So wählen Sie eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe für die ultraschnelle Flüssigkeitskühlung aus

Da die Ladeleistung von Elektrofahrzeugen immer weiter zunimmt, ist das Wärmemanagement zu einem der wichtigsten Designüberlegungen für Gleichstrom-Schnellladestationen geworden. Hohe Ladeströme erzeugen erhebliche Hitze in Ladekabeln, Steckverbindern, Leistungsmodulen, Kondensatoren, Induktivitäten und Steuerkomponenten.

Ein Die ultraschnell ladende Flüssigkeitskühlpumpe zirkuliert Kühlmittel durch das Ladesystem, leitet Wärme von kritischen Komponenten ab und trägt dazu bei, eine stabile Betriebstemperatur während des kontinuierlichen Hochleistungsladens aufrechtzuerhalten.

Für Hersteller von Ladestationen und Integratoren von Wärmemanagementsystemen wird die Miniatur-Magnetzahnradpumpe aufgrund ihrer kompakten Struktur, der vorhersehbaren Flüssigkeitsförderung, des magnetischen Antriebsdesigns und der Eignung für geschlossene Flüssigkeitskühlkreisläufe zu einer wichtigen Pumpenoption.

Warum benötigen Ultraschnellladestationen eine Flüssigkeitskühlung?

High Power Charging, allgemein als HPC bezeichnet, wird in ultraschnellen DC-Ladestationen eingesetzt, die mit hohen Stromstärken arbeiten. Phoenix Contact bezeichnet HPC als Hochleistungs-DC-Ladeklasse mit Ladeströmen über 375 A. Seine neuesten flüssigkeitsgekühlten Ladekabelsysteme sind für Ladeleistungen von bis zu 1.000 kW in bestimmten Betriebsmodi ausgelegt.

Wenn der Ladestrom zunimmt, erzeugt der elektrische Widerstand mehr Wärme im Leiter, in den Anschlusskontakten und in den umgebenden elektronischen Komponenten. Ohne ausreichende Kühlung kann eine zu hohe Temperatur zu Folgendem führen:

• Reduzierte Ladeleistung

• Automatische Stromreduzierung

• Vorzeitige Alterung der Komponenten

• Beschädigte Kabelisolierung

• Unangenehme Steckertemperaturen

• Erhöhte Ausfallzeit des Ladegeräts

• Potenzielle Risiken für die Sicherheit von Kühlmittel oder Elektrizität

Bei der Flüssigkeitskühlung wird Wärme abgeführt, indem das Kühlmittel durch Rohre, Kühlplatten, Wärmetauscher, Ladekabel oder Anschlussbaugruppen zirkuliert. Eine gleichmäßige Kühlmittelzirkulation ist unerlässlich, da eine unzureichende oder instabile Strömung die Wärmeübertragungsleistung beeinträchtigen kann.

Was ist eine ultraschnell ladende Flüssigkeitskühlpumpe?

Eine ultraschnell ladende Flüssigkeitskühlpumpe ist eine Kühlmittelumwälzpumpe, die in einer Ladestation für Elektrofahrzeuge, einer Flüssigkeitskühleinheit, einem Ladespender oder einem Kabelkühlmodul installiert ist.

Seine Hauptfunktion besteht darin, Kühlflüssigkeit zwischen wärmeerzeugenden Komponenten und einem Wärmetauscher oder Kühler zu zirkulieren.

Abhängig vom Systemdesign kann die Pumpe kühlen:

• Flüssigkeitsgekühlte Ladekabel für Elektrofahrzeuge

• CCS- oder NACS-Ladeanschlüsse

• Megawatt-Ladeanschlüsse

• DC-Ladeleistungsmodule

• Gleichrichter- und Wechselrichterkomponenten

• IGBT- oder SiC-Leistungselektronik

• Sammelschienen und elektrische Kontakte

• Schaltschränke für Ladestationen

• Integrierte Flüssigkeitskühleinheiten

Ein vollständiger Kühlkreislauf kann Pumpe, Kühlmittelbehälter, Kühler, Lüfter, Filter, Temperatursensor, Drucksensor, Durchflusssensor, Expansionskammer und elektronische Steuerung umfassen.

Was ist eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe?

Eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe ist eine kompakte Verdrängerpumpe, die mithilfe rotierender Zahnräder Kühlmittel durch den Kühlkreislauf bewegt.

Anstelle einer herkömmlichen Wellendichtung zwischen Motor und Pumpenraum nutzt die Pumpe eine Magnetkupplung zur Drehmomentübertragung. Der motorseitige Magnet treibt einen internen Magneten an, der mit den Pumpenrädern verbunden ist.

Diese Konstruktion trennt den Motor von der gepumpten Flüssigkeit und kann die mit dynamischen Wellendichtungen verbundenen Leckagepfade reduzieren.

Magnetisch angetriebene Zahnradpumpen werden bereits in Kühlanwendungen für Lader von Elektrofahrzeugen eingesetzt, da sie eine kontrollierte Flüssigkeitszufuhr in einem kompakten Paket ermöglichen. Einige kommerzielle Zahnradpumpen mit Magnetantrieb sind speziell für Hochtemperaturflüssigkeiten konzipiert und verwenden eine dichtungslose Magnetübertragungsstruktur.

Warum eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe in einem Ladegerät für Elektrofahrzeuge verwenden?

1. Reduziertes Risiko einer Undichtigkeit der Wellendichtung

Kühlmittellecks stellen in Ladegeräten ein ernstes Problem dar, da die Flüssigkeit die Leistungselektronik, Steuerplatinen, Isoliersysteme und elektrischen Verbindungen beschädigen kann.

Eine Magnetantriebspumpe verhindert, dass die rotierende Welle zwischen der Nasspumpenkammer und dem externen Motor eindringt. Dies verringert die Abhängigkeit von einer herkömmlichen dynamischen Wellendichtung.

Die komplette Pumpe erfordert jedoch immer noch ordnungsgemäß ausgelegte statische Dichtungen, Gehäuseverbindungen, Rohrverbindungen und Armaturen. Daher sollte die Pumpe als Teil des gesamten Kühlkreislaufs bewertet werden und nicht als einzige Komponente zur Leckagekontrolle.

2. Kompakte Installation

Ultraschnellladegeräte umfassen Leistungsmodule, elektrische Verteilungskomponenten, Überwachungsgeräte, Kommunikationssysteme, Kühlgeräte und Kabelmanagementstrukturen.

Der verfügbare Einbauraum ist oft begrenzt.

A Miniatur-Magnetzahnradpumpe integrierbar in:

• Kompakte Kühlverteilereinheiten

• Ladekabel-Kühlmodule

• Wandmontierte Gleichstromladegeräte

• Eigenständige Ladespender

• Modulare Ladeschränke

• Mobile Ladeausrüstung

• Flüssigkeitskühlungs-Testsysteme

Sein kompaktes Design bietet Herstellern von Ladegeräten mehr Flexibilität bei der Anordnung von Behältern, Wärmetauschern, Sensoren, Rohrleitungen und Steuerungskomponenten.

3. Vorhersehbare Kühlmittelzufuhr

Zahnradpumpen fördern bei jeder Zahnradumdrehung ein definiertes Flüssigkeitsvolumen. Dadurch kann die Fördermenge über die Motordrehzahl innerhalb des zugelassenen Betriebsbereichs der Pumpe angepasst werden.

Eine vorhersehbare Kühlmittelzufuhr ist besonders nützlich, wenn das Ladesystem eine Zieldurchflussrate durch schmale Kühlrohre, lange Ladekabel, Anschlüsse, Filter oder kompakte Wärmetauscher aufrechterhalten muss.

Der tatsächliche Betriebsablauf wird beeinflusst durch:

• Pumpengeschwindigkeit

• Kühlmittelviskosität

• Kühlmitteltemperatur

• Differenzdruck

• Interne Leckage

• Rohrdurchmesser

• Kabellänge

• Filterwiderstand

• Druckabfall im Wärmetauscher

Aus diesem Grund sollte die Pumpenauswahl auf einer vollständigen Systemwiderstandskurve basieren und nicht nur auf dem Wert des freien Durchflusses.

4. Kompatibilität mit verschiedenen Kühlarchitekturen

Ultraschnelle Ladesysteme verwenden nicht alle das gleiche Kühlmittel.

In Ladegeräten und flüssigkeitsgekühlten Ladekabeln werden häufig Wasser-Glykol-Gemische verwendet. Beispielsweise schreibt Phoenix Contact für einige seiner gekühlten HPC-Ladekabelsysteme ein Wasser-Glykol-Gemisch vor. Andere Lade- oder Megawatt-Ladesysteme verwenden möglicherweise dielektrische Kühlflüssigkeiten, je nachdem, wie die Flüssigkeit mit dem Leiter und den elektrischen Komponenten in Kontakt kommt.

Eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe kann für verschiedene Kühlmittel entwickelt werden, die Materialverträglichkeit muss jedoch für jedes Projekt überprüft werden.

Wichtige Pumpenmaterialien sind:

• Pumpengehäuse

• Getriebematerial

• Schaftmaterial

• Lagermaterial

• O-Ringe

• Dichtungen

• Klebstoffe

• Magnetische Eindämmungskomponenten

Gehen Sie niemals davon aus, dass eine für Wasser geeignete Pumpe automatisch auch für Glykolmischungen, Silikonöl, dielektrisches Kühlmittel oder andere technische Kühlflüssigkeiten geeignet ist.

5. Kühlsteuerung mit variabler Geschwindigkeit

Die Ladewärmelast ändert sich während des Ladezyklus. Sie kann auch je nach Fahrzeugbedarf, Batterieladezustand, Umgebungstemperatur, Ladestrom und Anzahl der aktiven Ladeausgänge variieren.

Mithilfe einer Pumpe mit variabler Drehzahl kann der Kühlregler die Kühlmittelzirkulation an die aktuellen Betriebsbedingungen anpassen.

Zu den möglichen Kontrollmethoden gehören:

• PWM-Geschwindigkeitsregelung

• 0–10 V Drehzahleingang

• Analoge Spannungsregelung

• CAN-Kommunikation

• RS485-Kommunikation

• Kundenspezifische Motorsteuerungsprotokolle

Der Betrieb mit variabler Geschwindigkeit kann dazu beitragen, unnötigen Energieverbrauch und Lärm zu reduzieren, wenn das Ladegerät mit einer geringeren thermischen Belastung betrieben wird.

6. Geeignet für kontinuierliche Zirkulation

Öffentliche DC-Ladestationen können über längere Zeiträume in Betrieb sein und täglich mehrere Ladevorgänge durchführen. Die Kühlpumpe muss daher für häufige Starts, längere Betriebszeiten und wechselnde Umgebungsbedingungen ausgelegt sein.

Bei der Bewertung einer Kühlpumpe für ein Elektrofahrzeug-Ladegerät sollten Käufer Testinformationen zu Folgendem anfordern:

• Dauerbetrieb

• Start-Stopp-Zyklen

• Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen

• Kühlmittelalterung

• Druckwechsel

• Anstieg der Motortemperatur

• Lager- und Getriebeverschleiß

• Dichtheitsprüfung

• Langzeit-Ausdauertest

Wo wird die Magnetzahnradpumpe installiert?

Flüssigkeitsgekühlter Ladekabelkreislauf

Die Pumpe zirkuliert Kühlmittel durch das Ladekabel und den Stecker, bevor es zum Wärmetauscher zurückgeführt wird.

Diese Anwendung erfordert eine sorgfältige Kontrolle des Druckverlusts, da die Kühlkanäle im Kabel eng sein können und die Gesamtkabellänge mehrere Meter betragen kann.

Kühlung des Ladeanschlusses

Im Hochstrombetrieb kann sich im Bereich der Ladekontakte Wärme ansammeln. Ein spezieller Kühlkreislauf kann die Wärme vom Stecker- und Kabelanschlussbereich ableiten.

Die Pumpe muss einen ausreichenden Durchfluss liefern, ohne übermäßigen Druck zu erzeugen, der Schläuche, Dichtungen oder Verbindungskomponenten beschädigen könnte.

Kühlung des DC-Leistungsmoduls

Ladeleistungsmodule enthalten wärmeerzeugende Halbleiterbauteile und elektrische Geräte. Zur Übertragung der Wärme von den Modulen an einen gemeinsamen Kühlkreislauf können Flüssigkeitskühlplatten eingesetzt werden.

Bei dieser Anwendung muss die Pumpe möglicherweise mehrere parallele Kühlzweige verwalten.

Integrierte Kühlverteilungseinheit

Einige Hersteller von Ladestationen verwenden eine komplette Kühlverteilungseinheit, die Pumpe, Behälter, Kühler, Lüfter, Sensoren, Filter und Controller umfasst.

Als Hauptbestandteil der Kühlmittelzirkulation kann in dieses Gerät eine kompakte Magnetzahnradpumpe integriert werden.

So wählen Sie eine ultraschnell ladende Flüssigkeitskühlpumpe aus

Definieren Sie die erforderliche Durchflussrate

Der erforderliche Durchfluss sollte wie folgt berechnet werden:

• Maximale Wärmebelastung

• Kühlmittelwärmekapazität

• Zulässiger Anstieg der Kühlmitteltemperatur

• Anforderungen an die Kabel- und Steckerkühlung

• Anzahl der Kühlzweige

• Effizienz des Wärmetauschers

Wählen Sie nicht einfach die Pumpe mit der höchsten maximalen Förderleistung. Eine überdimensionierte Pumpe kann den Energieverbrauch, den Systemdruck, Vibrationen, Flüssigkeitsgeräusche und den durch die interne Rezirkulation verursachten Anstieg der Kühlmitteltemperatur erhöhen.

Berechnen Sie den Gesamtdruckabfall

Die Pumpe muss den Widerstand des gesamten Kühlkreislaufs überwinden, einschließlich:

• Ladekabel

• Stecker

• Kühlplatten

• Rohre und Schläuche

• Bögen und Formstücke

• Filter

• Ventile

• Wärmetauscher

• Durchflussmesser

• Schnellkupplungen

Bitten Sie den Pumpenlieferanten, eine Durchfluss-Druck-Kurve mit einer Kühlmittelviskosität bereitzustellen, die der tatsächlichen Anwendung nahe kommt.

Bestätigen Sie die Kühlmittelviskosität bei verschiedenen Temperaturen

Die Viskosität des Kühlmittels kann in kalten Umgebungen erheblich ansteigen. Eine Pumpe, die bei 25 °C ordnungsgemäß funktioniert, kann bei Minustemperaturen eine geringere Durchflussrate erzeugen oder ein höheres Motordrehmoment erfordern.

Der Auswahlprozess sollte Folgendes berücksichtigen:

• Minimale Starttemperatur

• Maximale kontinuierliche Kühlmitteltemperatur

• Kaltstartviskosität

• Normale Betriebsviskosität

• Maximal zulässiger Motorstrom

• Drehmomentreserve der Magnetkupplung

Überprüfen Sie die Kompatibilität der benetzten Materialien

Stellen Sie dem Pumpenhersteller das vollständige technische Datenblatt des Kühlmittels zur Verfügung.

Die Bewertung sollte Folgendes umfassen:

• Chemische Zusammensetzung

• Glykolkonzentration

• Zusatzstoffe

• Elektrische Leitfähigkeit

• Gleitfähigkeit

• Viskosität

• Maximale Temperatur

• Minimale Temperatur

• Erwartetes Austauschintervall

Wenn das Kühlmittel proprietäre Zusätze enthält, können Langzeit-Eintauch- oder Zirkulationstests erforderlich sein.

Wählen Sie die richtige Motorspannung

Zu den gängigen Steuerspannungen für Ladegeräte können 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC oder kundenspezifische Netzteile gehören.

Der ausgewählte Pumpenmotor sollte zur elektrischen Architektur des Ladegeräts passen und einen geeigneten Schutz bieten vor:

• Überstrom

• Überspannung

• Umgekehrte Polarität

• Blockierter Rotor

• Zu hohe Motortemperatur

• Kommunikationsfehler

Bewerten Sie die Überwachungsanforderungen

Ein modernes Flüssigkeitskühlsystem sollte sich nicht nur auf Pumpenbetriebsbefehle verlassen.

Der Controller kann außerdem Folgendes überwachen:

• Kühlmittelfluss

• Einlass- und Auslasstemperatur

• Kreislaufdruck

• Flüssigkeitsstand im Behälter

• Pumpenmotorstrom

• Pumpengeschwindigkeit

• Kühlmittelleck

• Filterverstopfung

Die Überwachung dieser Werte hilft dem Ladegerät, die Leistung zu reduzieren oder den Ladevorgang sicher zu stoppen, wenn die Kühlleistung nicht ausreicht.

Wichtige Informationen, die einem Pumpenlieferanten zur Verfügung gestellt werden müssen

Bevor Sie ein Angebot anfordern, sollten Ladestationshersteller die folgenden Informationen bereitstellen:

Durch die Bereitstellung vollständiger Betriebsdaten kann der Pumpenhersteller ein Modell empfehlen, das auf tatsächlichen Betriebsbedingungen und nicht nur auf dem Nenndurchfluss basiert.

Häufige Fehler bei der Pumpenauswahl

Auswahl nur nach maximalem Durchfluss

Der maximale Durchfluss wird normalerweise unter Bedingungen mit geringem Widerstand gemessen. Der tatsächliche Durchfluss innerhalb eines Kühlkreislaufs eines Ladekabels kann erheblich unterschiedlich sein.

Die Kaltstartviskosität wird ignoriert

Ein Kühlmittel kann bei niedrigen Temperaturen viel viskoser werden, was das Drehmoment und den Leistungsbedarf der Pumpe erhöht.

Verwendung unverträglicher Dichtungsmaterialien

Ein ungeeigneter O-Ring oder ein ungeeignetes Dichtungsmaterial kann aufquellen, aushärten, Risse bekommen oder die Dichtleistung verlieren, wenn es längere Zeit dem Kühlmittel ausgesetzt ist.

Luft im Kühlkreislauf ignorieren

Eingeschlossene Luft kann die Wärmeübertragung verringern, den Lärm erhöhen, den Durchfluss unterbrechen oder einen instabilen Pumpenbetrieb verursachen. Das System sollte über geeignete Füll-, Entlüftungs- und Behälteranordnungen verfügen.

Betrieb außerhalb der Pumpenkurve

Dauerbetrieb bei zu hohem Druck oder ungeeigneter Geschwindigkeit kann zu erhöhtem Verschleiß, erhöhter Motortemperatur und internen Leckagen führen.

Testen der Pumpe getrennt vom System

Eine Pumpe kann auf einem Labortisch gute Leistungen erbringen, verhält sich jedoch anders, wenn sie an das tatsächliche Kabel-, Kühlplatten-, Wärmetauscher-, Filter- und Rohrleitungsnetzwerk angeschlossen wird.

Bei Prototypentests sollte daher ein Kühlkreislauf verwendet werden, der der endgültigen Ladeausrüstung möglichst nahe kommt.

Miniatur-Magnetzahnradpumpe vs. Kreiselpumpe

Beide Pumpentypen können in Flüssigkeitskühlsystemen eingesetzt werden, weisen jedoch unterschiedliche Eigenschaften auf.

Die endgültige Wahl sollte auf Kühlmitteleigenschaften, erforderlichem Durchfluss, Druckabfall, Geräuschentwicklung, Packungsgröße, Lebensdauer, Kosten und Wartungsanforderungen basieren.

Häufig gestellte Fragen

Kann eine Miniatur-Magnetzahnradpumpe Wasser-Glykol-Kühlmittel verarbeiten?

Sie kann für Wasser-Glykol-Mischungen konzipiert werden, der Pumpenlieferant muss jedoch die Kompatibilität von Getriebe, Lager, Gehäuse, Magnetbehälter und Dichtungsmaterial mit der genauen Glykolkonzentration und den Zusatzstoffen überprüfen.

Kann die Pumpe für dielektrisches Kühlmittel verwendet werden?

Möglicherweise ja. Allerdings können dielektrische Flüssigkeiten unterschiedliche Viskositäts-, Schmierfähigkeits-, Quell- und Temperatureigenschaften aufweisen. Vor der Massenproduktion sind Anwendungstests erforderlich.

Ist eine Magnetzahnradpumpe völlig leckagefrei?

Der Magnetantrieb macht eine herkömmliche rotierende Wellendichtung überflüssig und reduziert so einen wichtigen Leckpfad. Statische Dichtungen, Gehäuseverbindungen, Anschlüsse, Schläuche und Anschlüsse müssen jedoch weiterhin korrekt konstruiert und getestet werden.

Welche Durchflussrate ist für ein flüssigkeitsgekühltes Ladekabel erforderlich?

Es gibt keine universelle Durchflussrate. Dies hängt vom Ladestrom, der Kabelkonstruktion, den Abmessungen des Kühlkanals, der Art des Kühlmittels, der Kabellänge, dem zulässigen Temperaturanstieg und dem Systemdruckabfall ab.

Kann die Pumpengeschwindigkeit je nach Ladeleistung angepasst werden?

Ja, wenn die Pumpe mit einem kompatiblen bürstenlosen Gleichstrommotor und Drehzahlregler ausgestattet ist. Das Ladegerät kann die Pumpengeschwindigkeit je nach Temperatur, Ladestrom oder Kühlbedarf erhöhen oder reduzieren.

Welche Informationen werden für die Pumpenanpassung benötigt?

Der Pumpenhersteller benötigt normalerweise Kühlmitteldaten, Durchfluss, Druck, Viskosität, Betriebstemperatur, Motorspannung, Steuerungsmethode, Installationsraum, Anschlusstyp, erwartete Lebensdauer, Zertifizierungsanforderungen und Jahresbedarf.

Eine kompakte Kühlpumpe für das Laden von Elektrofahrzeugen der nächsten Generation

Da sich Ladesysteme für Elektrofahrzeuge hin zu höherem Strom und höherer Leistung entwickeln, wird eine stabile Flüssigkeitszirkulation immer wichtiger. Flüssigkeitsgekühlte Kabel und Stecker werden bereits für Hunderte Ampere und in einigen Systemen für das Laden der Megawattklasse entwickelt.

Eine richtig ausgewählte Miniatur-Magnetzahnradpumpe kann eine kompakte Kühlmittelzirkulation für Ladekabel, Anschlüsse, Leistungsmodule und integrierte Kühlverteilungseinheiten ermöglichen.

Eine erfolgreiche Pumpenintegration erfordert mehr als nur die Anpassung einer Nenndurchflussrate. Hersteller von Ladegeräten sollten den gesamten Kühlkreislauf, die Kühlmittelviskosität, den Druckverlust, den Temperaturbereich, die Materialkompatibilität, die Steuerungsstrategie, die Überwachungsanforderungen und die erwartete Lebensdauer bewerten.

Durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Hersteller von ultraschnell aufladbaren Flüssigkeitskühlpumpen , OEMs von Elektrofahrzeug-Ladegeräten können eine maßgeschneiderte Pumpenkonfiguration entwickeln, die ihren Kühlleistungs-, Installations-, Zuverlässigkeits- und Massenproduktionsanforderungen entspricht.