超高速充電液体冷却用の小型磁気ギアポンプの選び方

電気自動車の充電電力が増加し続けるにつれて、熱管理は DC 急速充電ステーションの設計上の最も重要な考慮事項の 1 つになっています。高い充電電流は、充電ケーブル、コネクタ、電源モジュール、コンデンサ、インダクタ、および制御コンポーネントで多量の熱を発生します。

アン 超高速充電液体冷却ポンプは、 充電システム内で冷却剤を循環させ、重要なコンポーネントから熱を逃がし、継続的な高出力充電中に安定した動作温度を維持します。

充電ステーションのメーカーや熱管理システム インテグレータにとって、 小型磁気ギア ポンプは、 そのコンパクトな構造、予測可能な流体供給、磁気駆動設計、および密閉液体冷却回路への適合性により、重要なポンプ オプションになりつつあります。

超急速充電ステーションに液体冷却が必要な理由は何ですか?

一般に HPC と呼ばれるハイパワー充電は、高電流レベルで動作する超高速 DC 充電ステーションで使用されます。フエニックス・コンタクトは、HPC を 375 A 以上の充電電流を使用する高性能 DC 充電クラスと説明しています。同社の最新の水冷充電ケーブル システムは、指定された動作モードで最大 1,000 kW に達する充電電力向けに設計されています。

充電電流が増加すると、電気抵抗により導体、コネクタの接点、および周囲の電子部品で発生する熱が増加します。十分な冷却がないと、過度の温度が発生して次のような事態が発生する可能性があります。

• 充電電力の低下

• 自動電流ディレーティング

• コンポーネントの早期劣化

• ケーブル絶縁体の損傷

• コネクタの温度が不快になる

• 充電器のダウンタイムの増加

• 冷却剤または電気の安全上の潜在的なリスク

液体冷却は、チューブ、冷却プレート、熱交換器、充電ケーブル、またはコネクタ アセンブリを通して冷却剤を循環させることによって熱を除去します。不十分な流れや不安定な流れは熱伝達性能を低下させる可能性があるため、一貫した冷却剤の循環が不可欠です。

超急速充電液冷ポンプとは何ですか?

超 高速充電液冷ポンプ は、EV 充電ステーション、液冷ユニット、充電ディスペンサー、またはケーブル冷却モジュールの内部に設置される冷却剤循環ポンプです。

その主な機能は、発熱コンポーネントと熱交換器またはラジエーターの間で冷却液を循環させることです。

システム設計によっては、ポンプが冷却される場合があります。

• 水冷EV充電ケーブル

• CCS または NACS 充電コネクタ

• メガワット充電コネクタ

• DC充電電源モジュール

• 整流器とインバーターのコンポーネント

• IGBT または SiC パワー エレクトロニクス

• バスバーと電気接点

• 充電ステーションの制御キャビネット

• 統合された液体冷却ユニット

完全な冷却回路には、ポンプ、冷却剤リザーバー、ラジエーター、ファン、フィルター、温度センサー、圧力センサー、流量センサー、膨張チャンバー、および電子コントローラーが含まれる場合があります。

ミニチュア磁気ギアポンプとは何ですか?

小型 磁気ギア ポンプ は、回転ギアを使用して冷却回路内で冷却剤を移動させるコンパクトな容積式ポンプです。

モーターとポンプチャンバーの間に従来のシャフトシールを使用する代わりに、ポンプは磁気カップリングを使用してトルクを伝達します。モーター側の磁石は、ポンプ ギアに接続された内部磁石を駆動します。

この設計により、ポンプで送られる液体からモーターが分離され、ダイナミック シャフト シールに関連する漏れ経路を減らすことができます。

磁気駆動ギアポンプは、コンパクトなパッケージで制御された流体供給を提供できるため、EV 充電器の冷却用途ですでに使用されています。市販の磁気駆動ギアポンプの中には、高温流体用に特別に設計されており、シールレス磁気伝動構造を採用しているものもあります。

EV充電器に小型磁気ギアポンプを使用する理由

1. シャフトシールの漏れリスクの低減

液体がパワーエレクトロニクス、制御基板、絶縁システム、および電気接続に損傷を与える可能性があるため、充電装置内での冷却液の漏れは深刻な懸念事項です。

磁気駆動ポンプにより、ウェットポンプチャンバーと外部モーターの間の回転シャフトの貫通が不要になります。これにより、従来のダイナミック シャフト シールへの依存が軽減されます。

ただし、完全なポンプには、適切に設計された静的シール、ハウジング継手、チューブ接続、および継手が必要です。したがって、ポンプは唯一の漏れ制御コンポーネントとして扱うのではなく、冷却回路全体の一部として評価する必要があります。

2. コンパクトな設置

超急速充電装置には、電源モジュール、配電コンポーネント、監視装置、通信システム、冷却装置、およびケーブル管理構造が含まれています。

多くの場合、利用可能な設置スペースは限られています。

あ 小型磁気ギアポンプは 以下に統合できます。

• コンパクトな冷却分配ユニット

• 充電ケーブル冷却モジュール

• 壁掛けDC充電器

• スタンドアロン充電ディスペンサー

• モジュール式充電キャビネット

• モバイル充電設備

• 液冷試験システム

そのコンパクトな設計により、充電機器メーカーはリザーバー、熱交換器、センサー、配管、制御コンポーネントを配置する際に柔軟性が高まります。

3. 予測可能な冷却剤の供給

ギア ポンプは、ギアが回転するたびに規定量の液体を移送します。これにより、ポンプの承認された動作範囲内でモーター速度によって流量を調整できます。

予測可能な冷却剤の供給は、充電システムが細い冷却チューブ、長い充電ケーブル、コネクタ、フィルター、またはコンパクトな熱交換器を通る目標流量を維持する必要がある場合に特に役立ちます。

実際の動作フローは次の影響を受けます。

• ポンプ速度

• クーラント粘度

• 冷却水温度

• 差圧

• 内部漏れ

• パイプ径

• ケーブル長

• フィルタ抵抗

• 熱交換器の圧力降下

このため、ポンプの選択は、フリーフロー値のみではなく、完全なシステム抵抗曲線に基づいて行う必要があります。

4. さまざまな冷却アーキテクチャとの互換性

超急速充電システムはすべて同じ冷却剤を使用するわけではありません。

水とグリコールの混合物は、充電機器や液冷充電ケーブルによく使用されます。たとえば、フエニックス・コンタクトは、一部の冷却型 HPC 充電ケーブル システムに水とグリコールの混合物を指定しています。他の充電システムやメガワット充電システムでは、液体が導体や電気部品にどのように接触するかに応じて、誘電体冷却液を使用する場合があります。

小型磁気ギアポンプはさまざまな冷却剤に合わせて開発できますが、材料の互換性はプロジェクトごとに検証する必要があります。

重要なポンプ材料には次のものがあります。

• ポンプハウジング

• ギア材質

• シャフト材質

• 軸受材質

• Oリング

• ガスケット

• 接着剤

• 磁気封じ込めコンポーネント

水に適したポンプが、自動的にグリコール混合物、シリコーンオイル、誘電性冷却剤、またはその他の人工冷却液にも適しているとは決して考えないでください。

5. 可変速冷却制御

充電熱負荷は充電サイクル中に変化します。また、車両の需要、バッテリーの充電状態、周囲温度、充電電流、アクティブな充電出力の数によっても異なる場合があります。

可変速度ポンプにより、冷却コントローラーはリアルタイムの動作条件に応じて冷却剤の循環を調整できます。

考えられる制御方法は次のとおりです。

• PWM速度制御

• 0 ～ 10 V 速度入力

• アナログ電圧制御

• CAN通信

• RS485通信

• カスタマイズされたモーター制御プロトコル

充電器がより低い熱負荷で動作している場合、可変速動作は不必要なエネルギー消費と騒音を減らすのに役立ちます。

6. 連続循環に最適

公共の DC 充電ステーションは長期間稼働し、毎日複数の充電セッションを完了する場合があります。したがって、冷却ポンプは、頻繁な起動、長時間の動作、および環境条件の変化に対応して設計する必要があります。

を評価する場合 EV 充電器冷却ポンプ、購入者は以下に関連するテスト情報を要求する必要があります。

• 連続運転

• スタートストップサイクル

• 高温および低温での性能

• クーラントの老化

• 圧力サイクル

• モーター温度上昇

• ベアリングとギアの摩耗

• 漏れ試験

• 長時間の耐久試験

磁気ギアポンプはどこに設置されていますか?

液冷式充電ケーブル回路

ポンプは冷却水を熱交換器に戻す前に、充電ケーブルとコネクタを通して循環させます。

この用途では、ケーブル内の冷却チャネルが狭く、ケーブルの全長が数メートルになる場合があるため、圧力損失を注意深く制御する必要があります。

充電コネクタの冷却

高電流動作中、充電接点の周囲に熱が蓄積する可能性があります。専用の冷却回路により、コネクタとケーブルの端子領域から熱が逃げます。

ポンプは、チューブ、シール、コネクタ コンポーネントに損傷を与える可能性のある過剰な圧力を発生させることなく、十分な流量を提供する必要があります。

DC パワーモジュールの冷却

充電パワーモジュールには、発熱する半導体コンポーネントと電気デバイスが含まれています。液体冷却プレートを使用して、モジュールから共有冷却回路に熱を伝達することができます。

この用途では、ポンプが複数の並列冷却ブランチを処理する必要がある場合があります。

統合冷却分配ユニット

一部の充電ステーション メーカーは、ポンプ、リザーバー、ラジエーター、ファン、センサー、フィルター、コントローラーを含む完全な冷却分配ユニットを使用しています。

コンパクトな磁気ギアポンプを主要な冷却剤循環コンポーネントとしてこのユニットに組み込むことができます。

超急速充電液冷ポンプの選び方

必要な流量を定義する

必要な流量は次に従って計算する必要があります。

• 最大熱負荷

• 冷媒熱容量

• 許容冷却水温度上昇

• ケーブルとコネクタの冷却要件

• 冷却分岐の数

• 熱交換器効率

単純に最大流量が大きいポンプを選択しないでください。ポンプが大きすぎると、エネルギー消費、システム圧力、振動、流体ノイズ、内部再循環による冷却水の温度上昇が増加する可能性があります。

総圧力損失の計算

ポンプは、以下を含む冷却回路全体からの抵抗を克服する必要があります。

• 充電ケーブル

• コネクタ

• 冷却プレート

• チューブとホース

• 曲げとフィッティング

• フィルター

• バルブ

• 熱交換器

• 流量計

• クイックカップリング

ポンプのサプライヤーに依頼して、実際の用途に近い冷却剤粘度を使用した流量-圧力曲線を提供してください。

さまざまな温度でのクーラント粘度の確認

低温環境ではクーラントの粘度が大幅に増加する場合があります。 25°C で正常に動作するポンプでも、氷点下では流量が低下したり、より多くのモーター トルクが必要になる場合があります。

選択プロセスでは次のことを考慮する必要があります。

• 最低起動温度

• 連続冷却水の最高温度

• コールドスタート粘度

• 通常使用粘度

• 最大許容モータ電流

• 磁気結合トルクマージン

接液部の材質の適合性を確認する

冷却剤の完全な技術データシートをポンプの製造元に提供してください。

評価には以下を含める必要があります。

• 化学組成

• グリコール濃度

• 添加剤

• 電気伝導率

• 潤滑性

• 粘度

• 最高温度

• 最低温度

• 交換時期の目安

クーラントに独自の添加剤が含まれている場合は、長期間の浸漬または循環テストが必要になる場合があります。

正しいモーター電圧の選択

一般的な充電機器の制御電圧には、12 VDC、24 VDC、48 VDC、またはカスタマイズされた電源が含まれる場合があります。

選択したポンプ モーターは充電器の電気アーキテクチャと一致し、以下に対する適切な保護を提供する必要があります。

• 過電流

• 過電圧

• 逆極性

• ロックされたローター

• モーターの過度の温度

• 通信障害

監視要件の評価

最新の液冷システムは、ポンプの動作コマンドだけに依存すべきではありません。

コントローラーは以下も監視する場合があります。

• クーラントの流れ

• 入口と出口の温度

• 回路圧力

• リザーバー液面レベル

• ポンプモーター電流

• ポンプ速度

• クーラント漏れ

• フィルターの詰まり

これらの値を監視することで、冷却性能が不十分な場合に充電器が出力を低減したり、安全に充電を停止したりすることができます。

ポンプのサプライヤーに提供する重要な情報

見積もりをリクエストする前に、充電ステーションのメーカーは次の情報を提供する必要があります。

完全な動作データを提供することで、ポンプ メーカーは公称流量だけではなく実際の使用条件に基づいてモデルを推奨できます。

よくあるポンプ選択の間違い

最大流量のみで選定する

最大流量は通常、低抵抗条件下で測定されます。充電ケーブル冷却回路内の実際の流れは大幅に異なる場合があります。

コールドスタート粘度の無視

低温では冷却剤の粘度が非常に高くなり、ポンプのトルクと所要電力が増加することがあります。

互換性のないシーリング材の使用

O リングやガスケットの材質が不適切であると、クーラントに長期間さらされると膨張、硬化、亀裂が生じたり、シール性能が低下したりする可能性があります。

冷却回路内の空気を無視する

空気が閉じ込められると、熱伝達が低下したり、騒音が増加したり、流れが中断されたり、ポンプ動作が不安定になったりする可能性があります。システムには、適切な充填、通気、およびリザーバーの配置が含まれている必要があります。

ポンプ曲線外での動作

過剰な圧力や不適切な速度で連続運転すると、摩耗、モーターの温度、内部漏れが増加する可能性があります。

システムとは別にポンプをテストする

ポンプは実験台では良好に動作しますが、実際のケーブル、冷却プレート、熱交換器、フィルター、配管ネットワークに接続すると動作が異なります。

したがって、プロトタイプのテストでは、最終的な充電装置を忠実に再現した冷却回路を使用する必要があります。

ミニチュア磁気ギアポンプ vs 遠心ポンプ

どちらのポンプ タイプも液冷システムで使用できますが、特性が異なります。

最終的な選択は、冷却剤の特性、必要な流量、圧力降下、騒音、パッケージ サイズ、耐用年数、コスト、およびメンテナンス要件に基づいて行う必要があります。

よくある質問

小型磁気ギアポンプは水グリコール冷却剤を処理できますか?

水とグリコールの混合物用に設計できますが、ポンプのサプライヤーはギア、ベアリング、ハウジング、磁石の封じ込め、およびシール材と正確なグリコール濃度および添加剤の適合性を検証する必要があります。

ポンプは誘電体冷却剤に使用できますか?

可能性としては、そうです。ただし、誘電性流体は、粘度、潤滑性、膨潤、温度特性が異なる場合があります。量産前にアプリケーションテストが必要です。

磁気ギアポンプには完全に漏れがありませんか?

磁気ドライブは従来の回転シャフトシールを取り除き、重要な漏れ経路を 1 つ削減します。ただし、静的シール、ハウジングジョイント、ポート、チューブ、継手は正しく設計され、テストされる必要があります。

液冷式充電ケーブルにはどのくらいの流量が必要ですか?

普遍的な流量はありません。これは、充電電流、ケーブル設計、冷却チャネルの寸法、冷却剤の種類、ケーブルの長さ、許容される温度上昇、およびシステムの圧力降下によって異なります。

充電電力に応じてポンプ速度を調整できますか?

はい、ポンプに互換性のあるブラシレス DC モーターとスピード コントローラーが装備されている場合は可能です。充電器は、温度、充電電流、または冷却要求に応じてポンプ速度を増減できます。

ポンプのカスタマイズにはどのような情報が必要ですか?

ポンプのメーカーは通常、冷却剤のデータ、流量、圧力、粘度、動作温度、モーター電圧、制御方法、設置スペース、ポートのタイプ、予想寿命、認証要件、年間需要を必要とします。

次世代EV充電用小型冷却ポンプ

EV 充電システムが高電流、高出力に移行するにつれて、安定した液体循環の重要性がますます高まっています。液冷ケーブルとコネクタは、数百アンペア、一部のシステムではメガワットクラスの充電に対応するようにすでに開発されています。

適切に選択された 小型磁気ギアポンプは、 充電ケーブル、コネクタ、電源モジュール、および統合された冷却分配ユニットにコンパクトな冷却液循環を提供できます。

ポンプの統合を成功させるには、公称流量を一致させるだけでは不十分です。充電機器のメーカーは、完全な冷却回路、冷却剤の粘度、圧力損失、温度範囲、材料の適合性、制御戦略、監視要件、および予想される耐用年数を評価する必要があります。

経験豊富なスタッフと協力することで、 超高速充電液冷ポンプ メーカー、EV 充電器 OEM は、冷却性能、設置、信頼性、量産要件を満たすカスタマイズされたポンプ構成を開発できます。