Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-07-10 Origine : Site
Alors que la puissance de recharge des véhicules électriques continue d’augmenter, la gestion thermique est devenue l’une des considérations de conception les plus importantes pour les bornes de recharge rapide en courant continu. Les courants de charge élevés génèrent une chaleur importante dans les câbles de charge, les connecteurs, les modules d'alimentation, les condensateurs, les inductances et les composants de commande.
Un La pompe de refroidissement liquide à charge ultra rapide fait circuler le liquide de refroidissement à travers le système de charge, transfère la chaleur des composants critiques et aide à maintenir une température de fonctionnement stable pendant une charge continue à haute puissance.
Pour les fabricants de bornes de recharge et les intégrateurs de systèmes de gestion thermique, la pompe à engrenages magnétiques miniature devient une option de pompe importante en raison de sa structure compacte, de son débit de fluide prévisible, de sa conception d'entraînement magnétique et de son adéquation aux circuits de refroidissement liquide fermés.
La charge haute puissance, communément appelée HPC, est utilisée dans les stations de recharge CC ultra-rapides qui fonctionnent à des niveaux de courant élevés. Phoenix Contact décrit le HPC comme une classe de charge CC hautes performances utilisant des courants de charge supérieurs à 375 A. Ses derniers systèmes de câbles de charge refroidis par liquide sont conçus pour une puissance de charge atteignant jusqu'à 1 000 kW dans des modes de fonctionnement spécifiés.
À mesure que le courant de charge augmente, la résistance électrique produit davantage de chaleur dans le conducteur, les contacts du connecteur et les composants électroniques environnants. Sans refroidissement suffisant, une température excessive peut entraîner :
Puissance de charge réduite
Déclassement automatique du courant
Vieillissement prématuré des composants
Isolation du câble endommagée
Températures de connecteur inconfortables
Augmentation du temps d'arrêt du chargeur
Risques potentiels liés au liquide de refroidissement ou à la sécurité électrique
Le refroidissement liquide élimine la chaleur en faisant circuler le liquide de refroidissement à travers des tubes, des plaques de refroidissement, des échangeurs de chaleur, des câbles de charge ou des ensembles de connecteurs. Une circulation constante du liquide de refroidissement est essentielle car un débit inadéquat ou instable peut réduire les performances de transfert de chaleur.
Une pompe de refroidissement liquide à charge ultra-rapide est une pompe de circulation de liquide de refroidissement installée à l'intérieur d'une station de recharge EV, d'une unité de refroidissement liquide, d'un distributeur de charge ou d'un module de refroidissement de câble.
Sa fonction principale est de faire circuler le fluide de refroidissement entre les composants générateurs de chaleur et un échangeur de chaleur ou un radiateur.
Selon la conception du système, la pompe peut refroidir :
Câbles de recharge pour véhicules électriques refroidis par liquide
Connecteurs de charge CCS ou NACS
Connecteurs de charge mégawatts
Modules d'alimentation de charge CC
Composants redresseurs et onduleurs
Electronique de puissance IGBT ou SiC
Jeux de barres et contacts électriques
Armoires de commande des bornes de recharge
Unités de refroidissement liquide intégrées
Un circuit de refroidissement complet peut comprendre la pompe, le réservoir de liquide de refroidissement, le radiateur, le ventilateur, le filtre, le capteur de température, le capteur de pression, le capteur de débit, la chambre d'expansion et le contrôleur électronique.
Une pompe à engrenages magnétiques miniature est une pompe volumétrique compacte qui utilise des engrenages rotatifs pour déplacer le liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement.
Au lieu d'utiliser un joint d'arbre conventionnel entre le moteur et la chambre de la pompe, la pompe utilise un accouplement magnétique pour transmettre le couple. L'aimant côté moteur entraîne un aimant interne connecté aux engrenages de la pompe.
Cette conception sépare le moteur du liquide pompé et peut réduire les chemins de fuite associés aux joints d'arbre dynamiques.
Les pompes à engrenages à entraînement magnétique sont déjà utilisées dans les applications de refroidissement des chargeurs de véhicules électriques, car elles peuvent fournir un débit de fluide contrôlé dans un boîtier compact. Certaines pompes à engrenages à entraînement magnétique commerciales sont spécialement conçues pour les fluides à haute température et utilisent une structure de transmission magnétique sans joint.
Les fuites de liquide de refroidissement constituent une préoccupation majeure à l'intérieur de l'équipement de charge, car le liquide peut endommager l'électronique de puissance, les tableaux de commande, les systèmes d'isolation et les connexions électriques.
Une pompe à entraînement magnétique élimine la pénétration de l'arbre rotatif entre la chambre de la pompe humide et le moteur externe. Cela réduit la dépendance à l’égard d’une garniture mécanique dynamique conventionnelle.
Cependant, la pompe complète nécessite toujours des joints statiques, des joints de boîtier, des raccords de tubes et des raccords correctement conçus. Par conséquent, la pompe doit être évaluée comme faisant partie de l’ensemble du circuit de refroidissement plutôt que comme le seul composant de contrôle des fuites.
L'équipement de charge ultra-rapide contient des modules d'alimentation, des composants de distribution électrique, des dispositifs de surveillance, des systèmes de communication, des équipements de refroidissement et des structures de gestion des câbles.
L'espace d'installation disponible est souvent limité.
UN La pompe à engrenages magnétique miniature peut être intégrée dans :
Unités de distribution de froid compactes
Modules de refroidissement du câble de charge
Chargeurs DC muraux
Distributeurs de recharge autonomes
Armoires de recharge modulaires
Équipement de recharge mobile
Systèmes de test de refroidissement liquide
Sa conception compacte offre aux fabricants d'équipements de charge plus de flexibilité lors de l'agencement des réservoirs, des échangeurs de chaleur, des capteurs, de la tuyauterie et des composants de contrôle.
Les pompes à engrenages transfèrent un volume défini de liquide lors de chaque rotation d'engrenage. Cela permet d'ajuster le débit via la vitesse du moteur dans la plage de fonctionnement approuvée de la pompe.
La distribution prévisible du liquide de refroidissement est particulièrement utile lorsque le système de charge doit maintenir un débit cible à travers des tubes de refroidissement étroits, de longs câbles de charge, des connecteurs, des filtres ou des échangeurs de chaleur compacts.
Le flux opérationnel réel est affecté par :
Vitesse de la pompe
Viscosité du liquide de refroidissement
Température du liquide de refroidissement
Pression différentielle
Fuite interne
Diamètre du tuyau
Longueur du câble
Résistance du filtre
Chute de pression de l'échangeur de chaleur
Pour cette raison, la sélection de la pompe doit être basée sur une courbe de résistance complète du système plutôt que sur une seule valeur de débit libre.
Les systèmes de recharge ultra-rapide n’utilisent pas tous le même liquide de refroidissement.
Les mélanges eau-glycol sont couramment utilisés dans les équipements de charge et les câbles de charge refroidis par liquide. Par exemple, Phoenix Contact spécifie un mélange eau-glycol pour certains de ses systèmes de câbles de charge HPC refroidis. D'autres systèmes de charge ou de charge mégawatts peuvent utiliser des fluides de refroidissement diélectriques, en fonction de la manière dont le liquide entre en contact avec le conducteur et les composants électriques.
Une pompe à engrenages magnétiques miniature peut être développée pour différents liquides de refroidissement, mais la compatibilité des matériaux doit être vérifiée pour chaque projet.
Les matériaux importants de la pompe comprennent :
Corps de pompe
Matériau des engrenages
Matériau de l'arbre
Matériau du roulement
Joints toriques
Joints
Adhésifs
Composants de confinement magnétique
Ne présumez jamais qu’une pompe adaptée à l’eau est automatiquement adaptée aux mélanges de glycol, à l’huile de silicone, au liquide de refroidissement diélectrique ou à d’autres fluides de refroidissement techniques.
La charge thermique de charge change pendant le cycle de charge. Il peut également varier en fonction de la demande du véhicule, de l'état de charge de la batterie, de la température ambiante, du courant de charge et du nombre de sorties de charge actives.
Une pompe à vitesse variable permet au contrôleur de refroidissement d'ajuster la circulation du liquide de refroidissement en fonction des conditions de fonctionnement en temps réel.
Les méthodes de contrôle possibles comprennent :
Contrôle de vitesse PWM
Entrée de vitesse 0-10 V
Contrôle de tension analogique
Communication CAN
Communication RS485
Protocoles de contrôle moteur personnalisés
Le fonctionnement à vitesse variable peut contribuer à réduire la consommation d’énergie inutile et le bruit lorsque le chargeur fonctionne avec une charge thermique inférieure.
Les bornes de recharge publiques à courant continu peuvent fonctionner pendant de longues périodes et effectuer plusieurs sessions de recharge chaque jour. La pompe de refroidissement doit donc être conçue pour des démarrages fréquents, un fonctionnement prolongé et des conditions environnementales changeantes.
Lors de l'évaluation d'une pompe de refroidissement de chargeur EV , les acheteurs doivent demander des informations de test concernant :
Fonctionnement continu
Cycles marche-arrêt
Performances à haute et basse température
Vieillissement du liquide de refroidissement
Cyclage de pression
Augmentation de la température du moteur
Usure des roulements et des engrenages
Test de fuite
Essais d'endurance de longue durée
La pompe fait circuler le liquide de refroidissement à travers le câble de charge et le connecteur avant de le renvoyer à l'échangeur de chaleur.
Cette application nécessite un contrôle minutieux de la perte de pression car les canaux de refroidissement à l'intérieur du câble peuvent être étroits et la longueur totale du câble peut atteindre plusieurs mètres.
La chaleur peut s'accumuler autour des contacts de charge lors d'un fonctionnement à courant élevé. Un circuit de refroidissement dédié peut évacuer la chaleur de la zone du connecteur et des bornes de câble.
La pompe doit fournir un débit suffisant sans produire de pression excessive qui pourrait endommager les tubes, les joints ou les composants du connecteur.
Les modules de puissance de charge contiennent des composants semi-conducteurs et des appareils électriques générateurs de chaleur. Des plaques de refroidissement liquide peuvent être utilisées pour transférer la chaleur des modules vers un circuit de refroidissement partagé.
Dans cette application, la pompe peut devoir gérer plusieurs branches de refroidissement parallèles.
Certains fabricants de bornes de recharge utilisent une unité de distribution de refroidissement complète contenant la pompe, le réservoir, le radiateur, le ventilateur, les capteurs, le filtre et le contrôleur.
Une pompe à engrenages magnétiques compacte peut être intégrée dans cette unité en tant que composant principal de circulation du liquide de refroidissement.
Le débit requis doit être calculé en fonction de :
Charge thermique maximale
Capacité thermique du liquide de refroidissement
Augmentation autorisée de la température du liquide de refroidissement
Exigences de refroidissement des câbles et des connecteurs
Nombre de branches de refroidissement
Efficacité de l'échangeur de chaleur
Ne choisissez pas simplement la pompe ayant le débit maximum le plus élevé. Une pompe surdimensionnée peut augmenter la consommation d'énergie, la pression du système, les vibrations, le bruit du fluide et l'augmentation de la température du liquide de refroidissement causée par la recirculation interne.
La pompe doit surmonter les résistances de l’ensemble du circuit de refroidissement, notamment :
Câble de chargement
Connecteur
Plaques de refroidissement
Tubes et tuyaux
Coudes et raccords
Filtres
Vannes
Échangeur de chaleur
Débitmètre
Raccords rapides
Demandez au fournisseur de la pompe de fournir une courbe débit-pression utilisant une viscosité du liquide de refroidissement proche de l'application réelle.
La viscosité du liquide de refroidissement peut augmenter considérablement dans les environnements froids. Une pompe qui fonctionne correctement à 25 °C peut produire un débit plus faible ou nécessiter un couple moteur plus élevé à des températures inférieures à zéro.
Le processus de sélection doit prendre en compte :
Température minimale de démarrage
Température maximale continue du liquide de refroidissement
Viscosité au démarrage à froid
Viscosité de fonctionnement normale
Courant moteur maximum admissible
Marge de couple de couplage magnétique
Fournir la fiche technique complète du liquide de refroidissement au fabricant de la pompe.
L'évaluation doit inclure :
Composition chimique
Concentration de glycol
Additifs
Conductivité électrique
Lubricité
Viscosité
Température maximale
Température minimale
Intervalle de remplacement prévu
Des tests d'immersion ou de circulation à long terme peuvent être nécessaires lorsque le liquide de refroidissement contient des additifs exclusifs.
Les tensions de commande courantes des équipements de charge peuvent inclure 12 VCC, 24 VCC, 48 VCC ou des alimentations personnalisées.
Le moteur de pompe sélectionné doit correspondre à l'architecture électrique du chargeur et offrir une protection adaptée contre :
Surintensité
Surtension
Polarité inversée
Rotor bloqué
Température moteur excessive
Échec de communication
Un système de refroidissement liquide moderne ne doit pas reposer uniquement sur les commandes de fonctionnement de la pompe.
Le contrôleur peut également surveiller :
Flux de liquide de refroidissement
Température d'entrée et de sortie
Pression du circuit
Niveau de liquide du réservoir
Courant du moteur de la pompe
Vitesse de la pompe
Fuite de liquide de refroidissement
Blocage du filtre
La surveillance de ces valeurs aide le chargeur à réduire la puissance ou à arrêter la charge en toute sécurité lorsque les performances de refroidissement sont insuffisantes.
Avant de demander un devis, les fabricants de bornes de recharge doivent fournir les informations suivantes :
Élément de sélection |
Informations sur le projet requises |
|---|---|
Application |
Câble de charge, connecteur, module d'alimentation ou unité de refroidissement complète |
Liquide de refroidissement |
Eau-glycol, liquide diélectrique, huile de silicone ou autre liquide de refroidissement |
Débit requis |
Débit nominal et maximum |
Pression du système |
Pression différentielle normale et maximale |
Température |
Température minimale de démarrage et température maximale de fonctionnement |
Viscosité |
Viscosité sur toute la plage de températures de fonctionnement |
Tension du moteur |
12 VDC, 24 VDC, 48 VDC ou personnalisé |
Méthode de contrôle |
Vitesse fixe, PWM, analogique, CAN ou RS485 |
Installation |
Montage horizontal, vertical ou sur mesure |
Connexion portuaire |
Filetage, raccord cannelé, bride ou raccord personnalisé |
Durée de vie |
Cibler les heures de fonctionnement et les cycles marche-arrêt |
Attestation |
Exigences de conformité spécifiques à l'application |
Quantité annuelle |
Prototype, projet pilote et demande de production en série |
La fourniture de données de fonctionnement complètes permet au fabricant de pompes de recommander un modèle basé sur les conditions de service réelles plutôt que sur le seul débit nominal.
Le débit maximum est généralement mesuré dans des conditions de faible résistance. Le débit réel à l’intérieur d’un circuit de refroidissement d’un câble de charge peut être sensiblement différent.
Un liquide de refroidissement peut devenir beaucoup plus visqueux à basse température, augmentant ainsi le couple de la pompe et les besoins en puissance.
Un matériau de joint torique ou de joint inapproprié peut gonfler, durcir, se fissurer ou perdre ses performances d'étanchéité après une exposition prolongée au liquide de refroidissement.
L'air emprisonné peut réduire le transfert de chaleur, augmenter le bruit, interrompre le débit ou provoquer un fonctionnement instable de la pompe. Le système doit comprendre des dispositions appropriées de remplissage, de ventilation et de réservoir.
Un fonctionnement continu à une pression excessive ou à une vitesse inappropriée peut augmenter l'usure, la température du moteur et les fuites internes.
Une pompe peut fonctionner correctement sur un banc de laboratoire, mais se comporter différemment lorsqu'elle est connectée au réseau de câbles, de plaques de refroidissement, d'échangeur de chaleur, de filtre et de tuyauterie.
Les tests de prototypes doivent donc utiliser un circuit de refroidissement qui représente fidèlement l’équipement de charge final.
Les deux types de pompes peuvent être utilisés dans les systèmes de refroidissement liquide, mais ils présentent des caractéristiques différentes.
Comparaison |
Pompe à engrenages magnétique |
Pompe centrifuge |
|---|---|---|
Caractéristique de débit |
Déplacement prévisible par révolution |
Le débit change plus fortement avec la résistance du système |
Capacité de pression |
Convient aux circuits avec une résistance modérée ou supérieure |
Souvent préféré pour les circuits à haut débit et basse pression |
Taille |
Compact pour les applications à débit faible à moyen |
Disponible sur une large gamme de débits |
Amorçage |
Dépend de la conception et de l'installation de la pompe |
Nécessite souvent une entrée inondée |
Propreté des fluides |
Un liquide de refroidissement propre est normalement recommandé |
Peut tolérer différentes conditions de particules selon la conception |
Contrôle de vitesse |
Convient pour le réglage du débit contrôlé |
Couramment utilisé avec le contrôle de vitesse variable |
Meilleure application |
Circuits de refroidissement compacts et contrôlés |
Systèmes de circulation plus grands avec une demande de débit élevée |
Le choix final doit être basé sur les propriétés du liquide de refroidissement, le débit requis, la chute de pression, le bruit, la taille du boîtier, la durée de vie, le coût et les exigences de maintenance.
Elle peut être conçue pour des mélanges eau-glycol, mais le fournisseur de la pompe doit vérifier la compatibilité des engrenages, des roulements, du boîtier, du confinement de l'aimant et des matériaux d'étanchéité avec la concentration exacte de glycol et les additifs.
Potentiellement, oui. Cependant, les fluides diélectriques peuvent avoir des caractéristiques de viscosité, de pouvoir lubrifiant, de gonflement et de température différentes. Des tests d’application sont requis avant la production en série.
L'entraînement magnétique supprime un joint d'arbre rotatif classique, réduisant ainsi un chemin de fuite important. Cependant, les joints statiques, les joints de boîtier, les ports, les tubes et les raccords doivent toujours être correctement conçus et testés.
Il n’existe pas de débit universel. Cela dépend du courant de charge, de la conception du câble, des dimensions du canal de refroidissement, du type de liquide de refroidissement, de la longueur du câble, de l'augmentation de température autorisée et de la chute de pression du système.
Oui, lorsque la pompe est équipée d’un moteur à courant continu sans balais et d’un contrôleur de vitesse compatibles. Le chargeur peut augmenter ou réduire la vitesse de la pompe en fonction de la température, du courant de charge ou de la demande de refroidissement.
Le fabricant de la pompe exige normalement des données sur le liquide de refroidissement, le débit, la pression, la viscosité, la température de fonctionnement, la tension du moteur, la méthode de contrôle, l'espace d'installation, le type de port, la durée de vie prévue, les exigences de certification et la demande annuelle.
À mesure que les systèmes de recharge des véhicules électriques évoluent vers un courant et une puissance plus élevés, une circulation stable du liquide devient de plus en plus importante. Des câbles et connecteurs refroidis par liquide sont déjà développés pour des centaines d'ampères et, dans certains systèmes, pour une charge de classe mégawatt.
Une pompe à engrenages magnétiques miniature correctement sélectionnée peut assurer une circulation compacte du liquide de refroidissement pour les câbles de charge, les connecteurs, les modules d'alimentation et les unités de distribution de refroidissement intégrées.
L’intégration réussie d’une pompe nécessite bien plus que l’adaptation d’un débit nominal. Les fabricants d'équipements de charge doivent évaluer l'ensemble du circuit de refroidissement, la viscosité du liquide de refroidissement, la perte de charge, la plage de température, la compatibilité des matériaux, la stratégie de contrôle, les exigences de surveillance et la durée de vie attendue.
En travaillant avec un expérimenté Fabricant de pompes de refroidissement liquide à charge ultra-rapide , les OEM de chargeurs EV peuvent développer une configuration de pompe personnalisée qui répond à leurs exigences en matière de performances de refroidissement, d'installation, de fiabilité et de production de masse.
