Hvordan velge en magnetisk miniatyrpumpe for ultrarask lading av væskekjøling

Ettersom ladeeffekten for elektriske kjøretøy fortsetter å øke, har termisk styring blitt en av de viktigste designhensynene for DC hurtigladestasjoner. Høye ladestrømmer genererer betydelig varme i ladekabler, kontakter, strømmoduler, kondensatorer, induktorer og kontrollkomponenter.

An ultrahurtigladende væskekjølepumpe sirkulerer kjølevæske gjennom ladesystemet, overfører varme fra kritiske komponenter og bidrar til å opprettholde en stabil driftstemperatur under kontinuerlig høyeffektlading.

For produsenter av ladestasjoner og integratorer av termiske styringssystem, er den magnetiske miniatyrgirpumpen i ferd med å bli et viktig pumpealternativ på grunn av dens kompakte struktur, forutsigbare væsketilførsel, magnetisk drivdesign og egnethet for lukkede væskekjølekretser.

Hvorfor trenger ultraraske ladestasjoner flytende kjøling?

High Power Charging, ofte referert til som HPC, brukes i ultraraske DC-ladestasjoner som opererer på høye strømnivåer. Phoenix Contact beskriver HPC som en høyytelses DC-ladeklasse ved bruk av ladestrømmer over 375 A. De nyeste væskekjølte ladekabelsystemene er konstruert for ladeeffekter på opptil 1000 kW under spesifiserte driftsmoduser.

Ettersom ladestrømmen øker, produserer elektrisk motstand mer varme i lederen, kontaktene og de omkringliggende elektroniske komponentene. Uten tilstrekkelig kjøling kan for høy temperatur føre til:

• Redusert ladekraft

• Automatisk strømreduksjon

• For tidlig aldring av komponenter

• Skadet kabelisolasjon

• Ukomfortable kontakttemperaturer

• Økt nedetid for laderen

• Potensielle kjølevæske eller elektrisk sikkerhetsrisiko

Væskekjøling fjerner varme ved å sirkulere kjølevæske gjennom rør, kjøleplater, varmevekslere, ladekabler eller koblingsenheter. Konsekvent kjølevæskesirkulasjon er avgjørende fordi utilstrekkelig eller ustabil strømning kan redusere varmeoverføringsytelsen.

Hva er en ultrahurtigladende væskekjølepumpe?

En ultrahurtigladet væskekjølepumpe er en kjølevæskesirkulasjonspumpe installert inne i en elbil-ladestasjon, væskekjøleenhet, ladedispenser eller kabelkjølemodul.

Dens hovedfunksjon er å sirkulere kjølevæske mellom varmegenererende komponenter og en varmeveksler eller radiator.

Avhengig av systemdesignet kan pumpen avkjøles:

• Væskekjølte EV-ladekabler

• CCS eller NACS ladekontakter

• Megawatt ladekontakter

• DC ladestrømmoduler

• Likeretter- og omformerkomponenter

• IGBT eller SiC kraftelektronikk

• Samleskinner og elektriske kontakter

• Ladestasjon kontrollskap

• Integrerte væskekjøleenheter

En komplett kjølekrets kan inkludere pumpen, kjølevæskebeholderen, radiatoren, viften, filteret, temperatursensoren, trykksensoren, strømningssensoren, ekspansjonskammeret og elektronisk kontroller.

Hva er en magnetisk miniatyrgirpumpe?

En magnetisk tannhjulspumpe i miniatyr er en kompakt pumpe med positiv fortrengning som bruker roterende tannhjul for å flytte kjølevæske gjennom kjølekretsen.

I stedet for å bruke en konvensjonell akseltetning mellom motoren og pumpekammeret, bruker pumpen magnetisk kobling for å overføre dreiemoment. Motorsidemagneten driver en intern magnet koblet til pumpegirene.

Denne utformingen skiller motoren fra den pumpede væsken og kan redusere lekkasjeveier knyttet til dynamiske akseltetninger.

Magnetisk drevne girpumper brukes allerede i kjøleapplikasjoner for elbilladere fordi de kan gi kontrollert væsketilførsel i en kompakt pakke. Noen kommersielle magnetiske girpumper er spesielt designet for høytemperaturvæsker og bruker en tetningsfri magnetisk transmisjonsstruktur.

Hvorfor bruke en magnetisk miniatyrpumpe i en elbillader?

1. Redusert risiko for akseltetningslekkasje

Kjølevæskelekkasje er et alvorlig problem inne i ladeutstyr fordi væske kan skade strømelektronikk, kontrollkort, isolasjonssystemer og elektriske tilkoblinger.

En magnetisk drivpumpe eliminerer den roterende akselpenetrasjonen mellom det våte pumpekammeret og den eksterne motoren. Dette reduserer avhengigheten av en konvensjonell dynamisk akseltetning.

Imidlertid krever hele pumpen fortsatt riktig utformede statiske tetninger, husskjøter, rørforbindelser og beslag. Derfor bør pumpen vurderes som en del av hele kjølekretsen i stedet for å behandles som den eneste lekkasjekontrollkomponenten.

2. Kompakt installasjon

Ultrarask ladeutstyr inneholder strømmoduler, elektriske distribusjonskomponenter, overvåkingsenheter, kommunikasjonssystemer, kjøleutstyr og kabelstyringsstrukturer.

Tilgjengelig installasjonsplass er ofte begrenset.

EN magnetisk miniatyrpumpe kan integreres i:

• Kompakte kjølefordelingsenheter

• Ladekabel kjølemoduler

• Veggmonterte DC-ladere

• Frittstående ladedispensere

• Modulære ladeskap

• Mobilt ladeutstyr

• Testsystemer for væskekjøling

Den kompakte designen gir produsenter av ladeutstyr mer fleksibilitet når de skal arrangere reservoarer, varmevekslere, sensorer, rør og kontrollkomponenter.

3. Forutsigbar kjølevæskelevering

Girpumper overfører et definert volum væske under hver girrotasjon. Dette gjør at strømningshastigheten kan justeres gjennom motorhastighet innenfor pumpens godkjente driftsområde.

Forutsigbar kjølevæskelevering er spesielt nyttig når ladesystemet trenger å opprettholde en målstrømningshastighet gjennom smale kjølerør, lange ladekabler, kontakter, filtre eller kompakte varmevekslere.

Den faktiske driftsflyten påvirkes av:

• Pumpehastighet

• Kjølevæskeviskositet

• Kjølevæsketemperatur

• Differensialtrykk

• Intern lekkasje

• Rørdiameter

• Kabellengde

• Filtermotstand

• Trykkfall i varmeveksleren

Av denne grunn bør pumpevalg baseres på en fullstendig systemmotstandskurve i stedet for en fristrømsverdi alene.

4. Kompatibilitet med forskjellige kjølearkitekturer

Ultraraske ladesystemer bruker ikke alle samme kjølevæske.

Vann-glykol-blandinger brukes ofte i ladeutstyr og væskekjølte ladekabler. For eksempel spesifiserer Phoenix Contact en vann-glykol-blanding for noen av sine avkjølte HPC-ladekabelsystemer. Andre lade- eller megawatt-ladesystemer kan bruke dielektriske kjølevæsker, avhengig av hvordan væsken kommer i kontakt med lederen og elektriske komponenter.

En magnetisk tannhjulspumpe i miniatyr kan utvikles for forskjellige kjølevæsker, men materialkompatibilitet må verifiseres for hvert prosjekt.

Viktige pumpematerialer inkluderer:

• Pumpehus

• Girmateriale

• Skaftmateriale

• Lagermateriale

• O-ringer

• Pakninger

• Lim

• Magnetiske inneslutningskomponenter

Anta aldri at en pumpe som er egnet for vann er automatisk egnet for glykolblandinger, silikonolje, dielektrisk kjølevæske eller andre konstruerte kjølevæsker.

5. Variabel kjølekontroll

Ladevarmebelastningen endres i løpet av ladesyklusen. Det kan også variere i henhold til kjøretøyets behov, batteriladingstilstand, omgivelsestemperatur, ladestrøm og antall aktive ladeutganger.

En pumpe med variabel hastighet lar kjølekontrolleren justere kjølesirkulasjonen i henhold til sanntids driftsforhold.

Mulige kontrollmetoder inkluderer:

• PWM hastighetskontroll

• 0–10 V hastighetsinngang

• Analog spenningskontroll

• KAN kommunikasjon

• RS485 kommunikasjon

• Tilpassede motorkontrollprotokoller

Drift med variabel hastighet kan bidra til å redusere unødvendig energiforbruk og støy når laderen opererer med lavere termisk belastning.

6. Egnet for kontinuerlig sirkulasjon

Offentlige DC-ladestasjoner kan fungere i lange perioder og fullføre flere ladeøkter hver dag. Kjølepumpen må derfor konstrueres for hyppige oppstarter, langvarig drift og skiftende miljøforhold.

Når du vurderer en kjølepumpe for elbillader , bør kjøpere be om testinformasjon relatert til:

• Kontinuerlig drift

• Start-stopp-sykluser

• Ytelse ved høy og lav temperatur

• Kjølevæske aldring

• Trykksykling

• Motortemperaturøkning

• Lager- og girslitasje

• Lekkasjetesting

• Langvarig utholdenhetstesting

Hvor er den magnetiske tannhjulspumpen installert?

Væskekjølt ladekabelkrets

Pumpen sirkulerer kjølevæske gjennom ladekabelen og kontakten før den returneres til varmeveksleren.

Denne applikasjonen krever nøye kontroll av trykktapet fordi kjølekanalene inne i kabelen kan være smale og den totale kabellengden kan være flere meter.

Ladekontakt Kjøling

Varme kan samle seg rundt ladekontakter under høystrømsdrift. En dedikert kjølekrets kan føre varme bort fra kontakten og kabelterminalområdet.

Pumpen må gi tilstrekkelig strømning uten å produsere for høyt trykk som kan skade rør, tetninger eller koblingskomponenter.

DC Power Module Kjøling

Ladestrømmoduler inneholder varmegenererende halvlederkomponenter og elektriske enheter. Væskekjøleplater kan brukes til å overføre varme fra modulene til en delt kjølekrets.

I denne applikasjonen kan det hende at pumpen må håndtere flere parallelle kjølegrener.

Integrert kjølefordelingsenhet

Noen ladestasjonsprodusenter bruker en komplett kjølefordelingsenhet som inneholder pumpen, reservoaret, radiatoren, viften, sensorene, filteret og kontrolleren.

En kompakt magnetisk tannhjulspumpe kan integreres i denne enheten som den viktigste kjølevæskesirkulasjonskomponenten.

Hvordan velge en ultrahurtigladende væskekjølepumpe

Definer nødvendig strømningshastighet

Den nødvendige strømningen skal beregnes i henhold til:

• Maksimal varmebelastning

• Kjølevæske varmekapasitet

• Tillatt kjølevæsketemperaturøkning

• Kabel- og kontaktkjølekrav

• Antall kjølegrener

• Varmevekslereffektivitet

Ikke bare velg pumpen med høyest maksimal strømningshastighet. En overdimensjonert pumpe kan øke energiforbruket, systemtrykket, vibrasjonen, væskestøyen og kjølevæskens temperaturøkning forårsaket av intern resirkulering.

Beregn det totale trykkfallet

Pumpen må overvinne motstand fra hele kjølekretsen, inkludert:

• Ladekabel

• Kobling

• Kjøleplater

• Rør og slanger

• Bend og beslag

• Filtre

• Ventiler

• Varmeveksler

• Flowmåler

• Hurtigkoblinger

Be pumpeleverandøren om å gi en strømnings-trykkkurve med en kjølevæskeviskositet nær den faktiske bruken.

Bekreft kjølevæskeviskositet ved forskjellige temperaturer

Kjølevæskens viskositet kan øke betydelig i kalde omgivelser. En pumpe som fungerer korrekt ved 25°C kan gi en lavere strømningshastighet eller kreve mer motormoment ved temperaturer under null.

Utvelgelsesprosessen bør vurdere:

• Minimum oppstartstemperatur

• Maksimal kontinuerlig kjølevæsketemperatur

• Kaldstartviskositet

• Normal driftsviskositet

• Maksimal tillatt motorstrøm

• Magnetisk koplingsmomentmargin

Bekreft kompatibilitet med fuktet materiale

Gi kjølevæskens komplette tekniske datablad til pumpeprodusenten.

Evalueringen bør inkludere:

• Kjemisk sammensetning

• Glykolkonsentrasjon

• Tilsetningsstoffer

• Elektrisk ledningsevne

• Smøreevne

• Viskositet

• Maksimal temperatur

• Minimum temperatur

• Forventet utskiftingsintervall

Langsiktige nedsenkings- eller sirkulasjonstester kan være nødvendig når kjølevæsken inneholder proprietære tilsetningsstoffer.

Velg riktig motorspenning

Vanlige styrespenninger for ladeutstyr kan inkludere 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC eller tilpassede strømforsyninger.

Den valgte pumpemotoren skal matche laderens elektriske arkitektur og gi passende beskyttelse mot:

• Overstrøm

• Overspenning

• Omvendt polaritet

• Låst rotor

• For høy motortemperatur

• Kommunikasjonsfeil

Evaluer overvåkingskrav

Et moderne væskekjølesystem bør ikke bare stole på kommandoer for pumpedrift.

Kontrolleren kan også overvåke:

• Kjølevæskestrøm

• Innløps- og utløpstemperatur

• Kretstrykk

• Beholderens væskenivå

• Pumpemotorstrøm

• Pumpehastighet

• Kjølevæskelekkasje

• Filter blokkering

Overvåking av disse verdiene hjelper laderen med å redusere ytelsen eller stoppe ladingen trygt når kjøleytelsen er utilstrekkelig.

Nøkkelinformasjon å gi til en pumpeleverandør

Før du ber om et tilbud, bør produsenter av ladestasjoner oppgi følgende informasjon:

Ved å gi fullstendige driftsdata kan pumpeprodusenten anbefale en modell basert på faktiske driftsforhold i stedet for nominell strømning alene.

Vanlige feil ved valg av pumpe

Velg kun etter maksimal flyt

Maksimal strømning måles vanligvis under forhold med lav motstand. Den faktiske flyten inne i en ladekabels kjølekrets kan være vesentlig forskjellig.

Ignorerer kaldstartviskositet

En kjølevæske kan bli mye mer viskøs ved lave temperaturer, noe som øker pumpemomentet og kraftbehovet.

Bruk av inkompatible tetningsmaterialer

En uegnet O-ring eller pakningsmateriale kan svelle, stivne, sprekke eller miste tetningsytelsen etter langvarig eksponering for kjølevæske.

Ignorerer luft i kjølekretsen

Innestengt luft kan redusere varmeoverføringen, øke støyen, avbryte strømmen eller forårsake ustabil pumpedrift. Systemet bør inkludere passende påfyllings-, ventilasjons- og reservoararrangement.

Drift utenfor pumpekurven

Kontinuerlig drift ved for høyt trykk eller uegnet hastighet kan øke slitasje, motortemperatur og intern lekkasje.

Testing av pumpen separat fra systemet

En pumpe kan fungere godt på en laboratoriebenk, men oppføre seg annerledes når den er koblet til selve kabelen, kjøleplaten, varmeveksleren, filteret og rørnettet.

Prototypetesting bør derfor bruke en kjølekrets som tett representerer det endelige ladeutstyret.

Miniatyr magnetisk tannhjulspumpe vs sentrifugalpumpe

Begge pumpetypene kan brukes i væskekjølesystemer, men de har forskjellige egenskaper.

Det endelige valget bør være basert på kjølevæskeegenskaper, nødvendig strømning, trykkfall, støy, pakkestørrelse, levetid, kostnad og vedlikeholdskrav.

Ofte stilte spørsmål

Kan en miniatyrmagnetisk tannhjulspumpe håndtere vannglykolkjølevæske?

Den kan utformes for vann-glykol-blandinger, men pumpeleverandøren må verifisere utstyr, lager, hus, magnetinneslutning og tetningsmaterialers kompatibilitet med nøyaktig glykolkonsentrasjon og tilsetningsstoffer.

Kan pumpen brukes til dielektrisk kjølevæske?

Potensielt, ja. Imidlertid kan dielektriske væsker ha forskjellig viskositet, smøreevne, svelling og temperaturegenskaper. Applikasjonstesting er nødvendig før masseproduksjon.

Er en magnetisk tannhjulspumpe helt lekkasjefri?

Den magnetiske stasjonen fjerner en konvensjonell roterende akseltetning, og reduserer en viktig lekkasjebane. Imidlertid må statiske tetninger, husskjøter, porter, rør og beslag fortsatt være korrekt utformet og testet.

Hvilken strømningshastighet kreves for en væskekjølt ladekabel?

Det er ingen universell strømningshastighet. Det avhenger av ladestrøm, kabeldesign, kjølekanaldimensjoner, kjølevæsketype, kabellengde, tillatt temperaturøkning og systemtrykkfall.

Kan pumpehastigheten justeres i henhold til ladeeffekten?

Ja, når pumpen er utstyrt med en kompatibel børsteløs DC-motor og hastighetsregulator. Laderen kan øke eller redusere pumpehastigheten i henhold til temperatur, ladestrøm eller kjølebehov.

Hvilken informasjon er nødvendig for å tilpasse pumpen?

Pumpeprodusenten krever normalt kjølevæskedata, strømning, trykk, viskositet, driftstemperatur, motorspenning, kontrollmetode, installasjonsplass, porttype, forventet levetid, sertifiseringskrav og årlig etterspørsel.

En kompakt kjølepumpe for neste generasjons EV-lading

Ettersom EV-ladesystemer beveger seg mot høyere strøm og høyere effekt, blir stabil væskesirkulasjon stadig viktigere. Væskekjølte kabler og kontakter utvikles allerede for hundrevis av ampere og, i noen systemer, ladning i megawattklasse.

En riktig valgt miniatyr magnetisk tannhjulspumpe kan gi kompakt kjølevæskesirkulasjon for ladekabler, koblinger, kraftmoduler og integrerte kjøledistribusjonsenheter.

Vellykket pumpeintegrering krever mer enn å matche en nominell strømningshastighet. Produsenter av ladeutstyr bør evaluere hele kjølekretsen, kjølevæskens viskositet, trykktap, temperaturområde, materialkompatibilitet, kontrollstrategi, overvåkingskrav og forventet levetid.

Ved å jobbe med en erfaren produsent av ultrahurtigladende væskekjølepumpe , OEM-er for elbilladere kan utvikle en tilpasset pumpekonfigurasjon som oppfyller deres krav til kjøleytelse, installasjon, pålitelighet og masseproduksjon.