Resfriamento líquido versus resfriamento a ar para gabinetes de carregamento CC de alta-potência: qual tecnologia você deve escolher?

À medida que a autonomia de veículos de nova energia (NEVs) continua a aumentar-e com a crescente demanda por reposição rápida de energia em áreas de serviço de rodovias, parques logísticos, estações de ônibus e estações de carregamento em grande-escala,-o carregamento CC de alta{3}}potência está emergindo como uma direção de desenvolvimento fundamental para a infraestrutura de carregamento de NEVs.

 

Em comparação com equipamentos padrão de carregamento-de baixa potência, os sistemas de carregamento CC de alta-potência devem transferir mais energia em menos tempo; consequentemente, componentes como módulos de carregamento, dispositivos de alimentação, barramentos, conectores e cabos de carregamento estão sujeitos a cargas térmicas mais elevadas.

Nesse contexto, a tecnologia de gerenciamento térmico se tornou um fator crítico no projeto de gabinetes de carregamento CC de alta-potência.

Atualmente, os equipamentos de carregamento-de alta potência empregam principalmente dois métodos de gerenciamento térmico:

 

· Resfriamento a ar
· Resfriamento líquido

 

Então, quais são exatamente as diferenças entre resfriamento a ar e resfriamento a líquido? Por que o resfriamento líquido está ganhando cada vez mais importância no carregamento rápido DC? E como fazer a escolha certa na hora de adquirir esses gabinetes?

 

 

A principal função de um gabinete de carregamento CC de alta-potência é converter a energia CA da rede em energia CC adequada para as baterias de tração de veículos de energia nova.

 

O processo básico de conversão de energia pode ser resumido da seguinte forma:

 

Rede CA → Módulo de alimentação → Saída CC → Distribuidor de carga → Bateria EV

 

Durante esse processo, os componentes do módulo de potência-como dispositivos semicondutores, indutores, capacitores, transformadores e outros componentes eletrônicos de potência-geram calor.

 

Embora os módulos de carregamento modernos apresentem alta eficiência de conversão, em sistemas de carregamento que operam no nível de centenas de-de-quilowatts, mesmo uma pequena porcentagem de perda de eficiência pode resultar em uma carga térmica absoluta significativa.

 

Por exemplo, quando um sistema de carregamento-de alta potência fornece continuamente centenas de quilowatts de energia, o calor gerado pelas perdas internas deve ser dissipado continuamente; caso contrário, poderão surgir os seguintes problemas:

 

· Aumento da temperatura dos componentes de potência
· Eficiência de carregamento reduzida
· Limitações de potência de saída
· Vida útil dos componentes comprometida
· Ativação de mecanismos de proteção do sistema
· Estabilidade reduzida durante operação prolongada

 

Portanto, para um gabinete de carregamento CC de alta-potência, o sistema de resfriamento não é apenas um componente auxiliar, mas um elemento crítico que determina a capacidade de saída sustentada do equipamento.

 

 

Um gabinete de carregamento CC-resfriado a ar usa ar como meio de resfriamento para dissipar o calor gerado dentro do equipamento para o ambiente circundante por meio de componentes como ventiladores, dissipadores de calor e dutos de ar.

 

Um sistema típico-refrigerado a ar geralmente inclui:

 

·Ventilador de resfriamento
· Dissipador de calor
· Duto de ar
· Filtro de Ar
· Sensor de temperatura
· Estrutura de Ventilação

 

Seu princípio básico de funcionamento é:

 

Geração de calor → Dissipador de calor → Fluxo de ar forçado → Dissipação de calor → Ar ambiente

 

Os ventiladores conduzem o ar pelos módulos de potência e dissipadores de calor, transportando o calor para fora do equipamento.

Essa abordagem apresenta um design relativamente maduro e permanece altamente prática para equipamentos de carregamento CC de média-potência e aplicações com condições ambientais adequadas.

 

 

Um gabinete de carga CC-resfriado por líquido utiliza um líquido refrigerante como meio de transferência de calor.

 

Comparado ao ar, o líquido que circula através de um circuito de resfriamento especialmente projetado pode transferir de forma mais eficaz o calor gerado dentro do equipamento para um trocador de calor para posterior dissipação no ambiente.

 

Um sistema típico-resfriado por líquido pode incluir:

 

· Bomba de refrigerante
· Placa de resfriamento
· Trocador de calor
· Radiador
· Reservatório de refrigerante
· Sensor de temperatura
· Sensor de Fluxo
· Sistema de monitoramento de pressão

 

O processo operacional básico pode ser resumido como:

 

Módulo de potência → Placa de resfriamento → Líquido refrigerante → Trocador de calor → Radiador → Dissipação de calor

 

Em sistemas-de carregamento de maior potência, a tecnologia de refrigeração líquida pode ser aplicada não apenas aos módulos de energia dentro do gabinete, mas também a cabos e conectores de carregamento-de alta corrente.

 

Por exemplo, dados do setor disponíveis publicamente mostram sistemas de carregamento distribuídos-com um gabinete de energia de 600 kW emparelhado com cabos de carregamento refrigerados a líquido-de 500 A-projetados para oferecer suporte ao carregamento simultâneo de vários veículos e, ao mesmo tempo, alocar energia dinamicamente com base na demanda-do veículo em tempo real.

 

 

1. Mais adequado para projetos de alta densidade de potência

À medida que a potência de carregamento CC continua a aumentar, os gabinetes de carregamento exigem a instalação de módulos eletrônicos de potência de capacidade maior ou maior.-.

Se simplesmente adicionarmos mais ventiladores e aumentarmos o fluxo de ar, questões como o design do caminho do fluxo de ar interno, as dimensões do dissipador de calor, os níveis de ruído e as restrições de espaço do gabinete se tornariam desafios significativos.

 

Por outro lado, os sistemas de refrigeração líquida utilizam placas de resfriamento e circuitos de circulação para extrair calor diretamente da vizinhança dos componentes geradores de calor, oferecendo assim maior flexibilidade de projeto para equipamentos de alta densidade de potência.

 

2. Facilita o carregamento-de alta corrente

A potência de carregamento pode ser simplesmente expressa como:

 

P = U × I

 

Em outras palavras, para uma determinada tensão, aumentar a potência de carga requer uma corrente mais alta.

No entanto, à medida que a corrente aumenta, a geração de calor em condutores, cabos e conectores torna-se mais pronunciada.

 

 

Soluções de refrigeração líquida devem ser priorizadas para projetos com as seguintes características:

 

1. Estações de recarga ultra{1}}rápidas em rodovias

As áreas de serviço rodoviário normalmente exigem tempos curtos de permanência dos veículos, criando uma alta demanda por capacidades de reposição rápida de energia.

Quando vários veículos são carregados simultaneamente, o equipamento de carregamento pode funcionar sob cargas elevadas durante longos períodos, colocando maiores exigências nos sistemas de gestão térmica.

 

2. Veículos comerciais e frotas logísticas

Os veículos logísticos costumam operar em horários definidos com janelas específicas para recarga.

Para frotas que exigem tempos de resposta rápidos, o carregamento CC de alta{0}potência pode ajudar a minimizar o tempo que os veículos passam nas estações de carregamento.

O Departamento de Energia dos EUA também observou que o carregamento rápido DC é adequado para certas aplicações de frota onde os veículos precisam de ser recarregados durante paragens curtas.

 

3. Ônibus e veículos-elétricos pesados

Ônibus, caminhões, veículos portuários e outros veículos elétricos comerciais normalmente apresentam baterias de grande capacidade; consequentemente, a infraestrutura de carregamento pode exigir maior produção de energia e capacidade de operar continuamente por períodos mais longos.

Com o desenvolvimento de padrões e sistemas de carregamento de alta-potência-como MCS-a importância da tecnologia de refrigeração líquida em aplicações de carregamento de{3}}alta corrente tornou-se cada vez mais significativa.

 

4. Estações de carregamento-de alta utilização

Se uma estação de carregamento for necessária para atender um grande número de veículos continuamente ao longo do dia, a carga operacional real do equipamento poderá ser muito maior do que aquela encontrada em escritórios ou ambientes residenciais típicos.

 

 

À medida que a demanda por carregamento de veículos com novas energias continua a aumentar, os sistemas de carregamento-de alta potência estão evoluindo em diversas direções importantes.

 

1. Poder Superior

Os sistemas de carregamento estão mudando dos níveis de potência tradicionais e mais baixos para capacidades de centenas de quilowatts ou mesmo na faixa de megawatts (MW).

 

2. Maior densidade de potência

A configuração de mais módulos de energia no mesmo espaço do gabinete impõe maiores demandas ao gerenciamento térmico e ao projeto estrutural.

 

3. Modularidade

Os gabinetes de energia modulares permitem a configuração de vários números de módulos de energia com base nos requisitos do projeto, ao mesmo tempo que facilitam a manutenção e a escalabilidade de energia.

 

4. Alocação Inteligente de Energia

As futuras estações de carregamento não fornecerão necessariamente energia fixa a todos os veículos; em vez disso, a energia será alocada dinamicamente com base em fatores como estado de carga (SOC) do veículo, demandas de carregamento-em tempo real e carga em outros terminais de carregamento.

 

Atualmente, os sistemas de carregamento distribuído da classe-de 600 kW já empregam alocação dinâmica de energia, permitindo que vários veículos compartilhem um gabinete de energia centralizado.

 

5. Aplicação expandida de tecnologia de resfriamento líquido

Impulsionada pela necessidade de maior potência e corrente, a tecnologia de refrigeração líquida se estenderá além dos gabinetes de energia para ser cada vez mais aplicada a componentes como pistolas de carregamento, cabos e conectores.