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EV-Ladegerät Kühlung Showdown: Was ist der Unterschied zwischen Flüssigkeitskühlung für Leistungsmodule und Kabelkühlung?

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Flüssigkeitskühlung für Leistungsmodule und Kabelkühlungspumpe

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Da die Reichweitenangst bei Fahrzeugen mit neuer Energie allmählich abnimmt, ist die Ladezeit zum neuen Schwerpunkt geworden. Es hat sich eine ultraschnelle Ladetechnologie entwickelt, die "5 Minuten Ladezeit für 200 km Reichweite" bietet. Die unbesungenen Helden hinter dieser blitzschnellen Geschwindigkeit sind jedoch die leistungsstarken Leistungsmodule und Ladekabel im Inneren der Ladesäulen. Während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs erzeugen sie eine enorme Hitze. Wenn diese nicht rechtzeitig abgeführt wird, kann sie im besten Fall die Effizienz verringern, im schlimmsten Fall zu Fehlfunktionen und sogar zu Sicherheitsvorfällen führen. Daher haben zwei wichtige Kühltechnologien die Bühne betreten: Flüssigkeitskühlung für Module und Kühlung für Ladekabel. Wie funktionieren sie, und worin bestehen die Unterschiede?

Das "Herz" und die "Blutgefäße" der Ladesäulen: Leistungsmodule und Ladekabel

Was ist ein "Leistungsmodul"?
Das Leistungsmodul ist das "Herz" einer Gleichstromladesäule. Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung von Netzwechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC), der für die Batterien von Elektrofahrzeugen benötigt wird. Außerdem fungiert es als "Motor" für die Leistungsabgabe. Die Ausgangsleistung (kW) einer Ladesäule hängt direkt von der Leistung und Menge der Leistungsmodule ab. Ein einzelnes Modul hat in der Regel eine Leistung von 15 kW, 20 kW, 30 kW, 40 kW oder sogar mehr. Um Schnellladungen mit hoher Leistung (z. B. 150 kW, 350 kW, 600 kW) zu erreichen, werden mehrere Leistungsmodule in der Ladesäule parallel geschaltet und arbeiten zusammen.

Das Leistungsmodul enthält komplexe Steuerschaltungen. Es muss in Echtzeit mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) des Fahrzeugs kommunizieren und die Ausgangsspannung und den Strom auf der Grundlage des Batteriestatus (Spannung, Temperatur, Ladezustand) dynamisch anpassen, um einen effizienten und sicheren Ladevorgang zu gewährleisten und eine Überladung oder Beschädigung der Batterie zu verhindern.

Was ist ein "Ladesäulenkabel"?
Das Ladesäulenkabel ist das Kernstück der Spezialausrüstung, die Elektrofahrzeuge (EVs) oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) mit elektrischer Energie versorgt und als "Lebensader" zwischen der Ladesäule und dem Elektrofahrzeug fungiert.
Zu seinen wichtigsten Funktionen und Merkmalen gehören:

1. Übertragung von elektrischer Energie mit hoher Leistung: Das Kabel enthält mehrere dicke Leiter (in der Regel Kupfer), die speziell für die sichere und effiziente Übertragung der für das Aufladen erforderlichen hohen Stromstärke und Spannung ausgelegt sind.
2. Steuersignale und Datenkommunikation: Das Kabel enthält auch dünne Drähte für die Übertragung von Niederspannungssignalen. Diese Signalleitungen sind für die "Kommunikation" zwischen der Ladesäule und dem Fahrzeug verantwortlich und übertragen Steuerungssignale (CP) und Kommunikationsdaten (z. B. CAN oder PLC).
3. Sicherheitsgarantie: Das Kabel verfügt über einen Isolationsschutz und gewährleistet einen sicheren Ladevorgang durch Maßnahmen wie Temperaturüberwachung, mechanischen Schutz und Schnittstellenschutz.

Warum brauchen Ladesäulenstrommodule und Kabel Kühlsysteme?
1. Kühlung von Leistungsmodulen
Die internen Komponenten von Leistungsmodulen sind sehr dicht gepackt. Der Wirkungsgrad der elektrischen Energieumwandlung beträgt etwa 95~98%, was zu einer hochkonzentrierten Wärmeentwicklung führt. Die verlorene Energie wird als Wärme freigesetzt. Ein 150-kW-Stapel kann beispielsweise 3 bis 7,5 kW Wärme erzeugen. Die Temperaturanforderungen sind äußerst streng und müssen in der Regel unter 85°C gehalten werden.
Die Flüssigkeitskühlung ist derzeit die gängige Lösung für Hochleistungs-Ladesäulen (insbesondere für solche über 150 kW). Das Kernprinzip besteht darin, dass die Kühlflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in versiegelten Strömungskanälen zirkuliert und direkt mit den Wärmequellen im Modul in Kontakt kommt oder durch Wärmeableitungssubstrate fließt, um die Wärme effizient abzuführen. Die Wärme wird dann über einen externen Kühler (luftgekühlt oder sekundär flüssigkeitsgekühlt) an die Umgebung abgeleitet. Die Flüssigkeitskühlung bietet erhebliche Vorteile: hohe Wärmeabfuhrkapazität, gleichmäßige und präzise Temperaturregelung und hohe Zuverlässigkeit.

2. Kabelkühlung
Das Hauptziel der Kabelkühlung besteht darin, den Konflikt zwischen "hoher Stromübertragung" und "einfacher Handhabung" zu lösen Wenn Strom durch einen Leiter (die Kupfer-/Aluminiumkerne im Kabel) fließt, wird aufgrund des Leiterwiderstands Wärme (Joule-Wärme) erzeugt, und zwar nach der Formel: Q=I²RT. Je größer der Strom ist, desto größer ist die erzeugte Wärme - sie steigt quadratisch an! Die Wärme, die bei der Übertragung von Strömen von 500 A oder 600 A entsteht, übersteigt bei weitem das, was ein Standardkabel aushalten kann.

Die Kabelkühlungstechnologie ermöglicht die sichere Übertragung ultrahoher Ströme bei begrenzter oder sogar keiner Vergrößerung der Kabelquerschnittsfläche durch aktive Wärmeableitung, wodurch "leichte" und "flexible" Kabel erreicht werden. Die Kühlungslösungen müssen ein Gleichgewicht zwischen Wärmeableitungseffizienz und strukturellem Design herstellen. Es gibt zwei Haupttypen:

Flüssigkeitsgekühlte Kabel: Sie sind die erste Wahl für die derzeitige Ultra-Hochleistungs-Schnellladung. Neben den traditionellen leitenden Adern enthalten sie ein unabhängiges internes Rohr, in dem Kühlmittel zirkuliert und die vom Kabel erzeugte Wärme direkt abführt. Dadurch bleibt das Kabel auch bei größeren Stromstärken relativ schlank und flexibel.

Luftkühlung/Natürliche Kühlung: Wird in erster Linie bei Ladesäulen mit relativ geringer Leistung (z. B. 60 kW und darunter) eingesetzt. Sie beruhen auf natürlicher Luftkonvektion oder kleinen eingebauten Lüftern zur erzwungenen konvektiven Wärmeableitung. Der Vorteil liegt in der einfachen Struktur und den niedrigen Kosten, aber die Wärmeableitungskapazität ist bei hohen Strömen begrenzt und erfordert oft dickere und schwerere Kabel, um die Widerstandserwärmung zu verringern.

Der "Kühlungsmotor": Die treibende Rolle der Liuqid-Pumpen
Im Bereich des ultraschnellen Ladens von Fahrzeugen mit neuer Energie ist die "Flüssigkeitskühlung" zu einer entscheidenden Technologie geworden, um das Laden mit hoher Leistung zu ermöglichen. Ob für die Leistungsmodule in den Ladesäulen oder die an die Fahrzeuge angeschlossenen Ladekabel, ein effizientes Flüssigkeitskühlsystem ist auf eine zentrale Energiequelle angewiesen - die EV-Ladepumpe. Als "Herzstück" des Flüssigkeitskühlsystems treibt die Flüssigkeitskühlpumpe die Zirkulation der Kühlflüssigkeit an und leitet die Wärme effektiv von den Hauptkomponenten ab.

Wenn eine Ladesäule mit hoher Leistung arbeitet (z. B. über 350 kW), erzeugen Komponenten wie Leistungsmodule erhebliche Wärme. Wird diese Wärme nicht rechtzeitig abgeführt, kann sie zu Überhitzungsschäden führen, die Ladeeffizienz verringern oder sogar Überhitzungsschutzmechanismen auslösen. Die Flüssigkeitskühlpumpe spielt eine wichtige Rolle, indem sie Kühlmittel mit niedriger Temperatur aus dem Reservoir in den Wärmetauscher pumpt. Dort nimmt das Kühlmittel Wärme auf und wird zu Hochtemperatur-Kühlmittel, bevor es durch einen Kühler (oder einen externen Kühlturm) fließt, um die Wärme abzuführen. Schließlich fließt das Kühlmittel zurück in die Ladesäule und bildet einen geschlossenen Kühlkreislauf. Darüber hinaus sorgt die Pumpe für einen ausreichenden Kühlmitteldurchsatz in den wärmeerzeugenden Bereichen und ermöglicht so einen effizienten Wärmeaustausch. Sie sorgt auch für einen stabilen Systemdruck, um einen effektiven Kontakt des Kühlmittels mit den Wärmeabgabeflächen zu gewährleisten.

Das Kühlprinzip der flüssigkeitsgekühlten Ladekabel beruht auf der Integration von Flüssigkeitskühlkanälen in die Kabelstruktur. Die Flüssigkeitskühlpumpe lässt das Kühlmittel zirkulieren, um die von den Kabeln erzeugte Wärme abzuführen. Bei den flüssigkeitsgekühlten Endgeräten werden zwei technische Ansätze unterschieden, die sich auf das Kühlmedium beziehen: Wasserkühlung und Ölkühlung. Bei den aktuellen Konstruktionen, die ein Wasser-Kältemittel-Medium verwenden, sind die Flüssigkeitskühlrohre entlang der DC+/DC--Leiter positioniert, um die Wärme von den Kupferleitern abzuführen. Bei Konstruktionen mit Isolieröl als Medium werden die Flüssigkeitskühlrohre entweder innerhalb oder außerhalb der DC+/DC- Kerne platziert, um den gleichen Wärmeableitungseffekt zu erzielen. Detaillierte Abbildungen finden Sie in den folgenden Strukturdiagrammen.

TOPSFLO-Mikropumpen: Effizientes und sicheres ultraschnelles Aufladen ermöglichen

In einer Zeit, in der höhere Leistungen und schnellere Ladegeschwindigkeiten angestrebt werden, ist eine leistungsstarke und äußerst zuverlässige Pumpe für Schnellladegeräte der Grundstein für den stabilen Betrieb von Kühlsystemen für Ladesäulen. TOPSFLO Micro Pump Company hat eine Reihe von Hochleistungskühlwasserpumpen speziell für Elektrofahrzeug-Ladeanwendungen entwickelt, die sowohl für die Kühlung von Leistungsmodulen als auch für die Kühlung von Kabeln geeignet sind.

Welcher Pumpentyp ist ideal für die Kühlung von Leistungsmodulen?
Die bürstenlosen Gleichstromkreiselpumpen der TL-Serie von TOPSFLO haben sich mit ihren drei Hauptvorteilen - hoher Wirkungsgrad, leiser Betrieb und lange Lebensdauer - zur bevorzugten Kühllösung für weltweit führende Ladesäulenhersteller entwickelt.
1. Bürstenlose Motorkonstruktion: Eliminiert den Bürstenverschleiß vollständig und ermöglicht einen wartungsfreien Betrieb für bis zu 30.000 Stunden.
2. Robuste Materialien und Präzisionstechnik: Die Hauptkomponenten bestehen aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Materialien, die rigoros getestet wurden, um eine zuverlässige Leistung unter den anspruchsvollen Bedingungen des 24/7-Ladesäulenbetriebs zu gewährleisten.
3. Intelligente Steuerung: Passt den Kühlungsbedarf genau an und verbessert den Wirkungsgrad um 30 % im Vergleich zu herkömmlichen Pumpen, während der Geräuschpegel unter <45 dB (gemessen in 1 Meter Entfernung) bleibt, was die Anforderungen an einen leisen Einsatz in städtischen Wohngebieten erfüllt.

Welche Art von Pumpe ist für die Kühlung von Ladekabeln geeignet?
Die Mikrozahnradpumpen der MG-Serie von TOPSFLO sind aufgrund ihres innovativen Designs die erste Wahl, wenn es darum geht, die strengen Anforderungen an enge Räume, häufige Biegungen und hohe Drücke bei ultraschnellen flüssigkeitsgekühlten Ladekabeln zu erfüllen:
1. Erstklassige Materialauswahl: Das Gehäuse besteht aus 316L-Edelstahl, die Zahnräder und Lager sind aus speziellem Hochleistungs-PEEK-Material gefertigt. Die Zahnradwellen sind aus industrieller Präzisionszirkoniumdioxid-Keramik gefertigt und bieten außergewöhnliche Härte, Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit.
2. Überlegene Leistung: Die mikro-magnetische Zahnradpumpe der Serie MG317 von TOPSFLO ist mit einem bürstenlosen 24-V-Gleichstrommotor mit 150 W ausgestattet und hat eine Lebensdauer von mehr als 20.000 Stunden. Sie arbeitet bei Umgebungstemperaturen von -35°C bis 55°C, bewältigt Flüssigkeitstemperaturen von -40°C bis 85°C und bietet eine Förderleistung von 0,75-6 L/min bei einem Ausgangsdruck von 0-6 Bar.
3. Umfassender Schutz: Der Motor verfügt über die Schutzart IP67, unterstützt die standardmäßige 0-5V-Drehzahlregelung und kann mit PWM-Signal-Drehzahlregelung angepasst werden. Er verfügt über eine bidirektionale Rotationssteuerung, einen Schutz gegen 150 W Leistungsbegrenzung, einen Schutz gegen Übertemperatur des Reglers bei 125 °C, einen Überlastungsschutz und andere mehrschichtige Sicherheitsfunktionen.

Wenn Sie sich für TOPSFLO-Mikropumpen entscheiden, wählen Sie ein leistungsstarkes, leises und zuverlässiges "kühlendes Herz" für Ihre Ladesäule. Wir sind bestrebt, hervorragende Flüssigkeitslösungen zu liefern, um die Hitzewelle im Kern des Ladevorgangs abzuführen, die sichere und effiziente Übertragung jeder Kilowattstunde zu gewährleisten und gemeinsam die Ankunft der Ära der Elektrofahrzeuge zu beschleunigen!