען אולטרה מהיר חייב לזרוק אנרגיה במהירות.עומס תרמי transient הוא הרבה יותר עונש מאשר פעולה יציבה של יחידות ברמה 2 מוקדם יותר, כמו כן, הפעלות טעינה הם i - תחנה עשויה להיות מחוספס במשך 20 דקות ואז להיות מובסת עם שלושה טעינות אחוריות עד גיבוי של 15 דקות.

Joule Heating and Contact Resistance

צוואר הבקבוק התרמית הגדול ביותר הוא לעתים קרובות בממשק המחבר. Fretting קורוזיה, אבק, וגדילה לא מושלמת עלייה בהתנגדות מגע, יצירת נקודות חמות מקומיות אינטנסיביות. A 2019 מחקר ממעבדה הלאומית של איידהו מצא כי טמפרטורת המחבר יכול לעלות על 130 מעלות צלזיוס תחת 350 A, הרבה מעבר לסף ההשפלה של פולימרים אינפרא אדום סטנדרטי.זה סיכונים חימום מקומי להמיסה או גורם תקלות כסף מודרני.

אתגרים מרכזיים להעברת חום בתחנת צ'ריגה הבאה

כוח גבוה דונות לעומת טופס פיזי

מפעילי רשת ואתר מארחים דורשות מחסנים קומפקטיים שמתאימים למרחבי חניה קיימים או מסדרונות עירוניים.אבל miniaturization מתמקד מקורות חום - מודולים כוח, כיבולים, ונחנק - בתוך כרכים הדוקים יותר.התחבורות טבעית הופכת ללא די.ללא קירור כפוי, טמפרטורות אוויר פנימיות יכולות לעלות 50 מעלות צלזיוס מעל ממעם תוך דקות, לזרז צומת מוליכים למחצה וצמצום היעילות.

זוועות הסביבה

מתקנים חיצוניים עומדים בפני מגוון רחב של תנאים נוחים: -30 מעלות צלזיוס בצפון החורף, 50 מעלות צלזיוס בעונות המדבר, לחות, תרסיס מלח, ובודדות אוויריים מבודדים שמבוססים על מעריצים מקיפים את הלכלוך והלחות, עלייה של קורוזיה וכריתות חום חייבות לשמור מפני הקפאת, דליפות, ודימום ביופוחיות, בנוסף לעומסים לא צפויים.

פרופילים ואינטגרציה

לא כל המפגשים הטעינה שואבים כוח מקסימלי.רכבים יש מצב שונה של טעינה (SoC) ושיעור קבלה סוללות. a המטען חייב להתאים באופן דינמי קירור בהתבסס על הביקוש בזמן אמת, לא הנחות הגרועות ביותר. overcooling פסולת אנרגיה ויוצר סיכונים condensation; תחת לחץ על גירויים תחת לחץ דם חכם חייב לחזות שינויים - למשל, עלייה חדה לפני זרם גבוה כוח מתחיל מעקב.

חומר דרדציה ובטיחות

חזר על מתחי אופניים תרמיים ממכרים, ממריצים מרתיעים, ו בידוד כבל.Eoxies וסיליקון degrade, צמצום כוח דיאלקטרי.במקרים קיצוניים, בריחה תרמית בתחנת הטעינה יכולה להפיץ, למרות שזה פחות נפוץ מאשר סוללות.למרות, קודי אש ו UL 2202 דורש מערכות ניהול תרמיות להכיל כשלים ומונעות של חומרים סמוכים.

פתרונות הנדסה: מ- Passive to Active Cooling

עיצוב אוויר מתקדם וחום Sink

עבור דירוגי חשמל נמוכים יותר ( ⁇ 150 קילוואט), אוויר מאולץ נשאר בר קיימא עם ducting זהירה.חדש ניו extruded אלומיניום חם כיור עם fin-aspect-ratio ו- vapor Cells לשפר את מוליכות תרמית. דינמיקה נוזל Computational נוזל דינמי (CFD) מייעל את הכיוון הפיננסי עבור זרימת אוויר עקיפה, צמצום כוח המעריצים על ידי 30% עיצובים שלב תחליפיים (M) כמו נפחים), כמו זעזועים מסיבי לספוגים מסיביים של מתחמיצים, כמו זעזועים מסיביים, 000.

מערכות קירור נוזליות: הגישה הדומינית

כיום, רוב 350 עובדי וואטסוואט משתמשים בקירור נוזלי.תערובת גליקול מים מתפשטת באמצעות צלחות קרות שולכות על IGBTs, מחנכים והפסקת כבל, ואז דוחה חום באמצעות רדיור ואנסמבל מעריצים.

• (FLT:0) נוזלים חשמליים נוזלי FLT:1 - קירור לא מוליכים (למשל, 3M נובאק או הידרוקרבמנים מהונדסים) שיכולים ליצור מגע ישיר עם אלקטרוניקה חיה, חיסול הצורך בלוחות קרים עבים וצמצום ההתנגדות התרמית.
• (FLT:0 Two-phaseure קירורFLT:1) - שימוש ברתיחה evaporative במיקרוסקופים כדי להשיג חסכוניים של העברת חום מעל 10,000 W / m2K, המאפשר עיצובים לולאה קומפקטיים מאוד.
• (FLT:0 ,Rack-level קירור FLT:1) - יחידות הפצה מגניבות מרכזי (CDUs) שמשרתות דוכני טעינה מרובים, שיתוף צונן גדול אחד וצמצום עלות לכל stall.

עם זאת, קירור נוזלי מציג חששות אמינות: משאבות ללבוש, חותמות דליפות, וקרר דורש החלפת תקופתית. המפעילים חייבים לבחור בין פשטות (לאות עם תחזוקה) וזמינות (מאגרים פגומים).

אינטגרציה של משאבת חום ושיקום חום

מושג מתפתח הופך את הסגולה של הצורך על ידי לכידת חום הפסולת מן המטען ושימוש בו כדי לסכן את הסוללות הכבלים, סוללות טרום-חום במזג אוויר קר, או לחמם בניין סמוך. integrating a Smallחום משאבת חום יכול להגביר את היעילות הכוללת של המערכת תוך שמירה על טמפרטורות מרכיב בטוח.לדוגמה, FLT:0DOE מחקר על התאוששות חום בתחנות טעינה FLT:1 הראה פוטנציאל להפחית את צריכת החשמל הכוללת ב תרחישים משולבים.

שליטה חכמה עם IoT ו-AI

חיישנים טמפרטורה Embedding בכל צומת קריטי - מחבר כבל, מודול חשמל, אינלט קריר / OUTlet - להאכיל נתונים לתוך בקר המשתמש מודלים חיזוייים. במקום thermostat קבוע, הבקר לומד דפוסים מקומיים, נפח תנועה, וסוגים לרכב כדי למנוע את המערכת לפני ממהרת אלגוריתמי למידת מכונה יכול לזהות סימנים מוקדמים של השפלה או חוסר איזון, המאפשר תחזוקה בתנאי מבוסס על פני ענן מסוימים אפילו סימולציה של התנהגות דיגיטלית.

תוצאות חיפוש: Ceramics, Graphene ו-TIMs

חומרי ממשק תרמיים (TIMs) התפתחו מדימום תרמי פשוט לתאים של שלב ותרכובות נוזליות עם מוליכות >80 W/mK. Graphene-enhanced פולימרים מצופים עבור מדפים של חום כיור וקטבים כבל, צמצום משקל תוך פיזור חום.

מחקרים וסטנדרטי תעשייה

CCS (Combined Charging System) ו-Ciric Coolingמנדטים

מערכת ההיגוי של ארגון CharIN (MCS) עבור כלי רכב כבדים במיוחד דורש קירור נוזלי של התוספת והכבל עבור זרמים מעל 500 A. תקדים זה מחלחל אל מטען רכב מוקדם CCS 350 יחידות קילוואט מוקדם מ ABB ו- Signet אימצה כבלים נוזליים-קויים בשימוש דיאלקטרי פנימי.

ABB טרה HP Case Study

קו טרה HP של ABB משתמש בלולאה נוזלית בעלת יעילות גבוהה עם מחליף חום צלחת מגרד דוחה חום לאוויר הסביבה.המערכת שומרת על טמפרטורות צומת IGBT מתחת ל-125 מעלות צלזיוס אפילו ב 375 A רציף.חיישנים לפקח על קצב זרימה קריר וטמפרטורה אינלט/לאה; אם העודף שונה עולה על סף, דגלי הבקר אפשריים על 99% בתחנה שהושגה ב- 0.1% מהזמן, לעומת תוכניות איטיות פחות מ- 0.1%.

דגם ה-V3 של טסלה Thermal Design

הגישה של טסלה היא ייחודית: כל ארון המטען של V3 (שנרת 250 קילוואט) משתמש בכבלים נוזליים, אך עדיין מסתמכ על מעריץ פנימי גדול עבור אלקטרוניקה כוח.הקבינט תוכנן עם אפקט כימטי חום, שואב אוויר קריר מהאוויר התחתון והמישך דרך מזג אוויר חם vents בצד.טסלה פטנט US0357A1 מתאר מערכת משתנה במהירות על בסיס טמפרטורה יעילה של כבל, בעוד לא יעיל יותר ללבוש את הלחץ העליון של טסלה.

ניהול תרמי ונקודת הסוללות

אתגרים להעברת חום אינם מוגבלים לחיוב.מערכת ניהול תרמי של הרכב (BTMS) חייבת ממשק בחסד. במהלך טעינה מהירה, הסוללה יכולה לייצר חום פנימי משמעותי, במיוחד תאים עם התנגדות פנימית גבוהה DC.אם המטען מספק נוזל קירור (למשל, באמצעות חיבור נוזלי נוזלי), ה-BTMS חייב לתאם עם קירור של המטען עבור לולאה קלה של מערכת ההפעלה, כלומר, באמצעות חיבור נוזלית של 15 גרם לחץ דם, עם לחץ דם קר, או לחץ דם נמוך יותר, כולל לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם בינוני, כולל לחץ דם בינוני, או לחץ דם בינוני, כולל לחץ דם בינוני, כלומר, כלומר, כולל לחץ דם בינוני, אם הוא לחץ דם בינוני, אם הוא לחץ על מנת להרחיב את רמת קירור של 15 גרם, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ על מנת להרחיב את רמת קירור נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם בינוני, עם לחץ דם נמוך

אתגרים עתידיים ואתגרים פתוחים

Megaוואט Charging Systems (MCS)

משאיות כבדות ומכוניות מחוץ לכביש דורשים עד 3.75MW. ברמות הכוח האלה, הפסדי הוממתיים במחברים מעל 5 קילוואט, דורש קירור נוזלי פעיל של ה pin עצמו. מחבר MCS תוכנן עם ערוץ קירור מרכזי, כמו מברשת מים מכוסה מים על ידי מיכל מים.האתגר הוא לסתום את קו קירור בלחץ תוך שמירה על קלות טיפול ובודדים חשמליים.

בעיות רעילות

חיפוי חבורות מול חום הן מן סליל הראשי (צד הקרקע) ו סליל משני (צד תחזוקתי) החלפה הפסדים ב inverter והפסדים התנגדות חוט Litz יכול להעלות טמפרטורות כריית ל-90 מעלות צלזיוס ב 11 מערכות קילוואט.עבור כוח גבוה יותר (22 קילוואט), קירור פעיל באמצעות ערוצים משובצים הוא מסובך על ידי הצורך עבור מחוספס מגנטי לשדות מגנטיים, אשר הראו גם מלכודת 0N).

עלויות וסחרחור

הוספת הגדלת מערכת עלות של 15-25% בהשוואה לאוויר כפוי.עבור מפעילי התחנה הטעינה, העלות הכוללת של הבעלות כוללת תחזוקה, זמן השבת, ואנרגיה עבור משאבות. כשל משאבה עלול לקחת תחנה לא מקוונת במשך ימים, בעוד מאוורר יכול לעתים קרובות להחליף בתוך דקות.התעשייה נעה לכיוון יחידות קירור מודולריות, חם-רווח שניתן להשתמש על ידי טכנאי בסיסי עם כלים, בנוסף כמה עיצובים עבור מספר משחות כדי להפחית את מספר תקלות עם מספר בודד של משאבות כדי לבודדים.

אחסון אינטראקטיבי: Thermal Storage

רעיונות חדשים יותר מצמדים תחנות טעינה עם אחסון אנרגיה תרמי נייח - או הגיוני (כלי מים חמים) או מאוחר (ice או PCM) אחסון. על ידי צבירת קירור בשעות מחוץ ל-peak ולאגור יכולת זו בסוללה תרמית, תחנת הטעינה יכולה להפחית את הביקוש שיא ברשת. במהלך אירוע טעינה מהירה, הקירור המאוחסן מספק את עיקר הדחייה, בעוד הדחיסה או מפעיל באופן קבוע, גישה גמישה, כדי לשפר את הלחץ הזה של 40%, כדי לשפר את הלחץ.

מסקנה: ניהול תרמי כמעצבן אחר

האתגרים של העברת חום אינם דאגות משניות יותר עבור תשתית טעינה EV; הם קריטריונים עיצוב הליבה הקובעים מהירות טעינה, בטיחות וכלכלה תפעולית.מעמוד המחבר לקישור הרשת, כל וואט של חום חייב להיות אחראי על כך.התחנות המוצלחות ביותר של הדור הבא טעינה יהיה אלה המשלבים נוזל או שני phase קירור, אלגוריתמי בקרה חכמים, וחידושים חומריים לתוך מערכת גמישה, כמו גם כוח שלילי 1F - לא יכול להמשיך את הפעילות של ניהול חומרים גמישים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לא רק כדי למנוע את התקני תחבורה אחת, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, מעבר לפתרונות תחבורה 1MWF1, לא רק כדי להבטיח את יכולת הפעלה מהירה יותר, כלומר, כלומר, כוח תגובה אחת, כלומר, לא רק כדי לשפר את יכולת הפעלה של ניהול אנרגיה גבוהה יותר, היא רק כדי למנוע את יכולת הפעלה של ניהולית של ניהול חשמל, היא רק כדי למנוע שינוי מגנטית של ניהול אנרגיה, היא יעילה יותר, היא רק כדי למנוע את היכולת של ניהול אנרגיה, היא רק כדי להבטיח את יכולת הפעלה של ניהול אנרגיה גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר