Refroidissement liquide ou refroidissement par air pour les armoires de charge CC haute-puissance : quelle technologie devriez-vous choisir ?

Alors que l'autonomie des véhicules à énergie nouvelle (NEV) continue d'augmenter,-et avec la demande croissante de réapprovisionnement rapide en énergie dans les aires de service autoroutières, les parcs logistiques, les dépôts de bus et les-stations de recharge à grande échelle-la recharge CC à haute puissance- apparaît comme une direction de développement clé pour l'infrastructure de recharge des NEV.

 

Par rapport aux équipements de recharge standards à faible-puissance, les systèmes de recharge CC à haute-puissance doivent transférer plus d'énergie en moins de temps ; par conséquent, les composants tels que les modules de charge, les appareils électriques, les barres omnibus, les connecteurs et les câbles de charge sont soumis à des charges thermiques plus élevées.

Dans ce contexte, la technologie de gestion thermique est devenue un facteur essentiel dans la conception d'armoires de recharge CC haute-puissance.

Actuellement, les équipements de recharge à haute-puissance utilisent principalement deux méthodes de gestion thermique :

 

· Refroidissement par air
· Refroidissement liquide

 

Alors, quelles sont exactement les différences entre le refroidissement par air et le refroidissement liquide ? Pourquoi le refroidissement liquide prend-il une importance croissante dans la charge rapide DC ? Et comment faire le bon choix lors de l’achat de ces armoires ?

 

 

La fonction principale d'une armoire de recharge CC haute-puissance est de convertir l'énergie CA du réseau en énergie CC adaptée aux batteries de traction des véhicules à énergie nouvelle.

 

Le processus de conversion d’énergie de base peut être résumé comme suit :

 

Réseau CA → Module d'alimentation → Sortie CC → Distributeur de charge → Batterie EV

 

Au cours de ce processus, les composants du module d'alimentation-tels que les dispositifs à semi-conducteurs, les inductances, les condensateurs, les transformateurs et autres appareils électroniques de puissance-générent de la chaleur.

 

Bien que les modules de charge modernes offrent une efficacité de conversion élevée, dans les systèmes de charge fonctionnant à des centaines de-de-kilowatts, même un faible pourcentage de perte d'efficacité peut entraîner une charge thermique absolue importante.

 

Par exemple, lorsqu'un système de charge haute-puissance fournit en permanence des centaines de kilowatts de puissance, la chaleur générée par les pertes internes doit être continuellement dissipée ; sinon, les problèmes suivants peuvent survenir :

 

· Températures croissantes des composants de puissance
· Efficacité de charge réduite
· Limites de puissance de sortie
· Durée de vie des composants compromise
· Activation des mécanismes de protection du système
· Stabilité réduite lors d'un fonctionnement prolongé

 

Par conséquent, pour une armoire de charge CC haute-puissance, le système de refroidissement n'est pas simplement un composant auxiliaire mais un élément essentiel qui détermine la capacité de sortie soutenue de l'équipement.

 

 

Une armoire de charge CC refroidie par air-utilise l'air comme moyen de refroidissement pour dissiper la chaleur générée à l'intérieur de l'équipement vers l'environnement via des composants tels que des ventilateurs, des dissipateurs thermiques et des conduits d'air.

 

Un système typique-refroidi par air comprend généralement :

 

·Ventilateur de refroidissement
· Dissipateur de chaleur
· Conduit d'air
· Filtre à air
· Capteur de température
· Structure de ventilation

 

Son principe de fonctionnement de base est le suivant :

 

Génération de chaleur → Dissipateur thermique → Flux d'air forcé → Dissipation thermique → Air ambiant

 

Les ventilateurs chassent l'air à travers les modules d'alimentation et les dissipateurs thermiques, évacuant ainsi la chaleur de l'équipement.

Cette approche présente une conception relativement aboutie et reste très pratique pour les équipements et applications de charge CC de moyenne puissance-avec des conditions environnementales appropriées.

 

 

Une armoire de charge CC refroidie par liquide-utilise un liquide de refroidissement comme fluide caloporteur.

 

Comparé à l'air, le liquide circulant à travers une boucle de refroidissement spécialement conçue peut transférer plus efficacement la chaleur générée à l'intérieur de l'équipement vers un échangeur de chaleur pour une dissipation ultérieure dans l'environnement.

 

Un système typique-refroidi par liquide peut inclure :

 

· Pompe à liquide de refroidissement
· Plaque de refroidissement
· Échangeur de chaleur
· Radiateur
· Réservoir de liquide de refroidissement
· Capteur de température
· Capteur de débit
· Système de surveillance de la pression

 

Le processus opérationnel de base peut être résumé comme suit :

 

Module d'alimentation → Plaque de refroidissement → Liquide de refroidissement → Échangeur de chaleur → Radiateur → Dissipation thermique

 

Dans les systèmes de charge-à puissance plus élevée, la technologie de refroidissement liquide peut être appliquée non seulement aux modules d'alimentation à l'intérieur de l'armoire, mais également aux câbles et connecteurs de charge à courant élevé-.

 

Par exemple, des données industrielles accessibles au public montrent des systèmes de recharge distribués-comportant une armoire électrique de 600 kW associée à des câbles de recharge de 500 A-refroidis par liquide-conçus pour prendre en charge la recharge simultanée de plusieurs véhicules tout en allouant dynamiquement la puissance en fonction de la demande du véhicule-en temps réel.

 

 

1. Mieux adapté aux conceptions à haute densité de puissance

À mesure que la puissance de charge CC continue d'augmenter, les armoires de recharge nécessitent l'installation de modules électroniques de puissance-de capacité supérieure ou supérieure.

Si l'on devait simplement ajouter plus de ventilateurs et augmenter le débit d'air, des problèmes tels que la conception du chemin de circulation d'air interne, les dimensions du dissipateur thermique, les niveaux de bruit et les contraintes d'espace dans les armoires deviendraient des défis importants.

 

En revanche, les systèmes de refroidissement liquide utilisent des plaques de refroidissement et des boucles de circulation pour extraire la chaleur directement à proximité des composants générateurs de chaleur, offrant ainsi une plus grande flexibilité de conception pour les équipements à haute densité de puissance.

 

2. Facilite la charge à courant élevé-

La puissance de charge peut être simplement exprimée comme suit :

 

P = U × I

 

En d’autres termes, pour une tension donnée, l’augmentation de la puissance de charge nécessite un courant plus élevé.

Cependant, à mesure que le courant augmente, la génération de chaleur dans les conducteurs, les câbles et les connecteurs devient plus prononcée.

 

 

Les solutions de refroidissement liquide doivent être prioritaires pour les projets présentant les caractéristiques suivantes :

 

1. Bornes de recharge ultra-ultra-rapides sur autoroute

Les zones de desserte routière nécessitent généralement des temps d'arrêt courts des véhicules, ce qui crée une forte demande de capacités de réapprovisionnement rapide en énergie.

Lorsque plusieurs véhicules se rechargent simultanément, les équipements de recharge peuvent fonctionner sous des charges élevées pendant des périodes prolongées, ce qui impose des exigences plus élevées aux systèmes de gestion thermique.

 

2. Parcs de véhicules utilitaires et logistiques

Les véhicules logistiques fonctionnent généralement selon des horaires définis avec des fenêtres de recharge spécifiques.

Pour les flottes nécessitant des délais d'exécution rapides, la recharge CC haute-puissance peut aider à minimiser le temps passé par les véhicules aux bornes de recharge.

Le ministère américain de l'Énergie a également noté que la recharge rapide en courant continu convient à certaines applications de flotte où les véhicules doivent être rechargés lors de courts arrêts.

 

3. Bus et-véhicules électriques lourds

Les bus, camions, véhicules portuaires et autres véhicules électriques commerciaux disposent généralement de batteries de grande capacité ; par conséquent, l’infrastructure de recharge peut nécessiter une puissance de sortie plus élevée et la capacité de fonctionner en continu pendant des durées plus longues.

Avec le développement de -normes et de systèmes de charge à haute puissance-tels que MCS-l'importance de la technologie de refroidissement liquide dans les applications de charge à courant élevé-est devenue de plus en plus importante.

 

4. Stations de recharge à haute-utilisation

Si une borne de recharge doit desservir un grand nombre de véhicules en continu tout au long de la journée, la charge de fonctionnement réelle de l'équipement peut être bien supérieure à celle trouvée dans un bureau ou un environnement résidentiel typique.

 

 

Alors que la demande de recharge de véhicules à énergie nouvelle continue d'augmenter, les systèmes de recharge à haute puissance-évoluent dans plusieurs directions clés.

 

1. Puissance supérieure

Les systèmes de recharge passent des niveaux de puissance traditionnels et inférieurs à des capacités de plusieurs centaines de kilowatts, voire de l'ordre du mégawatt (MW).

 

2. Densité de puissance plus élevée

La configuration d'un plus grand nombre de modules d'alimentation dans le même encombrement d'armoire impose des exigences plus élevées en matière de gestion thermique et de conception structurelle.

 

3. Modularité

Les armoires d'alimentation modulaires permettent la configuration d'un nombre variable de modules d'alimentation en fonction des exigences du projet, tout en facilitant également la maintenance et l'évolutivité de l'alimentation.

 

4. Allocation intelligente de puissance

Les futures bornes de recharge ne fourniront pas nécessairement une énergie fixe à chaque véhicule ; au lieu de cela, la puissance sera allouée dynamiquement en fonction de facteurs tels que l'état de charge du véhicule (SOC), les demandes de recharge en temps réel-et la charge sur d'autres bornes de recharge.

 

Actuellement, les systèmes de recharge distribuée de classe 600 kW-utilisent déjà l'allocation dynamique de l'énergie, permettant à plusieurs véhicules de partager une armoire électrique centralisée.

 

5. Application étendue de la technologie de refroidissement liquide

Poussée par le besoin de puissance et de courant plus élevés, la technologie de refroidissement liquide s'étendra au-delà des armoires électriques pour être de plus en plus appliquée à des composants tels que des pistolets de chargement, des câbles et des connecteurs.