高出力 DC 充電キャビネットの液冷と空冷: どちらのテクノロジーを選択すべきですか?

新エネルギー車（NEV）の航続距離が伸び続ける中、高速道路のサービスエリア、物流施設、バス停留所、大規模な充電ステーション-での急速なエネルギー補給の需要の高まりに伴い、-高出力の DC 充電-が NEV 充電インフラストラクチャの主要な開発方向として浮上しています。{0}}

 

標準の低電力充電機器と比較して、高電力 DC 充電システムは、より短い時間でより多くのエネルギーを転送する必要があります。-その結果、充電モジュール、電源デバイス、バスバー、コネクタ、充電ケーブルなどのコンポーネントは、より高い熱負荷にさらされます。

このような背景から、熱管理技術は高出力 DC 充電キャビネットの設計において重要な要素となっています。{0}

現在、高出力充電機器は主に次の 2 つの熱管理方法を採用しています。-

 

・空冷
・液冷

 

では、空冷と液冷の違いは一体何なのでしょうか? DC 急速充電において液体冷却の重要性が高まっているのはなぜですか?そして、これらのキャビネットを購入するとき、どのように正しい選択をすべきでしょうか?

 

 

高出力 DC 充電キャビネットの中心的な機能は、グリッドからの AC 電力を新エネルギー車の走行用バッテリーに適した DC 電力に変換することです。{0}

 

基本的なエネルギー変換プロセスは次のように要約できます。

 

ACグリッド→パワーモジュール→DC出力→充電ディスペンサー→EVバッテリー

 

このプロセス中に、パワー モジュール内のコンポーネント-（半導体デバイス、インダクタ、コンデンサ、変圧器、その他のパワー エレクトロニクスなど）-が熱を発生します。

 

最新の充電モジュールは高い変換効率を誇りますが、数百キロワット レベルで動作する充電システムでは、わずかな割合の効率損失でも重大な絶対熱負荷が発生する可能性があります。{0}{1}

 

たとえば、高出力充電システムが数百キロワットの電力を継続的に供給する場合、内部損失によって発生する熱を継続的に放散する必要があります。{0}そうしないと、次の問題が発生する可能性があります。

 

・パワー部品の温度上昇
・充電効率の低下
· 出力電力の制限
· コンポーネントの寿命の低下
· システム保護メカニズムのアクティブ化
・長時間の使用による安定性の低下

 

したがって、高出力 DC 充電キャビネットの場合、冷却システムは単なる補助コンポーネントではなく、機器の持続的な出力能力を決定する重要な要素となります。-

 

 

空冷 DC 充電キャビネットは、冷却媒体として空気を使用し、機器内で発生した熱をファン、ヒートシンク、エア ダクトなどのコンポーネントを介して周囲の環境に放散します。

 

一般的な空冷システムには通常、次のものが含まれます。-

 

·冷却ファン
・ ヒートシンク
・エアダクト
・エアフィルター
・温度センサー
・通気構造

 

その基本的な動作原理は次のとおりです。

 

発熱→ヒートシンク→強制通気→放熱→周囲空気

 

ファンは電源モジュールとヒートシンクに空気を送り、機器から熱を運びます。

このアプローチは比較的成熟した設計を特徴としており、適切な環境条件の中電力 DC 充電機器やアプリケーションにとって依然として非常に実用的です。{0}

 

 

水冷式 DC 充電キャビネットでは、熱伝達媒体として冷媒が使用されます。{0}

 

特別に設計された冷却ループを通って循環する液体は、空気と比べて、機器内で発生した熱をより効果的に熱交換器に伝達し、その後環境に放散できます。

 

一般的な水冷システムには次のものが含まれます。-

 

・クーラントポンプ
・冷却プレート
・熱交換器
・ラジエター
・クーラントリザーバー
・温度センサー
・流量センサー
・圧力監視システム

 

基本的な操作プロセスは次のように要約できます。

 

パワーモジュール → 冷却プレート → 冷却液 → 熱交換器 → ラジエーター → 放熱

 

高出力充電システムでは、液体冷却技術をキャビネット内の電源モジュールだけでなく、大電流充電ケーブルやコネクタにも適用できます。-

 

たとえば、公開されている業界データによると、分散型充電システムは、リアルタイムの車両需要に基づいて動的に電力を割り当てながら、複数の車両の同時充電をサポートするように設計された、600 kW の電源キャビネットと 500 A の水冷充電ケーブルを組み合わせたものであることが示されています。{0}{0}{3}{4}{5}

 

 

1. 高電力密度設計に最適

DC 充電電力が増加し続けるため、充電キャビネットにはより多くの、またはより大容量のパワー エレクトロニクス モジュールを取り付ける必要があります。{0}

単純にファンを追加して空気の流れを増やすと、内部の空気流路の設計、ヒートシンクの寸法、騒音レベル、キャビネットのスペースの制約などの問題が大きな課題となります。

 

対照的に、液冷システムは冷却プレートと循環ループを利用して発熱コンポーネントの付近から熱を直接抽出するため、高電力密度機器の設計の柔軟性が高まります。{0}}

 

2. 高電流充電を促進します-

充電電力は次のように簡単に表すことができます。

 

P = U × I

 

言い換えれば、特定の電圧の場合、充電電力が増加すると、より多くの電流が必要になります。

ただし、電流が増加すると、導体、ケーブル、コネクタの発熱がより顕著になります。

 

 

液体冷却ソリューションは、次の特性を持つプロジェクトを優先する必要があります。

 

1. 高速道路の超高速充電ステーション-

高速道路のサービスエリアでは通常、車両の滞留時間が短く、迅速なエネルギー補給機能に対する高い需要が生じています。

複数の車両が同時に充電されると、充電装置が高負荷で長時間動作する可能性があり、熱管理システムに対する要求が高まります。

 

2. 商用車と物流車両

物流車両は通常、充電のための特定の時間枠を設けて、定義されたスケジュールに従って運行します。

素早いターンアラウンドタイムを必要とする車両の場合、高出力 DC 充電により、車両が充電ステーションで過ごす時間を最小限に抑えることができます。{0}

米国エネルギー省はまた、DC 急速充電は、車両が短時間の停車中に充電する必要がある特定の車両用途に適していると指摘しています。

 

3. バスと大型電気自動車-

バス、トラック、港湾車両、その他の商用電気自動車は通常、大容量のバッテリーを備えています。その結果、充電インフラには、より高い電力出力と、より長時間継続的に動作する能力が必要になる場合があります。

MCS などの高出力充電規格やシステム-やシステム-の開発により、高電流充電アプリケーションにおける液体冷却技術の重要性がますます高まっています。-

 

4. 使用率の高い充電ステーション-

充電ステーションが多数の車両に一日中継続的にサービスを提供する必要がある場合、機器の実際の動作負荷は、一般的なオフィスや住宅環境で見られる負荷よりもはるかに高くなる可能性があります。

 

 

新エネルギー車の充電需要が高まるにつれ、高出力充電システムはいくつかの重要な方向に進化しています。{0}

 

1. より高い出力

充電システムは、従来の低電力レベルから数百キロワット、さらにはメガワット (MW) 範囲の容量に移行しています。

 

2. より高い電力密度

同じキャビネットの設置面積内にさらに多くの電源モジュールを構成すると、熱管理と構造設計に対する要求が高まります。

 

3. モジュール性

モジュラー電源キャビネットにより、プロジェクト要件に基づいてさまざまな数の電源モジュールを構成できると同時に、メンテナンスと電源の拡張性も容易になります。

 

4. インテリジェントな電力割り当て

将来の充電ステーションは、必ずしもすべての車両に固定電力を供給するとは限りません。代わりに、車両の充電状態（SOC）、リアルタイムの充電需要、他の充電端末の負荷などの要素に基づいて電力が動的に割り当てられます。{0}}

 

現在、600 kW- クラスの分散型充電システムはすでに動的電力割り当てを採用しており、複数の車両が集中電源キャビネットを共有できるようになります。

 

5. 液冷技術の応用拡大

より高い電力と電流の必要性により、液体冷却技術は電源キャビネットを超えて、充電ガン、ケーブル、コネクタなどのコンポーネントにますます適用されるようになります。