التبريد السائل مقابل تبريد الهواء لخزانات الشحن ذات الطاقة العالية-التيار المستمر: ما هي التقنية التي يجب أن تختارها؟

نظرًا لاستمرار زيادة نطاق قيادة مركبات الطاقة الجديدة (NEV)-ومع تزايد الطلب على التجديد السريع للطاقة في مناطق خدمات الطرق السريعة، ومجمعات الخدمات اللوجستية، ومستودعات الحافلات، و-محطات الشحن الكبيرة-التي تعمل بالطاقة العالية-، فإن الشحن بالتيار المستمر يظهر باعتباره اتجاه تطوير رئيسي للبنية التحتية لشحن سيارات الطاقة الجديدة.

 

بالمقارنة بمعدات الشحن القياسية ذات الطاقة المنخفضة-، يجب أن تنقل أنظمة الشحن ذات الطاقة العالية-التي تعمل بالتيار المستمر قدرًا أكبر من الطاقة في وقت أقل؛ وبالتالي، تتعرض المكونات مثل وحدات الشحن وأجهزة الطاقة وأشرطة التوصيل والموصلات وكابلات الشحن لأحمال حرارية أعلى.

وفي ظل هذه الخلفية، أصبحت تقنية الإدارة الحرارية عاملاً حاسمًا في تصميم -خزانات الشحن ذات الطاقة العالية التي تعمل بالتيار المستمر.

في الوقت الحالي، تستخدم معدات الشحن عالية الطاقة-طريقتين للإدارة الحرارية بشكل أساسي:

 

· تبريد الهواء
· التبريد السائل

 

إذًا، ما هي الاختلافات بالضبط بين تبريد الهواء والتبريد السائل؟ لماذا يكتسب التبريد السائل أهمية متزايدة في الشحن السريع بالتيار المستمر؟ وكيف ينبغي للمرء أن يتخذ القرار الصحيح عند شراء هذه الخزانات؟

 

 

تتمثل الوظيفة الأساسية لخزانة الشحن ذات الطاقة العالية-التي تعمل بالتيار المستمر في تحويل طاقة التيار المتردد من الشبكة إلى طاقة تيار مستمر مناسبة لبطاريات الجر في مركبات الطاقة الجديدة.

 

ويمكن تلخيص عملية تحويل الطاقة الأساسية على النحو التالي:

 

شبكة التيار المتردد ← وحدة الطاقة ← مخرج التيار المستمر ← موزع الشحن ← بطارية السيارة الكهربائية

 

أثناء هذه العملية، تقوم المكونات الموجودة داخل وحدة الطاقة-مثل أجهزة أشباه الموصلات والمحاثات والمكثفات والمحولات وإلكترونيات الطاقة الأخرى-بتوليد الحرارة.

 

على الرغم من أن وحدات الشحن الحديثة تتميز بكفاءة تحويل عالية، فإنه في أنظمة الشحن التي تعمل بمستوى مئات-من- كيلووات، يمكن أن تؤدي نسبة صغيرة من فقدان الكفاءة إلى حمل حراري مطلق كبير.

 

على سبيل المثال، عندما يوفر نظام الشحن عالي الطاقة-مئات الكيلووات من الطاقة بشكل مستمر، يجب تبديد الحرارة الناتجة عن الفقد الداخلي بشكل مستمر؛ وإلا فقد تنشأ المشكلات التالية:

 

· ارتفاع درجات حرارة مكونات الطاقة
· انخفاض كفاءة الشحن
· قيود انتاج الطاقة
· عمر المكون للخطر
· تفعيل آليات حماية النظام
· انخفاض الاستقرار أثناء التشغيل لفترة طويلة

 

لذلك، بالنسبة لخزانة الشحن ذات الطاقة العالية-التي تعمل بالتيار المستمر، فإن نظام التبريد ليس مجرد مكون مساعد ولكنه عنصر حاسم يحدد قدرة الإخراج المستدامة للمعدات.

 

 

تستخدم خزانة الشحن التي تعمل بالتيار المستمر -المبردة بالهواء الهواء كوسيلة تبريد لتبديد الحرارة المتولدة داخل الجهاز إلى البيئة المحيطة عبر مكونات مثل المراوح والمشتتات الحرارية وقنوات الهواء.

 

عادةً ما يتضمن نظام تبريد الهواء-النموذجي ما يلي:

 

·مروحة تبريد
· تقليل الحرارة
· مجرى الهواء
· فلتر الهواء
· مستشعر درجة الحرارة
· هيكل التهوية

 

مبدأ عملها الأساسي هو:

 

توليد الحرارة ← المشتت الحراري ← تدفق الهواء القسري ← تبديد الحرارة ← الهواء المحيط

 

تقوم المراوح بدفع الهواء عبر وحدات الطاقة والمشتتات الحرارية، وتحمل الحرارة إلى خارج المعدات.

يتميز هذا الأسلوب بتصميم ناضج نسبيًا ويظل عمليًا للغاية بالنسبة لمعدات وتطبيقات الشحن ذات الطاقة المتوسطة-التي تعمل بالتيار المستمر في الظروف البيئية المناسبة.

 

 

تستخدم خزانة الشحن التي يتم تبريدها بالتيار المستمر-سائلًا مبردًا كوسيلة لنقل الحرارة.

 

بالمقارنة مع الهواء، يمكن للسائل المتداول من خلال حلقة تبريد مصممة خصيصًا أن ينقل الحرارة المتولدة داخل الجهاز بشكل أكثر فعالية إلى مبادل حراري لتبديدها لاحقًا في البيئة.

 

قد يتضمن نظام التبريد السائل-النموذجي ما يلي:

 

· مضخة التبريد
· لوحة التبريد
· مبادل حراري
· المبرد
· خزان سائل التبريد
· مستشعر درجة الحرارة
· جهاز استشعار التدفق
· نظام مراقبة الضغط

 

يمكن تلخيص عملية التشغيل الأساسية على النحو التالي:

 

وحدة الطاقة ← لوحة التبريد ← المبرد ← المبادل الحراري ← المبرد ← تبديد الحرارة

 

في أنظمة الشحن ذات الطاقة العالية-، يمكن تطبيق تقنية التبريد السائل ليس فقط على وحدات الطاقة داخل الخزانة ولكن أيضًا على -كابلات وموصلات الشحن ذات التيار العالي.

 

على سبيل المثال، تُظهر بيانات الصناعة المتاحة للعامة أنظمة شحن موزعة-تتميز بخزانة طاقة بقدرة 600 كيلووات مقترنة بكابلات شحن مبردة سائلة بقدرة 500 أمبير--مصممة لدعم الشحن المتزامن لمركبات متعددة مع تخصيص الطاقة ديناميكيًا بناءً على-طلب المركبات في الوقت الفعلي.

 

 

1. أكثر ملاءمة للتصاميم ذات كثافة الطاقة العالية

مع استمرار ارتفاع طاقة الشحن بالتيار المستمر، تتطلب خزانات الشحن تركيب وحدات إلكترونيات طاقة ذات سعة أكبر أو أعلى.

إذا كان على المرء ببساطة إضافة المزيد من المراوح وزيادة تدفق الهواء، فإن مشكلات مثل تصميم مسار تدفق الهواء الداخلي، وأبعاد المشتت الحراري، ومستويات الضوضاء، وقيود مساحة الخزانة، ستصبح تحديات كبيرة.

 

وفي المقابل، تستخدم أنظمة التبريد السائلة ألواح التبريد وحلقات التدوير لاستخراج الحرارة مباشرةً من المناطق المجاورة لمكونات توليد الحرارة-، مما يوفر مرونة أكبر في التصميم للمعدات ذات كثافة الطاقة العالية.

 

2. يسهل الشحن بالتيار العالي-.

يمكن التعبير عن قوة الشحن ببساطة على النحو التالي:

 

P = U × I

 

بمعنى آخر، بالنسبة لجهد معين، تتطلب زيادة طاقة الشحن تيارًا أعلى.

ومع ذلك، مع زيادة التيار، يصبح توليد الحرارة في الموصلات والكابلات والموصلات أكثر وضوحًا.

 

 

ينبغي إعطاء الأولوية لحلول التبريد السائل للمشاريع ذات الخصائص التالية:

 

1. محطات شحن فائقة السرعة-للطرق السريعة

تتطلب مناطق خدمة الطرق السريعة عادةً فترات إقامة قصيرة للمركبة، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على إمكانات تجديد الطاقة السريعة.

عندما يتم شحن مركبات متعددة في وقت واحد، قد تعمل معدات الشحن تحت أحمال عالية لفترات طويلة، مما يفرض متطلبات أكبر على أنظمة الإدارة الحرارية.

 

2. المركبات التجارية والأساطيل اللوجستية

تعمل المركبات اللوجستية عادةً وفقًا لجداول زمنية محددة مع نوافذ محددة لإعادة الشحن.

بالنسبة للأساطيل التي تتطلب أوقات تسليم سريعة،-يمكن أن يساعد الشحن بالتيار المستمر عالي الطاقة في تقليل الوقت الذي تقضيه المركبات في محطات الشحن.

لاحظت وزارة الطاقة الأمريكية أيضًا أن الشحن السريع بالتيار المستمر مناسب لتطبيقات معينة للأسطول حيث تحتاج المركبات إلى إعادة الشحن أثناء التوقفات القصيرة.

 

3. الحافلات والمركبات الكهربائية-الثقيلة

تتميز الحافلات والشاحنات ومركبات الموانئ وغيرها من المركبات الكهربائية التجارية عادةً بقدرات بطارية كبيرة؛ وبالتالي، قد تتطلب البنية التحتية للشحن إنتاج طاقة أعلى وقدرة على العمل بشكل مستمر لفترات أطول.

ومع تطور-معايير وأنظمة شحن الطاقة العالية-مثل MCS-أصبحت أهمية تقنية التبريد السائل في تطبيقات الشحن ذات التيار العالي-متزايدة الأهمية.

 

4. محطات الشحن ذات الاستخدام العالي-

إذا كانت محطة الشحن مطلوبة لخدمة عدد كبير من المركبات بشكل مستمر طوال اليوم، فقد يكون حمل التشغيل الفعلي للمعدات أعلى بكثير من ذلك الموجود في الأماكن المكتبية أو السكنية النموذجية.

 

 

مع استمرار تزايد الطلب على شحن المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة، تتطور أنظمة الشحن عالية الطاقة- في عدة اتجاهات رئيسية.

 

1. قوة أعلى

تتحول أنظمة الشحن من مستويات الطاقة التقليدية المنخفضة إلى قدرات تصل إلى مئات الكيلووات أو حتى نطاق الميجاواط.

 

2. كثافة طاقة أعلى

يؤدي تكوين المزيد من وحدات الطاقة داخل نفس مساحة الخزانة إلى زيادة الطلب على الإدارة الحرارية والتصميم الهيكلي.

 

3. النمطية

تسمح خزانات الطاقة المعيارية بتكوين أعداد مختلفة من وحدات الطاقة بناءً على متطلبات المشروع، مع تسهيل الصيانة وقابلية تطوير الطاقة أيضًا.

 

4. تخصيص الطاقة الذكي

محطات الشحن المستقبلية لن توفر بالضرورة طاقة ثابتة لكل مركبة؛ وبدلاً من ذلك، سيتم تخصيص الطاقة ديناميكيًا استنادًا إلى عوامل مثل حالة شحن السيارة (SOC)، ومتطلبات الشحن في الوقت الفعلي-، والحمل على محطات الشحن الأخرى.

 

في الوقت الحالي، تستخدم أنظمة الشحن الموزعة فئة 600 كيلووات التخصيص الديناميكي للطاقة، مما يتيح للعديد من المركبات مشاركة خزانة الطاقة المركزية.

 

5. التطبيق الموسع لتكنولوجيا التبريد السائل

انطلاقًا من الحاجة إلى طاقة وتيار أعلى، ستمتد تقنية التبريد السائل إلى ما هو أبعد من خزانات الطاقة ليتم تطبيقها بشكل متزايد على مكونات مثل مسدسات الشحن والكابلات والموصلات.