Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-07-10 Origine: Sito
Poiché la potenza di ricarica dei veicoli elettrici continua ad aumentare, la gestione termica è diventata una delle considerazioni di progettazione più importanti per le stazioni di ricarica rapida CC. Correnti di carica elevate generano un calore significativo nei cavi di carica, nei connettori, nei moduli di potenza, nei condensatori, negli induttori e nei componenti di controllo.
UN La pompa di raffreddamento a liquido a ricarica ultraveloce fa circolare il liquido refrigerante attraverso il sistema di ricarica, trasferisce il calore lontano dai componenti critici e aiuta a mantenere una temperatura operativa stabile durante la ricarica continua ad alta potenza.
Per i produttori di stazioni di ricarica e gli integratori di sistemi di gestione termica, la pompa a ingranaggi magnetici miniaturizzata sta diventando un'opzione importante grazie alla sua struttura compatta, all'erogazione prevedibile del fluido, al design a trasmissione magnetica e all'idoneità per i circuiti chiusi di raffreddamento a liquido.
La ricarica ad alta potenza, comunemente denominata HPC, viene utilizzata nelle stazioni di ricarica CC ultraveloci che funzionano a livelli di corrente elevati. Phoenix Contact descrive l'HPC come una classe di ricarica CC ad alte prestazioni che utilizza correnti di carica superiori a 375 A. I suoi ultimi sistemi di cavi di ricarica raffreddati a liquido sono progettati per una potenza di ricarica che raggiunge fino a 1.000 kW in modalità operative specificate.
All'aumentare della corrente di carica, la resistenza elettrica produce più calore nel conduttore, nei contatti del connettore e nei componenti elettronici circostanti. Senza un raffreddamento sufficiente, una temperatura eccessiva può portare a:
Potenza di carica ridotta
Declassamento automatico della corrente
Invecchiamento prematuro dei componenti
Isolamento del cavo danneggiato
Temperature del connettore scomode
Aumento dei tempi di inattività del caricabatterie
Potenziali rischi per la sicurezza elettrica o del refrigerante
Il raffreddamento a liquido rimuove il calore facendo circolare il liquido refrigerante attraverso tubi, piastre di raffreddamento, scambiatori di calore, cavi di ricarica o gruppi di connettori. Una circolazione costante del refrigerante è essenziale poiché un flusso inadeguato o instabile può ridurre le prestazioni di trasferimento del calore.
Una pompa di raffreddamento a liquido a carica ultrarapida è una pompa di circolazione del liquido di raffreddamento installata all'interno di una stazione di ricarica per veicoli elettrici, un'unità di raffreddamento a liquido, un distributore di carica o un modulo di raffreddamento dei cavi.
La sua funzione principale è quella di far circolare il fluido di raffreddamento tra i componenti che generano calore e uno scambiatore di calore o un radiatore.
A seconda del design del sistema, la pompa può raffreddare:
Cavi di ricarica per veicoli elettrici raffreddati a liquido
Connettori di ricarica CCS o NACS
Connettori di ricarica da megawatt
Moduli di alimentazione con ricarica CC
Componenti raddrizzatore e inverter
Elettronica di potenza IGBT o SiC
Barre e contatti elettrici
Armadi di controllo della stazione di ricarica
Unità di raffreddamento a liquido integrate
Un circuito di raffreddamento completo può includere pompa, serbatoio del liquido refrigerante, radiatore, ventola, filtro, sensore di temperatura, sensore di pressione, sensore di flusso, camera di espansione e controller elettronico.
Una pompa a ingranaggi magnetici in miniatura è una pompa volumetrica compatta che utilizza ingranaggi rotanti per spostare il liquido refrigerante attraverso il circuito di raffreddamento.
Invece di utilizzare una tradizionale tenuta meccanica tra il motore e la camera della pompa, la pompa utilizza un accoppiamento magnetico per trasmettere la coppia. Il magnete sul lato motore aziona un magnete interno collegato agli ingranaggi della pompa.
Questo design separa il motore dal liquido pompato e può ridurre i percorsi di perdita associati alle tenute dinamiche dell'albero.
Le pompe a ingranaggi azionate magneticamente sono già utilizzate nelle applicazioni di raffreddamento dei caricabatterie dei veicoli elettrici perché possono fornire un'erogazione controllata del fluido in un pacchetto compatto. Alcune pompe a ingranaggi a trasmissione magnetica commerciali sono progettate specificamente per fluidi ad alta temperatura e utilizzano una struttura di trasmissione magnetica senza guarnizioni.
Le perdite di liquido refrigerante rappresentano un serio problema all'interno delle apparecchiature di ricarica poiché il liquido può danneggiare l'elettronica di potenza, le schede di controllo, i sistemi di isolamento e i collegamenti elettrici.
Una pompa a trascinamento magnetico elimina la penetrazione dell'albero rotante tra la camera bagnata della pompa e il motore esterno. Ciò riduce la dipendenza da una tenuta meccanica convenzionale.
Tuttavia, la pompa completa richiede comunque guarnizioni statiche, giunti dell'alloggiamento, collegamenti dei tubi e raccordi adeguatamente progettati. Pertanto, la pompa dovrebbe essere valutata come parte dell'intero circuito di raffreddamento anziché trattata come l'unico componente di controllo delle perdite.
Le apparecchiature di ricarica ultraveloce contengono moduli di alimentazione, componenti di distribuzione elettrica, dispositivi di monitoraggio, sistemi di comunicazione, apparecchiature di raffreddamento e strutture di gestione dei cavi.
Lo spazio di installazione disponibile è spesso limitato.
UN la pompa ad ingranaggi magnetica in miniatura può essere integrata in:
Unità di distribuzione del freddo compatte
Moduli di raffreddamento del cavo di ricarica
Caricabatterie CC da parete
Distributori di ricarica autonomi
Armadi di ricarica modulari
Apparecchiature per la ricarica mobile
Sistemi di prova con raffreddamento a liquido
Il suo design compatto offre ai produttori di apparecchiature di ricarica maggiore flessibilità nella disposizione di serbatoi, scambiatori di calore, sensori, tubazioni e componenti di controllo.
Le pompe a ingranaggi trasferiscono un volume definito di liquido durante ogni rotazione dell'ingranaggio. Ciò consente di regolare la portata attraverso la velocità del motore entro l'intervallo operativo approvato della pompa.
L'erogazione prevedibile del refrigerante è particolarmente utile quando il sistema di ricarica deve mantenere una portata target attraverso tubi di raffreddamento stretti, cavi di ricarica lunghi, connettori, filtri o scambiatori di calore compatti.
Il flusso operativo effettivo è influenzato da:
Velocità della pompa
Viscosità del liquido di raffreddamento
Temperatura del liquido di raffreddamento
Pressione differenziale
Perdita interna
Diametro del tubo
Lunghezza del cavo
Resistenza del filtro
Caduta di pressione dello scambiatore di calore
Per questo motivo, la selezione della pompa dovrebbe basarsi su una curva di resistenza del sistema completa piuttosto che solo sul valore del flusso libero.
I sistemi di ricarica ultraveloce non utilizzano tutti lo stesso liquido refrigerante.
Le miscele di acqua e glicole sono comunemente utilizzate nelle apparecchiature di ricarica e nei cavi di ricarica raffreddati a liquido. Phoenix Contact, ad esempio, specifica una miscela di acqua e glicole per alcuni dei suoi sistemi di cavi di ricarica HPC raffreddati. Altri sistemi di ricarica o di ricarica da megawatt possono utilizzare fluidi di raffreddamento dielettrici, a seconda di come il liquido entra in contatto con il conduttore e i componenti elettrici.
È possibile sviluppare una pompa a ingranaggi magnetici in miniatura per diversi refrigeranti, ma la compatibilità dei materiali deve essere verificata per ciascun progetto.
I materiali importanti della pompa includono:
Alloggiamento della pompa
Materiale degli ingranaggi
Materiale dell'albero
Materiale del cuscinetto
O-ring
Guarnizioni
Adesivi
Componenti di contenimento magnetico
Non dare mai per scontato che una pompa adatta per l'acqua sia automaticamente adatta anche per miscele di glicole, olio siliconico, refrigerante dielettrico o altri fluidi di raffreddamento tecnici.
Il carico termico di carica cambia durante il ciclo di carica. Può anche variare in base alla domanda del veicolo, allo stato di carica della batteria, alla temperatura ambiente, alla corrente di carica e al numero di uscite di ricarica attive.
Una pompa a velocità variabile consente al controller di raffreddamento di regolare la circolazione del liquido refrigerante in base alle condizioni operative in tempo reale.
I possibili metodi di controllo includono:
Controllo della velocità PWM
Ingresso velocità 0–10 V
Controllo della tensione analogica
Comunicazione PUÒ
Comunicazione RS485
Protocolli di controllo motore personalizzati
Il funzionamento a velocità variabile può aiutare a ridurre il consumo energetico e il rumore non necessari quando il caricabatterie funziona con un carico termico inferiore.
Le stazioni di ricarica CC pubbliche possono funzionare per lunghi periodi e completare più sessioni di ricarica ogni giorno. La pompa di raffreddamento deve quindi essere progettata per avviamenti frequenti, funzionamento prolungato e condizioni ambientali mutevoli.
Quando valutano una pompa di raffreddamento del caricabatterie per veicoli elettrici , gli acquirenti dovrebbero richiedere informazioni sui test relative a:
Funzionamento a servizio continuo
Cicli start-stop
Prestazioni ad alta e bassa temperatura
Invecchiamento del liquido di raffreddamento
Cicli di pressione
Aumento della temperatura del motore
Usura dei cuscinetti e degli ingranaggi
Test di tenuta
Test di resistenza di lunga durata
La pompa fa circolare il refrigerante attraverso il cavo di ricarica e il connettore prima di restituirlo allo scambiatore di calore.
Questa applicazione richiede un attento controllo della perdita di pressione perché i canali di raffreddamento all'interno del cavo possono essere stretti e la lunghezza totale del cavo può essere di diversi metri.
Il calore può accumularsi attorno ai contatti di ricarica durante il funzionamento ad alta corrente. Un circuito di raffreddamento dedicato può allontanare il calore dal connettore e dall'area dei terminali del cavo.
La pompa deve fornire un flusso sufficiente senza produrre una pressione eccessiva che potrebbe danneggiare tubi, guarnizioni o componenti del connettore.
I moduli di ricarica contengono componenti semiconduttori e dispositivi elettrici che generano calore. Le piastre di raffreddamento a liquido possono essere utilizzate per trasferire il calore dai moduli a un circuito di raffreddamento condiviso.
In questa applicazione, la pompa potrebbe dover gestire più rami di raffreddamento paralleli.
Alcuni produttori di stazioni di ricarica utilizzano un'unità di distribuzione del raffreddamento completa contenente pompa, serbatoio, radiatore, ventola, sensori, filtro e controller.
Una pompa a ingranaggi magnetica compatta può essere integrata in questa unità come componente principale di circolazione del liquido di raffreddamento.
La portata richiesta deve essere calcolata in base a:
Carico termico massimo
Capacità termica del liquido di raffreddamento
Aumento della temperatura del liquido di raffreddamento consentito
Requisiti di raffreddamento di cavi e connettori
Numero di rami di raffreddamento
Efficienza dello scambiatore di calore
Non scegliere semplicemente la pompa con la portata massima più elevata. Una pompa sovradimensionata può aumentare il consumo energetico, la pressione del sistema, le vibrazioni, il rumore del fluido e l'aumento della temperatura del liquido refrigerante causato dal ricircolo interno.
La pompa deve superare la resistenza dell'intero circuito di raffreddamento, tra cui:
Cavo di ricarica
Connettore
Piastre di raffreddamento
Tubi e tubi flessibili
Curve e raccordi
Filtri
Valvole
Scambiatore di calore
Flussometro
Attacchi rapidi
Chiedere al fornitore della pompa di fornire una curva flusso-pressione utilizzando una viscosità del refrigerante vicina all'applicazione effettiva.
La viscosità del liquido refrigerante può aumentare significativamente in ambienti freddi. Una pompa che funziona correttamente a 25°C può produrre una portata inferiore o richiedere una coppia motore maggiore a temperature inferiori allo zero.
Il processo di selezione dovrebbe considerare:
Temperatura minima di avvio
Temperatura massima continua del liquido di raffreddamento
Viscosità per avviamento a freddo
Viscosità operativa normale
Corrente massima consentita del motore
Margine di coppia dell'accoppiamento magnetico
Fornire la scheda tecnica completa del liquido refrigerante al produttore della pompa.
La valutazione dovrebbe includere:
Composizione chimica
Concentrazione di glicole
Additivi
Conduttività elettrica
Lubrificazione
Viscosità
Temperatura massima
Temperatura minima
Intervallo di sostituzione previsto
Potrebbero essere necessari test di immersione o circolazione a lungo termine quando il liquido refrigerante contiene additivi proprietari.
Le tensioni di controllo comuni delle apparecchiature di ricarica possono includere 12 V CC, 24 V CC, 48 V CC o alimentatori personalizzati.
Il motore della pompa selezionato deve corrispondere all'architettura elettrica del caricabatterie e fornire un'adeguata protezione contro:
Sovracorrente
Sovratensione
Polarità inversa
Rotore bloccato
Temperatura del motore eccessiva
Errore di comunicazione
Un moderno sistema di raffreddamento a liquido non dovrebbe fare affidamento solo sui comandi di funzionamento della pompa.
Il titolare del trattamento può inoltre monitorare:
Flusso del liquido di raffreddamento
Temperatura di ingresso e di uscita
Pressione del circuito
Livello del liquido nel serbatoio
Corrente del motore della pompa
Velocità della pompa
Perdita di liquido refrigerante
Blocco del filtro
Il monitoraggio di questi valori aiuta il caricabatterie a ridurre la potenza o a interrompere la carica in modo sicuro quando le prestazioni di raffreddamento sono insufficienti.
Prima di richiedere un preventivo, i produttori di stazioni di ricarica dovrebbero fornire le seguenti informazioni:
Elemento di selezione |
Informazioni sul progetto richieste |
|---|---|
Applicazione |
Cavo di ricarica, connettore, modulo di alimentazione o unità di raffreddamento completa |
Liquido refrigerante |
Acqua glicole, liquido dielettrico, olio siliconico o altro liquido refrigerante |
Flusso richiesto |
Portata nominale e massima |
Pressione del sistema |
Pressione differenziale normale e massima |
Temperatura |
Minima accensione e massima temperatura di esercizio |
Viscosità |
Viscosità nell'intervallo di temperature di esercizio |
Tensione del motore |
12 VCC, 24 VCC, 48 VCC o personalizzato |
Metodo di controllo |
Velocità fissa, PWM, analogico, CAN o RS485 |
Installazione |
Montaggio orizzontale, verticale o personalizzato |
Collegamento portuale |
Filettatura, portagomma, flangia o raccordo personalizzato |
Vita utile |
Ore di funzionamento target e cicli di avvio-arresto |
Certificazione |
Requisiti di conformità specifici dell'applicazione |
Quantità annuale |
Prototipo, progetto pilota e domanda di produzione di massa |
Fornire dati operativi completi consente al produttore della pompa di consigliare un modello basato sulle condizioni di servizio effettive anziché sulla sola portata nominale.
Il flusso massimo viene solitamente misurato in condizioni di bassa resistenza. Il flusso effettivo all'interno del circuito di raffreddamento del cavo di ricarica può essere sostanzialmente diverso.
Un liquido refrigerante può diventare molto più viscoso alle basse temperature, aumentando la coppia della pompa e i requisiti di potenza.
Un O-ring o un materiale di guarnizione non idonei potrebbero gonfiarsi, indurirsi, rompersi o perdere le prestazioni di tenuta dopo un'esposizione prolungata al refrigerante.
L'aria intrappolata può ridurre il trasferimento di calore, aumentare il rumore, interrompere il flusso o causare un funzionamento instabile della pompa. Il sistema dovrebbe includere adeguate disposizioni di riempimento, sfiato e serbatoio.
Il funzionamento continuo a pressione eccessiva o velocità inadeguata può aumentare l'usura, la temperatura del motore e le perdite interne.
Una pompa può funzionare bene su un banco da laboratorio ma comportarsi diversamente se collegata al cavo, alla piastra di raffreddamento, allo scambiatore di calore, al filtro e alla rete di tubazioni.
I test sui prototipi dovrebbero quindi utilizzare un circuito di raffreddamento che rappresenti fedelmente l'apparecchiatura di ricarica finale.
Entrambi i tipi di pompe possono essere utilizzati nei sistemi di raffreddamento a liquido, ma hanno caratteristiche diverse.
Confronto |
Pompa a ingranaggi magnetica |
Pompa centrifuga |
|---|---|---|
Caratteristica del flusso |
Spostamento prevedibile per giro |
Il flusso cambia più fortemente con la resistenza del sistema |
Capacità di pressione |
Adatto per circuiti con resistenza moderata o superiore |
Spesso preferito per circuiti ad alto flusso e bassa pressione |
Misurare |
Compatto per applicazioni con portata medio-bassa |
Disponibili in un'ampia gamma di portate |
Adescamento |
Dipende dal design e dall'installazione della pompa |
Spesso richiede un ingresso allagato |
Pulizia fluida |
Normalmente si consiglia un refrigerante pulito |
Può tollerare diverse condizioni delle particelle a seconda del design |
Controllo della velocità |
Adatto per la regolazione del flusso controllato |
Comunemente utilizzato con il controllo a velocità variabile |
La migliore applicazione |
Circuiti di raffreddamento compatti e controllati |
Sistemi di circolazione più grandi con elevata richiesta di flusso |
La scelta finale dovrebbe basarsi sulle proprietà del refrigerante, sul flusso richiesto, sulla caduta di pressione, sul rumore, sulle dimensioni del pacchetto, sulla durata di servizio, sui costi e sui requisiti di manutenzione.
Può essere progettata per miscele acqua-glicole, ma il fornitore della pompa deve verificare la compatibilità di ingranaggi, cuscinetti, alloggiamento, contenimento del magnete e materiale di tenuta con l'esatta concentrazione di glicole e gli additivi.
Potenzialmente sì. Tuttavia, i fluidi dielettrici possono avere caratteristiche diverse di viscosità, potere lubrificante, rigonfiamento e temperatura. Prima della produzione di massa sono necessari test applicativi.
L'azionamento magnetico rimuove una tradizionale tenuta meccanica rotante, riducendo un importante percorso di perdita. Tuttavia, le guarnizioni statiche, i giunti dell'alloggiamento, le porte, i tubi e i raccordi devono comunque essere progettati e testati correttamente.
Non esiste una portata universale. Dipende dalla corrente di carica, dalla progettazione del cavo, dalle dimensioni del canale di raffreddamento, dal tipo di refrigerante, dalla lunghezza del cavo, dall'aumento di temperatura consentito e dalla caduta di pressione del sistema.
Sì, quando la pompa è dotata di un motore CC brushless compatibile e di un regolatore di velocità. Il caricabatterie può aumentare o ridurre la velocità della pompa in base alla temperatura, alla corrente di carica o alla richiesta di raffreddamento.
Il produttore della pompa normalmente richiede dati sul refrigerante, portata, pressione, viscosità, temperatura operativa, tensione del motore, metodo di controllo, spazio di installazione, tipo di porta, durata prevista, requisiti di certificazione e domanda annuale.
Man mano che i sistemi di ricarica dei veicoli elettrici si spostano verso una corrente e una potenza più elevate, la circolazione stabile del liquido diventa sempre più importante. Cavi e connettori raffreddati a liquido sono già in fase di sviluppo per centinaia di ampere e, in alcuni sistemi, per una ricarica di classe megawatt.
Una pompa a ingranaggi magnetici miniaturizzata opportunamente selezionata può fornire una circolazione compatta del refrigerante per cavi di ricarica, connettori, moduli di potenza e unità di distribuzione del raffreddamento integrate.
Una corretta integrazione della pompa richiede qualcosa di più della semplice corrispondenza della portata nominale. I produttori di apparecchiature di ricarica dovrebbero valutare il circuito di raffreddamento completo, la viscosità del liquido refrigerante, la perdita di pressione, l'intervallo di temperatura, la compatibilità dei materiali, la strategia di controllo, i requisiti di monitoraggio e la durata prevista.
Lavorando con un esperto Produttore di pompe di raffreddamento a liquido a carica ultraveloce , gli OEM di caricabatterie per veicoli elettrici possono sviluppare una configurazione di pompa personalizzata che soddisfi i requisiti di prestazioni di raffreddamento, installazione, affidabilità e produzione di massa.
