Làm mát bằng chất lỏng để sạc xe điện— Những điều cần biết để giữ cho xe điện luôn di chuyển

Sạc nhanh, hiệu quả và dễ tiếp cận là chìa khóa cho việc áp dụng điện trên quy mô lớn phương tiện (EV), đặc biệt khi mọi người di chuyển quãng đường dài hơn. Nhiều thiết bị điện ngày nay xe có thể đi 200-250 dặm trước khi yêu cầu sạc lại. phổ biến sự sẵn có của các trạm sạc là một thách thức. Tốc độ sạc là khác. Công suất cao hơn (kW) được sử dụng để hỗ trợ sạc nhanh hơn sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn, đòi hỏi quản lý nhiệt hiệu quả để đạt được hiệu suất tối ưu. Nhập làm mát bằng chất lỏng - và các kết nối an toàn tạo điều kiện cho nó.

SẠC XE ĐIỆN TRONG TƯƠNG LAI: CÓ SẴN RỘNG HƠN, NHANH HƠN

Năm 2018, ước tính có khoảng 5 triệu xe điện trên toàn thế giới, tăng 2 triệu từ năm trước, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế.  Tính đến cuối năm 2018, Hoa Kỳ chiếm khoảng một triệu xe điện. Riêng trong quý 3 năm 2018, các hãng xe Mỹ đã bán 110.000 EV — tăng 95% so với năm trước. IEA dự đoán số lượng toàn cầu xe điện sẽ tăng lên 130 triệu đến 250 triệu vào năm 2030. Trong số các rào cản đối với việc áp dụng EV rộng rãi là “sự lo lắng về phạm vi” - người lái xe lo lắng về tìm trạm sạc ở đâu và khi nào họ cần, đặc biệt là cho đường dài du lịch. Điều này có thể được khắc phục một phần bằng cách lắp đặt nhiều trạm sạc hơn. Hôm nay, Hoa Kỳ có khoảng 24.000 trạm sạc với trung bình ba thiết bị đầu cuối mỗi trạm, so với 150.000 trạm xăng và khoảng tám máy bơm mỗi trạm. Tuy nhiên, việc bổ sung các trạm sạc đang diễn ra nhanh chóng. Volkswagen chẳng hạn, có kế hoạch đầu tư 2 tỷ đô la vào cơ sở hạ tầng sạc như một phần của sáng kiến ​​có tên là Electrify Mỹ dự kiến sẽ triển khai khoảng 2.000 bộ sạc tại hơn 500 địa điểm vào cuối năm nay 2019 với sự sẵn có dọc theo các tuyến đường chính đi qua 42 tiểu bang.

Sau khi tấp vào trạm sạc, các tài xế muốn tiếp tục cách của họ càng nhanh càng tốt. Thời báo New York 2019 bài báo ghi lại chuyến đi khứ hồi từ Los Angeles đến Las Vegas của 540 dặm trong một EV nhỏ gọn mà tuyên bố một hành trình 240 dặm quãng đường khi sạc đầy. Chuyến đi khứ hồi kéo dài 13 tiếng rưỡi tám điểm dừng sạc và thời gian sạc 5 tiếng rưỡi ở trên cùng trong thời gian tám giờ lái xe thông thường của chuyến đi. Để tối ưu hóa EV thời lượng pin, chuyên gia khuyên nên để xe ở mức 30% đến 80%, vì vậy việc dừng sạc thường xuyên là điều bình thường. Tốc độ sạc cũng phụ thuộc vào khả năng tương thích giữa EV và điểm sạc. Một số điểm phí dole ra nhiều sức mạnh hơn một chiếc xe có thể chấp nhận. Các điểm nạp khác cung cấp quá ít năng lượng so với tốc độ của chiếc xe có thể mang nó vào. Những biến thể này là một thực tế trong thế giới EV ngày nay.

EV TẠO NHIỆT VÀ LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG

Công suất cao hơn giúp sạc nhanh hơn có thể, nhưng nó cũng tạo ra nhiệt đáng kể. tải nhiệt đối với yêu cầu tải DCFC và XFC kỹ thuật làm mát tiên tiến để thúc đẩy hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Ví dụ như bộ sạc cực nhanh, có thể đẩy nhiệt độ bộ pin đến 270ºC/514ºF chỉ sau một vài phút sạc. Hoa Kỳ năm 2017 Báo cáo của Bộ Năng lượng nêu rõ rằng “lựa chọn khả thi duy nhất [cho làm mát tại các trạm XFC] sẽ là cung cấp nước lạnh / chất làm mát cho phương tiện.” Tỷ lệ phí được gắn với sức mạnh khả dụng -  một chức năng của dòng điện và điện áp. đưa ra sự thiếu hiệu quả vốn có trong quyền lực chuyển đổi, chất thải được tiêu tan trong dạng nhiệt. Sử dụng sức mạnh phương trình hiệu quả dưới đây, 350kW hệ thống sạc nhanh với 90% hiệu quả sạc (n) sẽ dẫn đến gần 40kW chất thải tiêu tan nhiệt.

Quản lý nhiệt pin hiện có hệ thống (BTMS) được trang bị để xử lý 1-5kW, trong khi tương lai các thế hệ có thể yêu cầu trở lên 25kW trở lên. Do những hạn chế của các giải pháp làm mát không khí hiện có, làm mát bằng chất lỏng là một bước hợp lý tiếp theo để kích hoạt hiệu quả hiệu suất của các tế bào pin trên bo mạch / gói, trạm sạc và khác các thành phần EV chính như sạc dây cáp. Tất cả phải có khả năng xử lý nhiệt khi công suất tăng.

Trạm sạc EV: Cấp 1 và 2 bộ sạc sử dụng onboard bộ chuyển đổi để quản lý năng lượng chảy vào bộ pin. Mức độ 3 lần sạc trở lên thông thường liên quan đến một bộ chuyển đổi bên ngoài và một EVSE (Thiết bị cung cấp EV) kiểm soát an toàn và hiệu quả quản lý tải điện cao hơn. Trong khi truyền thông EVSE giao thức giữa bộ sạc và xe đặt sạc phù hợp dòng điện, bộ chuyển đổi năng lượng cấp 3 vẫn cần nhiệt hiệu quả quản lý, mà thường đi kèm dưới dạng làm mát bằng chất lỏng.

Pin/gói ắc quy xe: Dành cho tuổi thọ và hiệu suất tối đa, ắc quy trên xe phải được điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình cả hoạt động và sạc. Thấp nhiệt độ làm giảm pin sức mạnh và công suất, giảm phạm vi. Nhiệt độ cao hơn, trên mặt khác, gây ra tăng tốc suy thoái. dòng điện cao hơn

Dòng điện cao hơn tạo ra nhiều nhiệt hơn do bên trong điện trở nên pin và gói làm mát là tối quan trọng. làm mát bằng chất lỏng phương pháp cho tế bào pin và gói bao gồm vòng lặp dẫn điện tấm lạnh hoặc ngâm hoàn toàn nếu chất lỏng điện môi được triển khai. Các thành phần liên quan đến làm mát là cao cấp, không chỉ để đảm bảo an toàn hoạt động hiệu quả mà còn để tránh hư hỏng thiết bị. Khi nói đến thiết kế nhiệt của pin, một U.S. Department Văn phòng năng lượng của phương tiện Báo cáo công nghệ đã nêu: “…[EV] các kênh dòng chất lỏng thường là phức tạp hơn và đòi hỏi một số lượng lớn các kết nối dẫn đến một tiềm năng cao hơn cho sự thất bại. Nếu hệ thống làm mát bằng chất lỏng đã thất bại, sau đó có khả năng làm mát bằng chất lỏng có thể rút ngắn các ô liền kề trong bộ pin có thể dẫn thoát nhiệt.”  Báo cáo lưu ý rằng làm mát bằng chất lỏng là quản lý nhiệt ưa thích chiến lược cho pin EV do công suất nhiệt cao và nhiệt độ dẫn nhiệt. Vì vậy, làm mát bằng chất lỏng là quan trọng - cũng như sự mạnh mẽ của các đầu nối trong bộ làm mát hệ thống.

Cáp sạc: Tăng công suất tối đa với hệ thống dây điện và kết nối điện đạt tới giới hạn kỹ thuật khi công suất sạc tăng. Bộ sạc nhanh DC đòi hỏi dây dẫn lớn hơn. Bằng tốc độ sạc và các liên quan nhiệt tăng lên, dây cáp sẽ trở nên cồng kềnh hơn. Cáp sạc làm mát bằng chất lỏng có thể sử dụng dây đo mỏng hơn và giảm trọng lượng cáp bằng 40%9 — và cáp nhẹ hơn dễ dàng hơn để người tiêu dùng xử lý. Một số công nghệ đã cung cấp chất lỏng làm mát làm giảm nhiệt độ trong cáp sạc và tại các tiếp điểm DC tại xe đầu nối điện.

TỐI ƯU HÓA LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG — CÂN NHẮC CONNECTOR DẪN CHẤT LỎNG

Đầu nối chất lỏng được thiết kế tốt được sử dụng trong EV và EVSE làm mát bằng chất lỏng sẽ:

• Được thiết kế chuyên dụng để làm mát bằng chất lỏng ứng dụng, cho dù off-the-shelf hoặc các sản phẩm tùy chỉnh.
• Đáp ứng hoặc vượt quá khả năng tương thích của chất lỏng, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ nhu cầu hiệu suất.
• Chịu được môi trường áp dụng điều kiện hoạt động - ví dụ: một phạm vi rộng phạm vi nhiệt độ, tiếp xúc với độ ẩm, bụi bẩn/bụi và rung động trong trường hợp các đầu nối được sử dụng với ắc quy xe.
• Tránh rò rỉ — một thiết kế bịt kín chắc chắn phải chịu được cài đặt và sử dụng áp lực (tải trọng bên, uốn, kéo lực lượng) mà không ảnh hưởng đến con dấu do đó tiết lộ đắt tiền và các thành phần quan trọng đối với chất lỏng.
• Duy trì phong độ lâu dài các thời kỳ kết nối.
• Đáng tin cậy, hiệu quả và và được kiểm tra kỹ lưỡng.

Khi lựa chọn các đầu nối cho EV/Các ứng dụng làm mát bằng chất lỏng EVSE, các đặc điểm sau và thông số hiệu suất rất hữu ích trong đảm bảo các thành phần sẽ hoạt động tối ưu so với tổng thể hệ thống yêu cầu.