كيفية اختيار مضخة تروس مغناطيسية مصغرة لتبريد سائل الشحن فائق السرعة

مع استمرار زيادة طاقة شحن المركبات الكهربائية، أصبحت الإدارة الحرارية واحدة من أهم اعتبارات التصميم لمحطات الشحن السريع التي تعمل بالتيار المستمر. تولد تيارات الشحن العالية حرارة كبيرة في كابلات الشحن والموصلات ووحدات الطاقة والمكثفات والمحاثات ومكونات التحكم.

ان تقوم مضخة التبريد السائلة فائقة السرعة بتدوير سائل التبريد عبر نظام الشحن، وتنقل الحرارة بعيدًا عن المكونات المهمة، وتساعد في الحفاظ على درجة حرارة تشغيل مستقرة أثناء الشحن المستمر عالي الطاقة.

بالنسبة لمصنعي محطات الشحن وتكامل أنظمة الإدارة الحرارية، مضخة التروس المغناطيسية المصغرة خيارًا مهمًا للمضخة بسبب هيكلها المدمج، وتوصيل السوائل الذي يمكن التنبؤ به، وتصميم المحرك المغناطيسي، وملاءمتها لدوائر التبريد السائلة المغلقة. أصبحت

لماذا تحتاج محطات الشحن فائقة السرعة إلى التبريد السائل؟

يتم استخدام الشحن عالي الطاقة، والذي يشار إليه عادة باسم HPC، في محطات الشحن DC فائقة السرعة التي تعمل عند مستويات تيار عالية. تصف شركة Phoenix Contact HPC بأنها فئة شحن عالية الأداء تعمل بالتيار المستمر باستخدام تيارات شحن أعلى من 375 أمبير. وقد تم تصميم أحدث أنظمة كابلات الشحن المبردة بالسائل لشحن طاقة تصل إلى 1000 كيلووات في ظل أوضاع تشغيل محددة.

مع زيادة تيار الشحن، تنتج المقاومة الكهربائية المزيد من الحرارة في الموصل وملامسات الموصل والمكونات الإلكترونية المحيطة. بدون التبريد الكافي، قد تؤدي درجة الحرارة الزائدة إلى:

• انخفاض قوة الشحن

• تخفيض التيار التلقائي

• الشيخوخة المبكرة للمكونات

• عزل الكابل التالف

• درجات حرارة موصل غير مريحة

• زيادة وقت توقف الشاحن

• المخاطر المحتملة لسائل التبريد أو السلامة الكهربائية

يعمل التبريد السائل على إزالة الحرارة عن طريق تدوير سائل التبريد عبر الأنابيب أو ألواح التبريد أو المبادلات الحرارية أو كابلات الشحن أو مجموعات الموصلات. يعد الدوران المتسق لسائل التبريد أمرًا ضروريًا لأن التدفق غير الكافي أو غير المستقر يمكن أن يقلل من أداء نقل الحرارة.

ما هي مضخة التبريد السائلة فائقة السرعة؟

مضخة تبريد سائل الشحن فائقة السرعة عبارة عن مضخة دوران سائل تبريد مثبتة داخل محطة شحن EV، أو وحدة تبريد سائل، أو موزع شحن، أو وحدة تبريد كابل.

وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تعميم سائل التبريد بين مكونات توليد الحرارة والمبادل الحراري أو المبرد.

اعتمادًا على تصميم النظام، قد تبرد المضخة:

• كابلات شحن EV مبردة بالسائل

• موصلات شحن CCS أو NACS

• موصلات شحن ميجاوات

• وحدات طاقة الشحن بالتيار المستمر

• مكونات المعدل والعاكس

• إلكترونيات الطاقة IGBT أو SiC

• أشرطة التوصيل والاتصالات الكهربائية

• خزائن التحكم في محطة الشحن

• وحدات تبريد سائلة متكاملة

قد تشتمل دائرة التبريد الكاملة على المضخة، وخزان سائل التبريد، والرادياتير، والمروحة، والمرشح، ومستشعر درجة الحرارة، ومستشعر الضغط، ومستشعر التدفق، وغرفة التمدد، ووحدة التحكم الإلكترونية.

ما هي مضخة التروس المغناطيسية المصغرة؟

عبارة مضخة التروس المغناطيسية المصغرة عن مضخة مدمجة ذات إزاحة إيجابية تستخدم تروسًا دوارة لتحريك سائل التبريد عبر دائرة التبريد.

بدلاً من استخدام ختم العمود التقليدي بين المحرك وحجرة المضخة، تستخدم المضخة اقترانًا مغناطيسيًا لنقل عزم الدوران. يقوم المغناطيس الموجود على جانب المحرك بتشغيل مغناطيس داخلي متصل بتروس المضخة.

يفصل هذا التصميم المحرك عن السائل الذي يتم ضخه ويمكن أن يقلل من مسارات التسرب المرتبطة بأختام العمود الديناميكي.

تُستخدم مضخات التروس المدفوعة مغناطيسيًا بالفعل في تطبيقات تبريد شاحن السيارات الكهربائية لأنها يمكن أن توفر توصيلًا متحكمًا للسوائل في حزمة مدمجة. تم تصميم بعض مضخات تروس الدفع المغناطيسي التجارية خصيصًا للسوائل ذات درجة الحرارة العالية وتستخدم بنية نقل مغناطيسية خالية من الختم.

لماذا نستخدم مضخة تروس مغناطيسية مصغرة في شاحن السيارة الكهربائية؟

1. تقليل خطر تسرب مانع تسرب العمود

يعد تسرب سائل التبريد مصدر قلق خطير داخل معدات الشحن لأن السائل قد يؤدي إلى تلف إلكترونيات الطاقة ولوحات التحكم وأنظمة العزل والتوصيلات الكهربائية.

تعمل مضخة التشغيل المغناطيسية على منع اختراق العمود الدوار بين حجرة المضخة الرطبة والمحرك الخارجي. وهذا يقلل من الاعتماد على ختم العمود الديناميكي التقليدي.

ومع ذلك، لا تزال المضخة الكاملة تتطلب موانع تسرب ثابتة ومفاصل مبيت ووصلات أنبوبية وتجهيزات مصممة بشكل صحيح. لذلك، يجب تقييم المضخة كجزء من دائرة التبريد بأكملها بدلاً من معاملتها كمكون وحيد للتحكم في التسرب.

2. التثبيت المدمج

تحتوي معدات الشحن فائقة السرعة على وحدات الطاقة ومكونات التوزيع الكهربائي وأجهزة المراقبة وأنظمة الاتصالات ومعدات التبريد وهياكل إدارة الكابلات.

غالبًا ما تكون مساحة التثبيت المتاحة محدودة.

أ مضخة التروس المغناطيسية المصغرة في: يمكن دمج

• وحدات توزيع التبريد المدمجة

• وحدات تبريد كابل الشحن

• أجهزة شحن DC مثبتة على الحائط

• موزعات شحن مستقلة

• خزائن الشحن المعيارية

• معدات شحن الجوال

• أنظمة اختبار التبريد السائل

يمنح تصميمه المدمج الشركات المصنعة لمعدات الشحن مرونة أكبر عند ترتيب الخزانات والمبادلات الحرارية وأجهزة الاستشعار والأنابيب ومكونات التحكم.

3. تسليم سائل التبريد المتوقع

تنقل مضخات التروس حجمًا محددًا من السائل أثناء كل دورة تروس. وهذا يسمح بتعديل معدل التدفق من خلال سرعة المحرك ضمن نطاق التشغيل المعتمد للمضخة.

يعد توصيل سائل التبريد المتوقع مفيدًا بشكل خاص عندما يحتاج نظام الشحن إلى الحفاظ على معدل التدفق المستهدف من خلال أنابيب التبريد الضيقة أو كابلات الشحن الطويلة أو الموصلات أو المرشحات أو المبادلات الحرارية المدمجة.

يتأثر تدفق التشغيل الفعلي بما يلي:

• سرعة المضخة

• لزوجة سائل التبريد

• درجة حرارة سائل التبريد

• الضغط التفاضلي

• تسرب داخلي

• قطر الأنبوب

• طول الكابل

• مقاومة التصفية

• انخفاض ضغط المبادل الحراري

لهذا السبب، يجب أن يعتمد اختيار المضخة على منحنى مقاومة النظام الكامل بدلاً من قيمة التدفق الحر وحدها.

4. التوافق مع بنيات التبريد المختلفة

لا تستخدم أنظمة الشحن فائقة السرعة نفس سائل التبريد.

تُستخدم مخاليط الماء والجليكول بشكل شائع في معدات الشحن وكابلات الشحن المبردة بالسائل. على سبيل المثال، تحدد شركة Phoenix Contact خليطًا من الماء والجليكول لبعض أنظمة كابلات الشحن HPC المبردة الخاصة بها. قد تستخدم أنظمة الشحن أو الشحن الأخرى بالميجاوات سوائل التبريد العازلة، اعتمادًا على كيفية اتصال السائل بالموصل والمكونات الكهربائية.

يمكن تطوير مضخة تروس مغناطيسية مصغرة لمبردات مختلفة، ولكن يجب التحقق من توافق المواد لكل مشروع.

تشمل مواد المضخة المهمة ما يلي:

• غلاف المضخة

• مادة العتاد

• مادة رمح

• تحمل المواد

• حلقات O

• الحشيات

• المواد اللاصقة

• مكونات الاحتواء المغناطيسي

لا تفترض أبدًا أن المضخة المناسبة للمياه مناسبة تلقائيًا لمخاليط الجليكول أو زيت السيليكون أو المبرد العازل أو سوائل التبريد الأخرى المصممة هندسيًا.

5. التحكم في التبريد متغير السرعة

يتغير الحمل الحراري للشحن أثناء دورة الشحن. وقد يختلف أيضًا وفقًا لطلب السيارة وحالة شحن البطارية ودرجة الحرارة المحيطة وتيار الشحن وعدد مخرجات الشحن النشطة.

تتيح المضخة ذات السرعة المتغيرة لوحدة التحكم في التبريد ضبط دوران سائل التبريد وفقًا لظروف التشغيل في الوقت الفعلي.

تشمل طرق التحكم المحتملة ما يلي:

• التحكم في سرعة PWM

• إدخال سرعة 0-10 فولت

• التحكم في الجهد التناظري

• يمكن التواصل

• الاتصالات RS485

• بروتوكولات التحكم في المحركات المخصصة

قد يساعد التشغيل ذو السرعة المتغيرة على تقليل استهلاك الطاقة غير الضروري والضوضاء عندما يعمل الشاحن بحمل حراري أقل.

6. مناسبة للتداول المستمر

قد تعمل محطات الشحن العامة بالتيار المستمر لفترات طويلة وتكمل جلسات شحن متعددة كل يوم. ولذلك يجب أن تكون مضخة التبريد مصممة لبدء التشغيل المتكرر والتشغيل الممتد والظروف البيئية المتغيرة.

عند تقييم مضخة تبريد شاحن السيارة الكهربائية ، يجب على المشترين طلب معلومات الاختبار المتعلقة بما يلي:

• عملية العمل المستمر

• دورات البدء والتوقف

• أداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة

• شيخوخة المبرد

• ركوب الدراجات الضغط

• ارتفاع درجة حرارة المحرك

• تحمل وارتداء والعتاد

• اختبار التسرب

• اختبار التحمل طويل الأمد

أين يتم تركيب مضخة التروس المغناطيسية؟

دائرة كابل الشحن المبرد بالسائل

تقوم المضخة بتدوير سائل التبريد من خلال كابل الشحن والموصل قبل إعادته إلى المبادل الحراري.

يتطلب هذا التطبيق تحكمًا دقيقًا في فقدان الضغط لأن قنوات التبريد داخل الكابل قد تكون ضيقة وقد يصل طول الكابل الإجمالي إلى عدة أمتار.

تبريد موصل الشحن

يمكن أن تتراكم الحرارة حول نقاط اتصال الشحن أثناء التشغيل بالتيار العالي. قد تقوم دائرة تبريد مخصصة بحمل الحرارة بعيدًا عن منطقة الموصل وطرف الكابل.

يجب أن توفر المضخة تدفقًا كافيًا دون إنتاج ضغط زائد قد يؤدي إلى تلف الأنابيب أو الأختام أو مكونات الموصل.

تبريد وحدة الطاقة DC

تحتوي وحدات طاقة الشحن على مكونات أشباه الموصلات المولدة للحرارة والأجهزة الكهربائية. يمكن استخدام ألواح التبريد السائلة لنقل الحرارة من الوحدات إلى دائرة تبريد مشتركة.

في هذا التطبيق، قد تحتاج المضخة إلى التعامل مع عدة فروع تبريد متوازية.

وحدة توزيع التبريد المتكاملة

تستخدم بعض الشركات المصنعة لمحطات الشحن وحدة توزيع تبريد كاملة تحتوي على المضخة والخزان والمبرد والمروحة وأجهزة الاستشعار والفلتر ووحدة التحكم.

يمكن دمج مضخة تروس مغناطيسية مدمجة في هذه الوحدة باعتبارها المكون الرئيسي لتدوير سائل التبريد.

كيفية اختيار مضخة تبريد سائلة فائقة السرعة للشحن

تحديد معدل التدفق المطلوب

يجب حساب التدفق المطلوب وفقًا لما يلي:

• الحد الأقصى للحمل الحراري

• القدرة الحرارية للمبرد

• ارتفاع درجة حرارة سائل التبريد المسموح به

• متطلبات تبريد الكابلات والموصلات

• عدد فروع التبريد

• كفاءة المبادل الحراري

لا تختار ببساطة المضخة ذات أعلى معدل تدفق أقصى. قد تؤدي المضخة كبيرة الحجم إلى زيادة استهلاك الطاقة، وضغط النظام، والاهتزاز، وضوضاء السوائل، وارتفاع درجة حرارة سائل التبريد الناتج عن إعادة التدوير الداخلي.

حساب انخفاض الضغط الكلي

يجب أن تتغلب المضخة على المقاومة من دائرة التبريد الكاملة، بما في ذلك:

• كابل الشحن

• موصل

• لوحات التبريد

• الأنابيب والخراطيم

• الانحناءات والتجهيزات

• المرشحات

• الصمامات

• مبادل حراري

• مقياس التدفق

• وصلات سريعة

اطلب من مورد المضخة توفير منحنى ضغط التدفق باستخدام لزوجة سائل التبريد قريبة من التطبيق الفعلي.

التأكد من لزوجة سائل التبريد عند درجات حرارة مختلفة

قد تزيد لزوجة سائل التبريد بشكل كبير في البيئات الباردة. قد تنتج المضخة التي تعمل بشكل صحيح عند درجة حرارة 25 درجة مئوية معدل تدفق أقل أو تتطلب المزيد من عزم دوران المحرك عند درجات حرارة أقل من الصفر.

يجب أن تأخذ عملية الاختيار في الاعتبار ما يلي:

• الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل

• أقصى درجة حرارة مستمرة لسائل التبريد

• لزوجة البداية الباردة

• لزوجة التشغيل العادية

• الحد الأقصى المسموح به لتيار المحرك

• هامش عزم الدوران للاقتران المغناطيسي

التحقق من توافق المواد المبللة

قم بتقديم ورقة البيانات الفنية الكاملة لسائل التبريد إلى الشركة المصنعة للمضخة.

يجب أن يشمل التقييم ما يلي:

• التركيب الكيميائي

• تركيز الجليكول

• إضافات

• الموصلية الكهربائية

• مداهنة

• اللزوجة

• درجة الحرارة القصوى

• درجة الحرارة الدنيا

• الفاصل الزمني المتوقع للاستبدال

قد تكون اختبارات الغمر أو الدوران طويلة المدى ضرورية عندما يحتوي المبرد على إضافات خاصة.

حدد الجهد الصحيح للمحرك

قد تشتمل الفولتية الشائعة للتحكم في معدات الشحن على 12 فولت تيار مستمر، أو 24 فولت تيار مستمر، أو 48 فولت تيار مستمر، أو مصادر طاقة مخصصة.

يجب أن يتطابق محرك المضخة المحدد مع البنية الكهربائية للشاحن ويوفر الحماية المناسبة ضد:

• التيار الزائد

• الجهد الزائد

• عكس القطبية

• الدوار مغلق

• درجة حرارة المحرك المفرطة

• فشل الاتصالات

تقييم متطلبات المراقبة

لا ينبغي لنظام التبريد السائل الحديث أن يعتمد فقط على أوامر تشغيل المضخة.

قد تقوم وحدة التحكم أيضًا بمراقبة:

• تدفق المبرد

• درجة حرارة المدخل والمخرج

• ضغط الدائرة

• مستوى السائل في الخزان

• تيار محرك المضخة

• سرعة المضخة

• تسرب سائل التبريد

• انسداد الفلتر

تساعد مراقبة هذه القيم الشاحن على تقليل الإخراج أو إيقاف الشحن بأمان عندما يكون أداء التبريد غير كافٍ.

المعلومات الأساسية التي يجب توفيرها لموردي المضخات

قبل طلب عرض الأسعار، يجب على الشركات المصنعة لمحطات الشحن تقديم المعلومات التالية:

يتيح توفير بيانات التشغيل الكاملة للشركة المصنعة للمضخة التوصية بنموذج يعتمد على ظروف التشغيل الفعلية بدلاً من التدفق الاسمي وحده.

الأخطاء الشائعة في اختيار المضخة

الاختيار حسب الحد الأقصى للتدفق فقط

عادة ما يتم قياس التدفق الأقصى في ظل ظروف المقاومة المنخفضة. يمكن أن يكون التدفق الفعلي داخل دائرة تبريد كابل الشحن مختلفًا إلى حد كبير.

تجاهل لزوجة البداية الباردة

قد يصبح سائل التبريد أكثر لزوجة عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يزيد من عزم دوران المضخة ومتطلبات الطاقة.

استخدام مواد مانعة للتسرب غير متوافقة

قد تنتفخ الحلقة الدائرية أو مادة الحشية غير المناسبة أو تتصلب أو تتشقق أو تفقد أداء الختم بعد التعرض لسائل التبريد على المدى الطويل.

تجاهل الهواء في دائرة التبريد

قد يقلل الهواء المحبوس من انتقال الحرارة، أو يزيد من الضوضاء، أو يقطع التدفق، أو يتسبب في تشغيل المضخة بشكل غير مستقر. يجب أن يشتمل النظام على ترتيبات مناسبة للتعبئة والتهوية والخزان.

التشغيل خارج منحنى المضخة

قد يؤدي التشغيل المستمر تحت ضغط زائد أو سرعة غير مناسبة إلى زيادة التآكل ودرجة حرارة المحرك والتسرب الداخلي.

اختبار المضخة بشكل منفصل عن النظام

قد تعمل المضخة بشكل جيد على طاولة المختبر ولكنها تتصرف بشكل مختلف عند توصيلها بالكابل الفعلي ولوحة التبريد والمبادل الحراري والمرشح وشبكة الأنابيب.

ولذلك يجب أن يستخدم اختبار النموذج الأولي دائرة تبريد تمثل بشكل وثيق معدات الشحن النهائية.

مضخة التروس المغناطيسية المصغرة مقابل مضخة الطرد المركزي

يمكن استخدام كلا النوعين من المضخات في أنظمة التبريد السائلة، لكن لهما خصائص مختلفة.

يجب أن يعتمد الاختيار النهائي على خصائص سائل التبريد، والتدفق المطلوب، وانخفاض الضغط، والضوضاء، وحجم العبوة، وعمر الخدمة، والتكلفة، ومتطلبات الصيانة.

الأسئلة المتداولة

هل يمكن لمضخة التروس المغناطيسية المصغرة التعامل مع مبرد جلايكول الماء؟

يمكن تصميمه لمخاليط الماء والجليكول، ولكن يجب على مورد المضخة التحقق من توافق التروس والمحامل والإسكان واحتواء المغناطيس ومواد الختم مع تركيز الجليكول الدقيق والمواد المضافة.

هل يمكن استخدام المضخة لمبرد عازل؟

من المحتمل، نعم. ومع ذلك، يمكن أن يكون للسوائل العازلة خصائص مختلفة من حيث اللزوجة والتشحيم والتورم ودرجة الحرارة. مطلوب اختبار التطبيق قبل الإنتاج الضخم.

هل مضخة التروس المغناطيسية خالية تمامًا من التسرب؟

يقوم المحرك المغناطيسي بإزالة ختم العمود الدوار التقليدي، مما يقلل من مسار تسرب مهم. ومع ذلك، يجب أن يتم تصميم واختبار الأختام الثابتة ومفاصل الإسكان والمنافذ والأنابيب والتجهيزات بشكل صحيح.

ما هو معدل التدفق المطلوب لكابل الشحن المبرد بالسائل؟

لا يوجد معدل تدفق عالمي. يعتمد ذلك على تيار الشحن، وتصميم الكابل، وأبعاد قناة التبريد، ونوع سائل التبريد، وطول الكابل، وارتفاع درجة الحرارة المسموح بها، وانخفاض ضغط النظام.

هل يمكن ضبط سرعة المضخة وفقًا لقوة الشحن؟

نعم، عندما تكون المضخة مجهزة بمحرك DC بدون فرش متوافق ووحدة تحكم في السرعة. يمكن للشاحن زيادة أو تقليل سرعة المضخة وفقًا لدرجة الحرارة أو تيار الشحن أو طلب التبريد.

ما هي المعلومات المطلوبة لتخصيص المضخة؟

تتطلب الشركة المصنعة للمضخة عادةً بيانات سائل التبريد، والتدفق، والضغط، واللزوجة، ودرجة حرارة التشغيل، وجهد المحرك، وطريقة التحكم، ومساحة التثبيت، ونوع المنفذ، والعمر المتوقع، ومتطلبات الشهادة، والطلب السنوي.

مضخة تبريد مدمجة للجيل القادم من شحن السيارات الكهربائية

مع تحرك أنظمة شحن السيارات الكهربائية نحو تيار أعلى وطاقة أعلى، تزداد أهمية دوران السائل المستقر. ويجري بالفعل تطوير الكابلات والموصلات المبردة بالسائل لمئات الأمبيرات، وفي بعض الأنظمة، شحن من فئة ميجاوات.

يمكن المختارة بشكل صحيح لمضخة التروس المغناطيسية المصغرة أن توفر دورانًا مدمجًا لسائل التبريد لشحن الكابلات والموصلات ووحدات الطاقة ووحدات توزيع التبريد المتكاملة.

يتطلب التكامل الناجح للمضخة أكثر من مجرد مطابقة معدل التدفق الاسمي. يجب على الشركات المصنعة لمعدات الشحن تقييم دائرة التبريد الكاملة، ولزوجة سائل التبريد، وفقدان الضغط، ونطاق درجة الحرارة، وتوافق المواد، واستراتيجية التحكم، ومتطلبات المراقبة، وعمر الخدمة المتوقع.

من خلال العمل مع ذوي الخبرة الشركة المصنعة لمضخة التبريد السائلة فائقة السرعة للشحن ، يمكن لمصنعي المعدات الأصلية لشاحن EV تطوير تكوين مضخة مخصص يلبي متطلبات أداء التبريد والتركيب والموثوقية والإنتاج الضخم.