Cum să alegi o pompă cu angrenaje magnetice în miniatură pentru încărcare ultra-rapidă răcire cu lichid

Pe măsură ce puterea de încărcare a vehiculelor electrice continuă să crească, managementul termic a devenit una dintre cele mai importante considerente de proiectare pentru stațiile de încărcare rapidă DC. Curenții mari de încărcare generează căldură semnificativă în cablurile de încărcare, conectori, module de putere, condensatori, inductori și componente de control.

Un Pompa de răcire cu lichid de încărcare ultra-rapidă circulă lichidul de răcire prin sistemul de încărcare, transferă căldura departe de componentele critice și ajută la menținerea unei temperaturi de funcționare stabile în timpul încărcării continue de mare putere.

Pentru producătorii de stații de încărcare și integratorii de sisteme de management termic, pompa miniaturală cu angrenaje magnetice devine o opțiune importantă de pompă datorită structurii sale compacte, livrării previzibile a fluidului, designului cu antrenament magnetic și adecvării pentru circuitele închise de răcire cu lichid.

De ce stațiile de încărcare ultra-rapidă au nevoie de răcire cu lichid?

Încărcarea de mare putere, denumită în mod obișnuit HPC, este utilizată în stațiile de încărcare DC ultra-rapide care funcționează la niveluri ridicate de curent. Phoenix Contact descrie HPC ca o clasă de încărcare DC de înaltă performanță care utilizează curenți de încărcare de peste 375 A. Cele mai recente sisteme de cablu de încărcare răcite cu lichid sunt proiectate pentru o putere de încărcare de până la 1.000 kW în moduri de operare specificate.

Pe măsură ce curentul de încărcare crește, rezistența electrică produce mai multă căldură în conductor, contactele conectorului și componentele electronice din jur. Fără o răcire suficientă, temperatura excesivă poate duce la:

• Putere de încărcare redusă

• Derating automat de curent

• Îmbătrânirea prematură a componentelor

• Izolația cablului deteriorată

• Temperaturi inconfortabile ale conectorului

• Timp de oprire a încărcătorului crescut

• Potenţiale riscuri pentru siguranţa lichidului de răcire sau electric

Răcirea cu lichid îndepărtează căldura prin circulația lichidului de răcire prin tuburi, plăci de răcire, schimbătoare de căldură, cabluri de încărcare sau ansambluri conectori. Circulația constantă a lichidului de răcire este esențială deoarece debitul inadecvat sau instabil poate reduce performanța transferului de căldură.

Ce este o pompă de răcire cu lichid de încărcare ultra-rapidă?

O pompă de răcire cu lichid de încărcare ultra-rapidă este o pompă de circulație a lichidului de răcire instalată în interiorul unei stații de încărcare EV, o unitate de răcire cu lichid, un dozator de încărcare sau un modul de răcire prin cablu.

Funcția sa principală este de a circula fluidul de răcire între componentele generatoare de căldură și un schimbător de căldură sau un radiator.

În funcție de proiectarea sistemului, pompa se poate răci:

• Cabluri de încărcare EV răcite cu lichid

• Conectori de încărcare CCS sau NACS

• Conectori de încărcare megawați

• Module de putere de încărcare DC

• Componente redresor și invertor

• Electronica de putere IGBT sau SiC

• Bare colectoare și contacte electrice

• Dulapuri de control stație de încărcare

• Unitati de racire cu lichid integrate

Un circuit complet de răcire poate include pompa, rezervorul de lichid de răcire, radiatorul, ventilatorul, filtrul, senzorul de temperatură, senzorul de presiune, senzorul de debit, camera de expansiune și controlerul electronic.

Ce este o pompă cu angrenaje magnetice miniaturale?

O pompă miniaturală cu angrenaje magnetice este o pompă compactă cu deplasare pozitivă care utilizează roți dințate rotative pentru a deplasa lichidul de răcire prin circuitul de răcire.

În loc să utilizeze o etanșare convențională a arborelui între motor și camera pompei, pompa folosește cuplaj magnetic pentru a transmite cuplul. Magnetul din partea motorului antrenează un magnet intern conectat la angrenajele pompei.

Acest design separă motorul de lichidul pompat și poate reduce căile de scurgere asociate cu etanșările dinamice ale arborelui.

Pompele cu angrenaje acționate magnetic sunt deja utilizate în aplicațiile de răcire a încărcătoarelor de vehicule electrice, deoarece pot asigura livrarea controlată a fluidului într-un pachet compact. Unele pompe cu angrenaje cu antrenare magnetică comerciale sunt proiectate special pentru fluide la temperatură înaltă și utilizează o structură de transmisie magnetică fără etanșare.

De ce să folosiți o pompă cu angrenaje magnetice în miniatură într-un încărcător EV?

1. Risc redus de scurgere a etanșării arborelui

Scurgerile de lichid de răcire reprezintă o problemă serioasă în interiorul echipamentului de încărcare, deoarece lichidul poate deteriora electronicele de alimentare, plăcile de control, sistemele de izolație și conexiunile electrice.

O pompă cu antrenare magnetică elimină pătrunderea arborelui rotativ dintre camera umedă a pompei și motorul extern. Acest lucru reduce dependența de o etanșare dinamică convențională a arborelui.

Cu toate acestea, pompa completă necesită încă etanșări statice proiectate corespunzător, îmbinări ale carcasei, conexiuni ale tuburilor și fitinguri. Prin urmare, pompa ar trebui evaluată ca parte a întregului circuit de răcire, mai degrabă decât tratată ca singura componentă de control al scurgerilor.

2. Instalare compactă

Echipamentul de încărcare ultra-rapidă conține module de putere, componente de distribuție electrică, dispozitive de monitorizare, sisteme de comunicații, echipamente de răcire și structuri de gestionare a cablurilor.

Spațiul disponibil de instalare este adesea limitat.

O Pompa miniaturală cu angrenaje magnetice poate fi integrată în:

• Unități compacte de distribuție a răcirii

• Module de răcire cablu de încărcare

• Încărcătoare DC montate pe perete

• Dozatoare de încărcare autonome

• Dulapuri de încărcare modulare

• Echipament de încărcare mobil

• Sisteme de testare a răcirii cu lichid

Designul său compact oferă producătorilor de echipamente de încărcare mai multă flexibilitate atunci când aranjează rezervoare, schimbătoare de căldură, senzori, conducte și componente de control.

3. Livrare previzibilă a lichidului de răcire

Pompele cu angrenaje transferă un volum definit de lichid în timpul fiecărei rotații a angrenajului. Acest lucru permite ajustarea debitului prin turația motorului în intervalul de funcționare aprobat al pompei.

Livrarea previzibilă a lichidului de răcire este deosebit de utilă atunci când sistemul de încărcare trebuie să mențină un debit țintă prin tuburi de răcire înguste, cabluri lungi de încărcare, conectori, filtre sau schimbătoare de căldură compacte.

Fluxul real de operare este afectat de:

• Viteza pompei

• Vâscozitatea lichidului de răcire

• Temperatura lichidului de răcire

• Presiune diferențială

• Scurgere internă

• Diametrul conductei

• Lungimea cablului

• Rezistența filtrului

• Scăderea presiunii la schimbătorul de căldură

Din acest motiv, selecția pompei ar trebui să se bazeze pe o curbă completă a rezistenței sistemului, mai degrabă decât pe o valoare a curgerii libere.

4. Compatibilitate cu diferite arhitecturi de răcire

Sistemele de încărcare ultra-rapidă nu folosesc toate același lichid de răcire.

Amestecuri de apă-glicol sunt utilizate în mod obișnuit în echipamentele de încărcare și cablurile de încărcare răcite cu lichid. De exemplu, Phoenix Contact specifică un amestec apă-glicol pentru unele dintre sistemele sale de cabluri de încărcare HPC răcite. Alte sisteme de încărcare sau de încărcare cu megawați pot utiliza fluide de răcire dielectrice, în funcție de modul în care lichidul contactează conductorul și componentele electrice.

O pompă miniaturală cu angrenaje magnetice poate fi dezvoltată pentru diferiți lichide de răcire, dar compatibilitatea materialului trebuie verificată pentru fiecare proiect.

Materialele importante ale pompei includ:

• Carcasa pompei

• Material angrenaj

• Material arborelui

• Materialul rulmentului

• Inele O

• Garnituri

• Adezivi

• Componente de reținere magnetică

Nu presupuneți niciodată că o pompă potrivită pentru apă este automat adecvată pentru amestecuri de glicol, ulei de silicon, lichid de răcire dielectric sau alte fluide de răcire proiectate.

5. Controlul răcirii cu viteză variabilă

Sarcina termică de încărcare se modifică în timpul ciclului de încărcare. De asemenea, poate varia în funcție de cererea vehiculului, de starea de încărcare a bateriei, de temperatura ambiantă, de curentul de încărcare și de numărul de ieșiri de încărcare active.

O pompă cu viteză variabilă permite controlerului de răcire să ajusteze circulația lichidului de răcire în funcție de condițiile de funcționare în timp real.

Metodele posibile de control includ:

• Controlul vitezei PWM

• Intrare viteză 0–10 V

• Control analog al tensiunii

• Comunicare CAN

• Comunicare RS485

• Protocoale personalizate de control al motorului

Funcționarea cu viteză variabilă poate ajuta la reducerea consumului de energie inutil și a zgomotului atunci când încărcătorul funcționează la o sarcină termică mai mică.

6. Potrivit pentru circulație continuă

Stațiile publice de încărcare DC pot funcționa pentru perioade lungi și pot finaliza mai multe sesiuni de încărcare în fiecare zi. Prin urmare, pompa de răcire trebuie proiectată pentru porniri frecvente, funcționare prelungită și condiții de mediu în schimbare.

Atunci când evaluează o pompă de răcire pentru încărcător EV , cumpărătorii ar trebui să solicite informații de testare legate de:

• Funcționare continuă

• Cicluri pornire-oprire

• Performanță la temperaturi ridicate și scăzute

• Îmbătrânirea lichidului de răcire

• Ciclul de presiune

• Creșterea temperaturii motorului

• Uzura rulmentului si angrenajului

• Testarea scurgerilor

• Testare de anduranță de lungă durată

Unde este instalată pompa cu angrenaje magnetice?

Circuit cablu de încărcare răcit cu lichid

Pompa circulă lichidul de răcire prin cablul de încărcare și conector înainte de a-l returna la schimbătorul de căldură.

Această aplicație necesită un control atent al pierderii de presiune, deoarece canalele de răcire din interiorul cablului pot fi înguste, iar lungimea totală a cablului poate fi de câțiva metri.

Răcire conector de încărcare

Căldura se poate acumula în jurul contactelor de încărcare în timpul funcționării cu curent ridicat. Un circuit de răcire dedicat poate transporta căldura departe de zona conectorului și a terminalelor cablului.

Pompa trebuie să asigure un debit suficient fără a produce o presiune excesivă care ar putea deteriora tubulatura, garniturile sau componentele conectorului.

Răcirea modulului de alimentare CC

Modulele de alimentare de încărcare conțin componente semiconductoare generatoare de căldură și dispozitive electrice. Plăcile de răcire cu lichid pot fi utilizate pentru a transfera căldură de la module la un circuit de răcire comun.

În această aplicație, pompa poate avea nevoie să gestioneze mai multe ramuri paralele de răcire.

Unitate integrată de distribuție a răcirii

Unii producători de stații de încărcare folosesc o unitate completă de distribuție a răcirii care conține pompa, rezervorul, radiatorul, ventilatorul, senzorii, filtrul și controlerul.

În această unitate poate fi integrată o pompă magnetică compactă, ca componentă principală de circulație a lichidului de răcire.

Cum să selectați o pompă de răcire cu lichid de încărcare ultra-rapidă

Definiți debitul necesar

Debitul necesar trebuie calculat în funcție de:

• Sarcina termica maxima

• Capacitatea termică a lichidului de răcire

• Creștere permisă a temperaturii lichidului de răcire

• Cerințe de răcire pentru cablu și conector

• Numărul de ramuri de răcire

• Eficiența schimbătorului de căldură

Nu alegeți pur și simplu pompa cu cel mai mare debit maxim. O pompă supradimensionată poate crește consumul de energie, presiunea sistemului, vibrațiile, zgomotul lichidului și creșterea temperaturii lichidului de răcire cauzată de recircularea internă.

Calculați căderea totală de presiune

Pompa trebuie să învingă rezistența din circuitul complet de răcire, inclusiv:

• Cablu de încărcare

• Conector

• Plăci de răcire

• Tuburi și furtunuri

• Coturi și fitinguri

• Filtre

• Supape

• Schimbător de căldură

• Debitmetru

• Cuplaje rapide

Solicitați furnizorului pompei să furnizeze o curbă debit-presiune utilizând o viscozitate a lichidului de răcire apropiată de aplicația reală.

Confirmați vâscozitatea lichidului de răcire la diferite temperaturi

Vâscozitatea lichidului de răcire poate crește semnificativ în medii reci. O pompă care funcționează corect la 25°C poate produce un debit mai scăzut sau poate necesita mai mult cuplu motor la temperaturi sub zero.

Procesul de selecție ar trebui să ia în considerare:

• Temperatura minima de pornire

• Temperatura maximă continuă a lichidului de răcire

• Vâscozitate la pornire la rece

• Vâscozitate normală de funcționare

• Curentul maxim admisibil al motorului

• Marja cuplului de cuplare magnetică

Verificați compatibilitatea materialului umezit

Furnizați fișa tehnică completă a lichidului de răcire producătorului pompei.

Evaluarea ar trebui să includă:

• Compoziția chimică

• Concentrația de glicol

• Aditivi

• Conductivitate electrică

• Lubricitate

• Viscozitate

• Temperatura maxima

• Temperatura minima

• Interval de înlocuire așteptat

Testele de imersie sau de circulație pe termen lung pot fi necesare atunci când lichidul de răcire conține aditivi brevetați.

Selectați tensiunea corectă a motorului

Tensiunile comune de control ale echipamentelor de încărcare pot include 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC sau surse de alimentare personalizate.

Motorul pompei selectat trebuie să se potrivească cu arhitectura electrică a încărcătorului și să ofere o protecție adecvată împotriva:

• Supracurent

• Supratensiune

• Polaritate inversă

• Rotor blocat

• Temperatura excesivă a motorului

• Eșec de comunicare

Evaluați cerințele de monitorizare

Un sistem modern de răcire cu lichid nu ar trebui să se bazeze doar pe comenzile de funcționare a pompei.

Controlerul poate monitoriza, de asemenea:

• Debitul lichidului de răcire

• Temperatura la intrare și la ieșire

• Presiunea circuitului

• Nivelul lichidului din rezervor

• Curentul motorului pompei

• Viteza pompei

• Scurgeri de lichid de răcire

• Blocarea filtrului

Monitorizarea acestor valori ajută încărcătorul să reducă puterea sau să oprească încărcarea în siguranță atunci când performanța de răcire este insuficientă.

Informații cheie de furnizat unui furnizor de pompe

Înainte de a solicita o ofertă, producătorii stațiilor de încărcare ar trebui să furnizeze următoarele informații:

Furnizarea datelor complete de funcționare permite producătorului pompei să recomande un model bazat pe condițiile reale de funcționare în loc doar debitul nominal.

Greșeli frecvente de selecție a pompei

Selectarea numai după debitul maxim

Debitul maxim este de obicei măsurat în condiții de rezistență scăzută. Debitul real în interiorul unui circuit de răcire a cablului de încărcare poate fi substanțial diferit.

Ignorarea vâscozității la pornire la rece

Un lichid de răcire poate deveni mult mai vâscos la temperaturi scăzute, crescând cuplul pompei și cerințele de putere.

Utilizarea materialelor de etanșare incompatibile

Un inel O sau un material de garnitură nepotrivit se poate umfla, întări, crăpa sau pierde performanța de etanșare după expunerea pe termen lung la lichidul de răcire.

Ignorarea aerului din circuitul de răcire

Aerul prins poate reduce transferul de căldură, crește zgomotul, poate întrerupe fluxul sau poate cauza funcționarea instabilă a pompei. Sistemul trebuie să includă aranjamente adecvate de umplere, aerisire și rezervor.

Funcționează în afara curbei pompei

Funcționarea continuă la presiune excesivă sau viteză necorespunzătoare poate crește uzura, temperatura motorului și scurgerile interne.

Testarea pompei separat de sistem

O pompă poate funcționa bine pe un banc de laborator, dar se comportă diferit atunci când este conectată la cablul propriu-zis, placa de răcire, schimbătorul de căldură, filtrul și rețeaua de conducte.

Prin urmare, testarea prototipului ar trebui să utilizeze un circuit de răcire care reprezintă îndeaproape echipamentul final de încărcare.

Pompă miniaturală cu angrenaje magnetice vs pompă centrifugă

Ambele tipuri de pompe pot fi utilizate în sistemele de răcire cu lichid, dar au caracteristici diferite.

Alegerea finală ar trebui să se bazeze pe proprietățile lichidului de răcire, debitul necesar, căderea de presiune, zgomotul, dimensiunea pachetului, durata de viață, costul și cerințele de întreținere.

Întrebări frecvente

Poate o pompă cu angrenaj magnetică în miniatură să gestioneze lichidul de răcire cu apă-glicol?

Poate fi proiectat pentru amestecuri apă-glicol, dar furnizorul pompei trebuie să verifice compatibilitatea angrenajului, rulmenților, carcasei, magnetului și materialului de etanșare cu concentrația exactă de glicol și aditivi.

Poate fi folosită pompa pentru lichidul de răcire dielectric?

Potenţial, da. Cu toate acestea, fluidele dielectrice pot avea caracteristici diferite de vâscozitate, lubrifiere, umflare și temperatură. Testarea aplicației este necesară înainte de producția în masă.

Este o pompă cu angrenaje magnetice complet fără scurgeri?

Acționarea magnetică îndepărtează o etanșare convențională a arborelui rotativ, reducând o cale importantă de scurgere. Cu toate acestea, etanșările statice, îmbinările carcasei, porturile, tuburile și fitingurile trebuie să fie proiectate și testate corect.

Ce debit este necesar pentru un cablu de încărcare răcit cu lichid?

Nu există un debit universal. Depinde de curentul de încărcare, designul cablului, dimensiunile canalului de răcire, tipul lichidului de răcire, lungimea cablului, creșterea permisă a temperaturii și scăderea presiunii sistemului.

Viteza pompei poate fi reglată în funcție de puterea de încărcare?

Da, când pompa este echipată cu un motor DC fără perii și regulator de viteză compatibil. Încărcătorul poate crește sau reduce viteza pompei în funcție de temperatură, curent de încărcare sau cerere de răcire.

Ce informații sunt necesare pentru personalizarea pompei?

Producătorul pompei solicită în mod normal date despre lichidul de răcire, debitul, presiunea, vâscozitatea, temperatura de funcționare, tensiunea motorului, metoda de control, spațiul de instalare, tipul de port, durata de viață estimată, cerințele de certificare și cererea anuală.

O pompă de răcire compactă pentru încărcarea EV de ultimă generație

Pe măsură ce sistemele de încărcare EV se deplasează către un curent mai mare și o putere mai mare, circulația stabilă a lichidului devine din ce în ce mai importantă. Cablurile și conectorii răcit cu lichid sunt deja dezvoltate pentru sute de amperi și, în unele sisteme, încărcare de clasă megawați.

O selectată corespunzător pompă miniaturală cu angrenaj magnetic poate asigura circulația compactă a lichidului de răcire pentru cabluri de încărcare, conectori, module de putere și unități de distribuție a răcirii integrate.

Integrarea cu succes a pompei necesită mai mult decât potrivirea unui debit nominal. Producătorii de echipamente de încărcare ar trebui să evalueze circuitul complet de răcire, vâscozitatea lichidului de răcire, pierderea de presiune, intervalul de temperatură, compatibilitatea materialelor, strategia de control, cerințele de monitorizare și durata de viață estimată.

Lucrând cu un experimentat Producător de pompe de răcire cu lichid de încărcare ultra-rapidă , producătorii de încărcătoare EV pot dezvolta o configurație personalizată a pompei care să îndeplinească cerințele lor de performanță de răcire, instalare, fiabilitate și producție în masă.