Vloeistofgekoelde oplaadkabels: waarom 500 A koelvloeistof nodig heeft

Boven een bepaalde stroom stopt een oplaadkabel met een draad en wordt het een thermisch probleem. Het koper dat nodig is om de stroom te dragen zonder oververhitting groeit sneller dan de stroom, en dat geldt ook voor het gewicht. Op een gegeven moment is de kabel technisch capabel en praktisch onbruikbaar, omdat een driver hem niet kan optillen, oprollen of in een connector kan duwen.

Vloeistofkoeling is het technische antwoord op die muur. Het is geen marketingfunctie die op een hoog getal is vastgeschroefd; Het is wat het aantal mogelijk maakt zonder een kabel die net zo zwaar is als een brandslang. Begrijpen waar de muur staat verklaart waarom sommige terminals vloeistofgekoeld zijn en andere op dezelfde locatie niet.

Heat schaalt met het kwadraat van de stroom

De warmte die in een geleider wordt opgewekt volgt het kwadraat van de stroom die erdoorheen gaat, vermenigvuldigd met de weerstand. Verdubbel de stroom en de warmte verviervoudigt. Die relatie is het hele verhaal van het ontwerp van hoogvermogenkabels, en daarom is de overstap van een matige oplader naar een ultrasnelle geen lineaire technische oefening.

De hitte moet ergens heen. Het verlaat via de isolatie, via de kabelmantel en in de omringende lucht. De snelheid waarmee het kan ontsnappen hangt af van het oppervlak van de kabel en van het temperatuurverschil tussen de kabel en de omgeving. Beide zijn beperkt: het oppervlak groeit met de diameter, en de omgevingstemperatuur is wat de locatie biedt, vaak met zonlicht bovenop.

Dus wordt de ontwerpvraag cirkelvormig. Meer stroom betekent meer warmte, wat meer oppervlak betekent, wat betekent een dikkere kabel, wat meer isolatie en meer gewicht betekent, wat de kabel moeilijker te hanteren maakt. Elke stap in die lus maakt de volgende erger.

Wat gebeurt er met kopergewicht

Het laag houden van weerstand bij hoge stroom vereist een doorsnede, en koper is zwaar. De kabel draagt ook een beschermende geleider, afscherming, sensordraden en het koelpad als dat er is, allemaal in een mantel die moet overleven om over een voorplein te worden gesleept.

Het resultaat is een kabel waarvan de stijfheid sneller toeneemt dan de diameter doet vermoeden. Een kabel die slechts dik is, is onhandig. Een kabel die dik en stijf is, kan niet worden opgerold door een bestuurder met winterhandschoenen, en een kabel die niet opgerold kan worden, wordt laten vallen, meegesleept en overreden. Het omgaan met schade wordt dan de dominante faalmodus, waarvoor geen enkele hoeveelheid stroomcapaciteit compenseert.

Dit is de praktische reden waarom de industrie niet simpelweg luchtgekoelde kabels heeft opgeschaald. Vanaf een bepaald punt zou het product voldoen aan zijn elektrische specificatie en als product falen.

Waar luchtkoeling niet meer praktisch is

Luchtkoeling in deze context is geen ventilator die op de kabel blaast. Het betekent dat de kabel afhankelijk is van natuurlijke of geforceerde luchtstroming over het oppervlak om warmte af te voeren, wat elke gewone kabel doet. Het werkt goed tot op zekere hoogte, en dat punt verschuift met de voorwaarden.

Koude omgevingslucht en korte sessies bevoordelen het. Heet klimaat, directe zon, kabels die op heet asfalt liggen en aaneengesloten sessies achter elkaar werken allemaal tegen het werk. Een kabel die in een laboratorium geschikt is voor stroom, moet in de zomer mogelijk in een voorplaats worden gededuceerd, en die derating wordt toegepast door de oplader, niet door de driver, zodat het zichtbare effect een langzamere sessie zonder uitleg is.

De overgang is daarom geen scherpe drempel maar een gebied. Rond het midden van het hoge vermogensbereik verschillen de ontwerpen: sommige gebruiken grotere geleiders en accepteren het gewicht, sommige accepteren warmtevermindering, anderen schakelen over op vloeistof. Welke keuze een leverancier maakte, is zichtbaar in de diameter van de kabel en in de deratingcurve die voor de aansluiting wordt gepubliceerd.

Hoe vloeistofkoeling werkt binnen een kabel

Een vloeistofgekoelde kabel voert een koelcircuit, langs of rond de geleiders. Warmte gaat van het koper naar de koelvloeistof, de koelvloeistof reist via de kabel terug naar een warmtewisselaar in de aansluiting of kast, en de gekoelde vloeistof keert terug. De kabel wordt niet langer beperkt door hoe snel warmte via het eigen oppervlak kan ontsnappen, omdat warmte van binnenuit wordt weggevoerd.

Twee gevolgen volgen direct. De geleiderdoorsnede kan kleiner zijn bij dezelfde stroom, omdat de temperatuurstijging wordt geregeld door het koelmiddel en niet alleen door het koper. En de kabel kan slanker en lichter worden gemaakt, wat de rijeigenschappen herstelt die een puur luchtgekoeld ontwerp bij hoge stroom verliest.

Daarom concentreert vloeistofkoeling zich op de connector in plaats van op de hele loop. Het meeste hitte en bijna alle problemen met de rijgedrag zitten in de laatste paar meter: de kabel die de driver raakt, de connectorbehuizing en de contactpennen. Het koelen van dat gedeelte levert het grootste voordeel op voor een fractie van de complexiteit van het koelen van de hele DC-run.

Een enkele hub kan dus beide soorten terminals bevatten. De HPC-terminal is beoordeeld op 500 A met een korte boost tot 600 A en gebruikt een vloeistofgekoelde kabel, terwijl de boosterterminal op dezelfde host luchtgekoeld is. De combinatie is bewust: de gekoelde terminal bedient de chauffeur die de snelst mogelijke stop nodig heeft, en de luchtgekoelde terminal bedient de chauffeur die dat niet nodig heeft, tegen lagere kosten en met eenvoudiger onderhoud.

Wat verandert voor onderhoud

Een vloeistofgekoelde kabel introduceert een nieuw subsysteem en daarmee een nieuwe set faalmodi. De kabel is niet langer een passief onderdeel dat geleidt of niet geleidt. Het heeft een circuit dat kan lekken, een pomp die kan falen, een reservoir dat onder het niveau kan zakken en connectoren die een langzame afvoer kunnen ontwikkelen waar het koelvloeistofpad is aangesloten.

Het gevolg voor een operator is dat de inspectielijst verandert. De staat van de kabel is nog steeds belangrijk, maar wordt aangevuld met het koelvloeistofniveau, zichtbare resten bij de verbindingen, pompwerking en de temperatuurmetingen die de terminals tijdens een sessie rapporteren. Een terminal die eerder daalt dan vroeger, kan een gedeeltelijk geblokkeerde koelvloeistofbaan hebben in plaats van een defecte vermogenstrap.

Er is ook een praktisch punt over reparaties. Een beschadigde vloeistofgekoelde kabel is geen veldverbinding. Het is een eenheid die wordt vervangen en teruggebracht, wat betekent dat de locatie een reserve nodig heeft of downtime accepteert. Dat hoort in het onderhoudsplan en in de lijst van reserveonderdelen, en het wordt zelden besproken tijdens de inkoopfase.

Wanneer 500 A het Verkeerde Antwoord Is

Het argument voor vloeistofkoeling is sterk, wat het gemakkelijk maakt om te veel te specificeren. Vier situaties spreken ertegen.

Wanneer de site de stroom achter de kabel niet kan ondersteunen, is de beoordeling van de kabel decoratief. Een 500 A-terminal op een voeding die een fractie daarvan toestaat, levert niets extra's en voegt een onderhoudssubsysteem toe zonder voordeel.

Wanneer de voertuigen het niet kunnen accepteren, geldt hetzelfde. Een vloot busjes met bescheiden DC-acceptatiepercentages brengt het grootste deel van een sessie door onder wat een luchtgekoelde terminal biedt.

Wanneer de dwell-time lang is, is de doorvoer niet de beperking. Een winkelparkeerplaats met verblijf van twee uur wint weinig van het halveren van een laadtijd die al korter is dan het winkelen.

En wanneer de operator het koelcircuit niet kan onderhouden, is een onderonderhouden vloeistofsysteem slechter dan een luchtgekoeld systeem, omdat het op manieren faalt die moeilijker te zien zijn. De realistische vergelijking is niet piekstroom maar geleverd energie per week, en dat cijfer hangt net zo goed af van de uptime als van ampères. De ultra-snel laadbereik combineert beide terminaltypes om deze reden, zodat een corridorsite ze kan combineren in plaats van elke bay te koelen.

De nuttige specificatievraag is daarom niet of een terminal een hoofdstroom bereikt, maar onder welke omstandigheden het deze in stand houdt. Een afvlakcurve, een onderhoudsinterval voor koelvloeistof en een opgegeven vervangingsbeleid voor de kabel geven daar het antwoord op. Een enkele piekfiguur doet dat niet.