Hur man väljer en magnetisk miniatyrpump för ultrasnabb laddning av vätskekylning

Eftersom laddningseffekten för elfordon fortsätter att öka, har termisk hantering blivit en av de viktigaste designhänsynen för DC-snabba laddningsstationer. Höga laddningsströmmar genererar betydande värme i laddningskablar, kontakter, kraftmoduler, kondensatorer, induktorer och styrkomponenter.

En ultrasnabb laddning vätskekylningspump cirkulerar kylvätska genom laddningssystemet, överför värme från kritiska komponenter och hjälper till att upprätthålla en stabil driftstemperatur under kontinuerlig högeffektsladdning.

För tillverkare av laddstationer och integratörer av termiska ledningssystem, håller den magnetiska miniatyrkugghjulspumpen på att bli ett viktigt pumpalternativ på grund av dess kompakta struktur, förutsägbara vätskeleverans, magnetiska drivsystem och lämplighet för slutna vätskekylkretsar.

Varför behöver ultrasnabba laddningsstationer flytande kylning?

Högeffektsladdning, vanligen kallad HPC, används i ultrasnabba DC-laddningsstationer som arbetar med höga strömnivåer. Phoenix Contact beskriver HPC som en högpresterande DC-laddningsklass med laddningsströmmar över 375 A. Dess senaste vätskekylda laddkabelsystem är konstruerade för laddningseffekter som når upp till 1 000 kW under specificerade driftlägen.

När laddningsströmmen ökar producerar det elektriska motståndet mer värme i ledaren, kontakterna och omgivande elektroniska komponenter. Utan tillräcklig kylning kan för hög temperatur leda till:

• Minskad laddningseffekt

• Automatisk strömderating

• För tidigt åldrande av komponenter

• Skadad kabelisolering

• Obekväma kontakttemperaturer

• Ökad laddare stilleståndstid

• Potentiella risker för kylvätska eller elektriska säkerhetsrisker

Vätskekylning tar bort värme genom att cirkulera kylvätska genom rör, kylplattor, värmeväxlare, laddningskablar eller anslutningsenheter. Konsekvent kylvätskecirkulation är viktigt eftersom otillräckligt eller instabilt flöde kan minska värmeöverföringsprestanda.

Vad är en ultrasnabbladdningsvätskekylningspump?

En ultrasnabbladdande vätskekylningspump är en kylvätskecirkulationspump installerad inuti en EV-laddningsstation, vätskekylningsenhet, laddningsdispenser eller kabelkylningsmodul.

Dess huvudsakliga funktion är att cirkulera kylvätska mellan värmealstrande komponenter och en värmeväxlare eller radiator.

Beroende på systemdesign kan pumpen kylas:

• Vätskekylda EV-laddningskablar

• CCS eller NACS laddningskontakter

• Megawatt laddningskontakter

• DC-laddningskraftmoduler

• Likriktare och inverterkomponenter

• IGBT eller SiC kraftelektronik

• Samlingsskenor och elektriska kontakter

• Laddstations kontrollskåp

• Integrerade vätskekylningsenheter

En komplett kylkrets kan innefatta pumpen, kylvätskebehållaren, kylaren, fläkten, filtret, temperatursensorn, trycksensorn, flödessensorn, expansionskammaren och den elektroniska styrenheten.

Vad är en magnetisk miniatyrpump?

En magnetisk miniatyrpump är en kompakt pump med positiv deplacement som använder roterande kugghjul för att föra kylvätska genom kylkretsen.

Istället för att använda en konventionell axeltätning mellan motorn och pumpkammaren, använder pumpen magnetisk koppling för att överföra vridmoment. Motorsidans magnet driver en intern magnet ansluten till pumpdreven.

Denna design separerar motorn från den pumpade vätskan och kan minska läckagevägar förknippade med dynamiska axeltätningar.

Magnetiskt drivna kugghjulspumpar används redan i applikationer för kylning av elbilar eftersom de kan ge kontrollerad vätskeleverans i en kompakt förpackning. Vissa kommersiella magnetiska drivhjulspumpar är speciellt utformade för högtemperaturvätskor och använder en tätningsfri magnetisk transmissionsstruktur.

Varför använda en magnetisk miniatyrpump i en EV-laddare?

1. Minskad risk för läckage av axeltätning

Kylvätskeläckage är ett allvarligt problem inuti laddningsutrustning eftersom vätska kan skada kraftelektronik, styrkort, isoleringssystem och elektriska anslutningar.

En magnetisk drivpump eliminerar den roterande axelpenetreringen mellan den våta pumpkammaren och den externa motorn. Detta minskar beroendet av en konventionell dynamisk axeltätning.

Den kompletta pumpen kräver dock fortfarande korrekt utformade statiska tätningar, husskarvar, slanganslutningar och kopplingar. Därför bör pumpen utvärderas som en del av hela kylkretsen snarare än behandlas som den enda läckagekontrollkomponenten.

2. Kompakt installation

Ultrasnabb laddningsutrustning innehåller kraftmoduler, elektriska distributionskomponenter, övervakningsenheter, kommunikationssystem, kylutrustning och kabelhanteringsstrukturer.

Tillgängligt installationsutrymme är ofta begränsat.

A magnetisk miniatyrpump kan integreras i:

• Kompakta kyldistributionsenheter

• Laddkabel kylmoduler

• Väggmonterade DC-laddare

• Fristående laddningsautomater

• Modulära laddningsskåp

• Mobil laddningsutrustning

• Testsystem för vätskekylning

Dess kompakta design ger tillverkare av laddningsutrustning mer flexibilitet när de arrangerar reservoarer, värmeväxlare, sensorer, rörledningar och styrkomponenter.

3. Förutsägbar kylvätsketillförsel

Kugghjulspumpar överför en definierad volym vätska under varje växelrotation. Detta gör att flödeshastigheten kan justeras genom motorhastigheten inom pumpens godkända driftområde.

Förutsägbar kylvätsketillförsel är särskilt användbar när laddningssystemet behöver bibehålla en målflödeshastighet genom smala kylrör, långa laddningskablar, kontakter, filter eller kompakta värmeväxlare.

Det faktiska driftflödet påverkas av:

• Pumphastighet

• Kylvätskans viskositet

• Kylvätsketemperatur

• Differenstryck

• Internt läckage

• Rördiameter

• Kabellängd

• Filtermotstånd

• Värmeväxlarens tryckfall

Av denna anledning bör pumpval baseras på en komplett systemresistanskurva snarare än ett fritt flödesvärde enbart.

4. Kompatibilitet med olika kylarkitekturer

Ultrasnabba laddningssystem använder inte alla samma kylvätska.

Vatten-glykolblandningar används vanligtvis i laddningsutrustning och vätskekylda laddningskablar. Till exempel specificerar Phoenix Contact en vatten-glykolblandning för några av sina kylda HPC-laddningskabelsystem. Andra laddningssystem eller megawatt-laddningssystem kan använda dielektriska kylvätskor, beroende på hur vätskan kommer i kontakt med ledaren och elektriska komponenter.

En magnetisk kugghjulspump i miniatyr kan utvecklas för olika kylvätskor, men materialkompatibiliteten måste verifieras för varje projekt.

Viktiga pumpmaterial inkluderar:

• Pumphus

• Växelmaterial

• Skaftmaterial

• Lagermaterial

• O-ringar

• Packningar

• Lim

• Magnetiska inneslutningskomponenter

Anta aldrig att en pump som är lämplig för vatten automatiskt är lämplig för glykolblandningar, silikonolja, dielektrisk kylvätska eller andra konstruerade kylvätskor.

5. Kylningskontroll med variabel hastighet

Laddningsvärmebelastningen ändras under laddningscykeln. Det kan också variera beroende på fordonets behov, batteriets laddningstillstånd, omgivningstemperatur, laddningsström och antalet aktiva laddningsutgångar.

En pump med variabel hastighet gör att kylregulatorn kan justera kylvätskecirkulationen enligt driftsförhållandena i realtid.

Möjliga kontrollmetoder inkluderar:

• PWM hastighetskontroll

• 0–10 V hastighetsingång

• Analog spänningskontroll

• CAN-kommunikation

• RS485 kommunikation

• Anpassade motorkontrollprotokoll

Drift med variabel hastighet kan bidra till att minska onödig energiförbrukning och buller när laddaren arbetar med en lägre termisk belastning.

6. Lämplig för kontinuerlig cirkulation

Offentliga DC-laddningsstationer kan fungera under långa perioder och genomföra flera laddningssessioner varje dag. Kylpumpen måste därför konstrueras för frekventa starter, förlängd drift och föränderliga miljöförhållanden.

När man utvärderar en kylpump för el-laddare bör köpare begära testinformation relaterad till:

• Kontinuerlig drift

• Start-stopp-cykler

• Hög- och lågtemperaturprestanda

• Kylvätska åldras

• Tryckcykling

• Motortemperaturhöjning

• Lager- och växelslitage

• Läckagetestning

• Långvarig uthållighetstestning

Var är den magnetiska kugghjulspumpen installerad?

Vätskekyld laddningskabelkrets

Pumpen cirkulerar kylvätska genom laddningskabeln och kontakten innan den återförs till värmeväxlaren.

Denna applikation kräver noggrann kontroll av tryckförlusterna eftersom kylkanalerna inuti kabeln kan vara smala och den totala kabellängden kan vara flera meter.

Laddningskontakt Kylning

Värme kan samlas runt laddningskontakter under högströmsdrift. En dedikerad kylkrets kan transportera bort värme från kontakten och kabelanslutningsområdet.

Pumpen måste ge tillräckligt flöde utan att producera för högt tryck som kan skada slangar, tätningar eller anslutningskomponenter.

DC Power Modul Kylning

Laddningskraftmoduler innehåller värmealstrande halvledarkomponenter och elektriska enheter. Vätskekylplattor kan användas för att överföra värme från modulerna till en delad kylkrets.

I denna applikation kan pumpen behöva hantera flera parallella kylgrenar.

Integrerad kyldistributionsenhet

Vissa laddstationstillverkare använder en komplett kyldistributionsenhet som innehåller pumpen, behållaren, kylaren, fläkten, sensorerna, filtret och styrenheten.

En kompakt magnetisk kugghjulspump kan integreras i denna enhet som den huvudsakliga kylvätskecirkulationskomponenten.

Hur man väljer en ultrasnabbladdningsvätskekylningspump

Definiera den erforderliga flödeshastigheten

Det erforderliga flödet bör beräknas enligt:

• Maximal värmebelastning

• Kylvätskans värmekapacitet

• Tillåten kylvätsketemperaturhöjning

• Kabel- och kontaktkylningskrav

• Antal kylgrenar

• Värmeväxlarens effektivitet

Välj inte bara pumpen med det högsta maximala flödet. En överdimensionerad pump kan öka energiförbrukningen, systemtrycket, vibrationerna, vätskeljudet och kylvätsketemperaturen som orsakas av intern recirkulation.

Beräkna det totala tryckfallet

Pumpen måste övervinna motståndet från hela kylkretsen, inklusive:

• Laddkabel

• Anslutning

• Kylplattor

• Rör och slangar

• Böjningar och beslag

• Filter

• Ventiler

• Värmeväxlare

• Flödesmätare

• Snabbkopplingar

Be pumpleverantören tillhandahålla en flödestryckkurva med en kylvätskas viskositet nära den faktiska applikationen.

Bekräfta kylvätskans viskositet vid olika temperaturer

Kylvätskans viskositet kan öka avsevärt i kalla miljöer. En pump som fungerar korrekt vid 25°C kan ge ett lägre flöde eller kräva mer motorvridmoment vid minusgrader.

Urvalsprocessen bör ta hänsyn till:

• Minsta starttemperatur

• Maximal kontinuerlig kylvätsketemperatur

• Kallstartviskositet

• Normal driftviskositet

• Högsta tillåtna motorström

• Magnetisk kopplings vridmomentmarginal

Verifiera kompatibilitet med blött material

Lämna kylvätskans fullständiga tekniska datablad till pumptillverkaren.

Utvärderingen bör innehålla:

• Kemisk sammansättning

• Glykolkoncentration

• Tillsatser

• Elektrisk ledningsförmåga

• Smörjbarhet

• Viskositet

• Maximal temperatur

• Lägsta temperatur

• Förväntat bytesintervall

Långvariga nedsänknings- eller cirkulationstest kan vara nödvändiga när kylvätskan innehåller patenterade tillsatser.

Välj Rätt motorspänning

Vanliga kontrollspänningar för laddningsutrustning kan inkludera 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC eller anpassade strömförsörjningar.

Den valda pumpmotorn bör matcha laddarens elektriska arkitektur och ge lämpligt skydd mot:

• Överström

• Överspänning

• Omvänd polaritet

• Låst rotor

• För hög motortemperatur

• Kommunikationsfel

Utvärdera övervakningskrav

Ett modernt vätskekylningssystem bör inte bara förlita sig på pumpdriftskommandon.

Styrenheten kan också övervaka:

• Kylvätskeflöde

• Inlopps- och utloppstemperatur

• Kretstryck

• Behållarens vätskenivå

• Pumpmotorström

• Pumphastighet

• Kylvätskeläckage

• Filterblockering

Övervakning av dessa värden hjälper laddaren att minska uteffekten eller sluta ladda på ett säkert sätt när kylningsprestanda är otillräcklig.

Nyckelinformation att tillhandahålla en pumpleverantör

Innan du begär en offert bör tillverkare av laddstationer tillhandahålla följande information:

Genom att tillhandahålla fullständiga driftsdata kan pumptillverkaren rekommendera en modell baserad på faktiska driftförhållanden istället för enbart nominellt flöde.

Vanliga pumpvalsmisstag

Välj endast efter maximalt flöde

Maximalt flöde mäts vanligtvis under förhållanden med lågt motstånd. Det faktiska flödet inuti en laddningskabelns kylkrets kan vara väsentligt annorlunda.

Ignorera kallstartsviskositet

En kylvätska kan bli mycket mer trögflytande vid låga temperaturer, vilket ökar pumpens vridmoment och effektkraven.

Användning av inkompatibla tätningsmaterial

En olämplig O-ring eller packningsmaterial kan svälla, hårdna, spricka eller förlora tätningsprestanda efter långvarig exponering för kylvätska.

Ignorerar luft i kylkretsen

Instängd luft kan minska värmeöverföringen, öka ljudet, avbryta flödet eller orsaka instabil pumpdrift. Systemet bör inkludera lämpliga påfyllnings-, ventilations- och reservoararrangemang.

Fungerar utanför pumpkurvan

Kontinuerlig drift vid för högt tryck eller olämplig hastighet kan öka slitage, motortemperatur och internt läckage.

Testa pumpen separat från systemet

En pump kan fungera bra på en laboratoriebänk men beter sig annorlunda när den är ansluten till själva kabeln, kylplattan, värmeväxlaren, filtret och rörnätet.

Prototypprovning bör därför använda en kylkrets som nära representerar den slutliga laddningsutrustningen.

Magnetisk miniatyrväxelpump vs centrifugalpump

Båda pumptyperna kan användas i vätskekylsystem, men de har olika egenskaper.

Det slutliga valet bör baseras på kylmedelsegenskaper, erforderligt flöde, tryckfall, buller, förpackningsstorlek, livslängd, kostnad och underhållskrav.

Vanliga frågor

Kan en magnetisk miniatyrpump hantera vatten-glykolkylvätska?

Den kan utformas för blandningar av vatten och glykol, men pumpleverantören måste verifiera växel, lager, hus, magnetinneslutning och tätningsmaterials kompatibilitet med den exakta glykolkoncentrationen och tillsatserna.

Kan pumpen användas för dielektrisk kylvätska?

Potentiellt, ja. Emellertid kan dielektriska vätskor ha olika viskositet, smörjbarhet, svällning och temperaturegenskaper. Applikationstestning krävs före massproduktion.

Är en magnetisk kugghjulspump helt läckagefri?

Den magnetiska drivningen tar bort en konventionell roterande axeltätning, vilket minskar en viktig läckageväg. Statiska tätningar, höljesförband, portar, slangar och kopplingar måste dock fortfarande vara korrekt utformade och testade.

Vilken flödeshastighet krävs för en vätskekyld laddningskabel?

Det finns ingen universell flödeshastighet. Det beror på laddningsström, kabeldesign, kylkanaldimensioner, kylmedelstyp, kabellängd, tillåten temperaturökning och systemtryckfall.

Kan pumphastigheten justeras efter laddningseffekt?

Ja, när pumpen är utrustad med en kompatibel borstlös likströmsmotor och hastighetsregulator. Laddaren kan öka eller minska pumphastigheten beroende på temperatur, laddningsström eller kylbehov.

Vilken information behövs för pumpanpassning?

Pumptillverkaren kräver normalt kylvätskedata, flöde, tryck, viskositet, driftstemperatur, motorspänning, styrmetod, installationsutrymme, porttyp, förväntad livslängd, certifieringskrav och årlig efterfrågan.

En kompakt kylpump för nästa generations elbilsladdning

När laddningssystem för elbilar går mot högre ström och högre effekt, blir stabil vätskecirkulation allt viktigare. Vätskekylda kablar och kontakter utvecklas redan för hundratals ampere och, i vissa system, megawatt-klassladdning.

En korrekt vald magnetisk miniatyrpump kan ge kompakt kylvätskecirkulation för laddningskablar, kontakter, kraftmoduler och integrerade kyldistributionsenheter.

En framgångsrik pumpintegrering kräver mer än att matcha ett nominellt flöde. Tillverkare av laddningsutrustning bör utvärdera hela kylkretsen, kylvätskans viskositet, tryckförlust, temperaturområde, materialkompatibilitet, styrstrategi, övervakningskrav och förväntad livslängd.

Genom att arbeta med en erfaren tillverkare av ultrasnabbladdningsvätskekylningspumpar , EV-laddare OEM-tillverkare kan utveckla en anpassad pumpkonfiguration som uppfyller deras kylprestanda, installation, tillförlitlighet och massproduktionskrav.