Flüssigkeitsgekühlte Ladekabel: Warum 500 A Kühlmittel benötigt

Oberhalb eines bestimmten Stroms hört ein Ladekabel auf, ein Draht zu sein, und wird zu einem thermischen Problem. Das Kupfer, das benötigt wird, um den Strom ohne Überhitzung zu führen, wächst schneller als der Strom, ebenso wie sein Gewicht. Irgendwann ist das Kabel technisch leistungsfähig und praktisch unbrauchbar, weil ein Treiber es nicht anheben, spulen oder in einen Stecker schieben kann.

Flüssigkeitskühlung ist die ingenieurtechnische Lösung für diese Wand. Es handelt sich nicht um eine Marketingfunktion, die an einer hohen Zahl festgeschraubt ist; Es ist es, was die Zahl ohne ein Kabel möglich macht, das so schwer wiegt wie ein Feuerwehrschlauch. Zu verstehen, wo die Wand sitzt, erklärt, warum manche Anschlüsse flüssigkeitsgekühlt sind und andere am selben Standort nicht.

Hitze skaliert mit dem Quadrat des Stroms

Die in einem Leiter erzeugte Wärme folgt dem Quadrat des durch ihn fließenden Stroms, multipliziert mit seinem Widerstand. Verdoppeln Sie den Strom und die Wärme vervierfachen sich. Diese Beziehung ist die ganze Geschichte des Hochleistungskabel-Designs, und deshalb ist der Sprung von einem moderaten Ladegerät zu einem ultraschnellen keine lineare technische Übung.

Die Hitze muss irgendwohin. Es entweicht durch die Isolierung, durch die Kabelmantel und in die umgebende Luft. Die Geschwindigkeit, mit der es abtreten kann, hängt von der Oberfläche des Kabels und vom Temperaturunterschied zwischen dem Kabel und seiner Umgebung ab. Beide sind begrenzt: Die Oberfläche wächst mit dem Durchmesser, und die Umgebungstemperatur entspricht dem, was der Standort bietet, oft mit Sonnenlast obendrauf.

So wird die Designfrage kreisförmig. Mehr Strom bedeutet mehr Wärme, was mehr Oberfläche bedeutet, was ein dickeres Kabel bedeutet, was wiederum mehr Isolierung und mehr Gewicht bedeutet, was das Kabel schwerer handhabbar macht. Jeder Schritt dieser Schleife macht den nächsten schlimmer.

Was passiert mit Kupfergewicht

Widerstand bei hohem Strom niedrig zu halten, erfordert eine Querschnittsfläche, und Kupfer ist schwer. Das Kabel trägt außerdem einen Schutzleiter, Abschirmung, Messkabel und gegebenenfalls einen Kühlweg – alles in einer Jacke, die das Ziehen über einen Vorplatz überstehen muss.

Das Ergebnis ist ein Kabel, dessen Steifigkeit schneller zunimmt, als es der Durchmesser vermuten lässt. Ein Kabel, das nur dick ist, ist umständlich. Ein dickes und steifes Kabel kann von einem Fahrer mit Winterhandschuhen nicht gewickelt werden, und ein Kabel, das nicht gewickelt werden kann, wird fallen gelassen, geschleift und überfahren. Das Bewältigen von Schäden wird dann zum dominierenden Ausfallmodus, den keine Menge an aktueller Kapazität ausgleicht.

Das ist der praktische Grund, warum die Branche nicht einfach luftgekühlte Kabel skaliert hat. Ab einem bestimmten Punkt erfüllt das Produkt seine elektrischen Spezifikationen und scheitert als Produkt.

Wo die Luftkühlung nicht mehr praktisch ist

Luftkühlung in diesem Zusammenhang ist kein Lüfter, der am Kabel bläst. Das bedeutet, dass das Kabel auf natürliche oder erzwungene Luftbewegung über seine Oberfläche angewiesen ist, um Wärme abzuführen, was jedes gewöhnliche Kabel tut. Es funktioniert bis zu einem gewissen Punkt gut, und dieser Punkt folgt den Bedingungen.

Kalte Umgebungsluft und kurze Sessions begünstigen es. Heiße Klimazonen, direkte Sonne, Kabel auf heißem Asphalt und ständige Back-to-Back-Sessions wirken gegen das. Ein Kabel, das im Labor für einen Strom zugelassen ist, muss im Sommer möglicherweise im Vorplatz degradiert werden, und dieses Derating erfolgt vom Ladegerät und nicht vom Treiber, sodass der sichtbare Effekt eine langsamere Sitzung ohne Erklärung ist.

Der Übergang ist daher kein scharfer Schwellenwert, sondern ein Bereich. Etwa in der Mitte des Hochleistungsbereichs unterscheiden sich die Designs: Einige verwenden größere Leiter und akzeptieren das Gewicht, andere akzeptieren eine Wärmeminderung, wieder andere wechseln zu flüssigen. Welche Wahl ein Anbieter getroffen hat, ist im Durchmesser des Kabels und in der für den Anschluss veröffentlichten Derating-Kurve sichtbar.

Wie Flüssigkeitskühlung in einem Kabel funktioniert

Ein flüssigkeitsgekühltes Kabel führt einen Kühlkreislauf entlang oder um die Leiter herum. Wärme fließt vom Kupfer in das Kühlmittel, das Kühlmittel fließt durch das Kabel zurück zu einem Wärmetauscher im Anschluss oder Schrank, und die abgekühlte Flüssigkeit kehrt zurück. Das Kabel ist nicht mehr dadurch begrenzt, wie schnell Wärme durch seine eigene Oberfläche entweichen kann, da Wärme von innen weggetragen wird.

Zwei Konsequenzen folgen direkt. Der Leiterquerschnitt kann bei gleichem Strom kleiner sein, da der Temperaturanstieg durch das Kühlmittel und nicht nur durch das Kupfer gesteuert wird. Und das Kabel kann schlanker und leichter gemacht werden, was die Fahreigenschaften wiederherstellt, die ein rein luftgekühltes Design bei hohem Strom verliert.

Deshalb konzentriert sich die Flüssigkeitskühlung auf den Stecker und nicht auf den gesamten Lauf. Der Großteil der Hitze und fast alle Handhabungsprobleme liegen in den letzten Metern: das Kabel, das der Treiber berührt, das Steckergehäuse und die Kontaktstifte. Die Kühlung dieses Abschnitts bringt den Großteil des Nutzens bei einem Bruchteil der Komplexität der gesamten Gleichstromphase.

Ein einzelner Hub kann daher beide Terminaltypen enthalten. Der HPC-Terminal ist mit 500 A bewertet, mit einem kurzen Boost auf 600 A und verwendet ein flüssigkeitsgekühltes Kabel, während der Booster-Anschluss desselben Hosts luftgekühlt ist. Die Kombination ist bewusst: Das gekühlte Terminal dient dem Fahrer, der den schnellstmöglichen Halt benötigt, und das luftgekühlte dem Fahrer, der das nicht braucht, zu geringeren Kosten und mit einfacherer Wartung.

Welche Änderungen für die Wartung

Ein flüssigkeitsgekühltes Kabel führt ein neues Subsystem und damit eine neue Reihe von Fehlermodi ein. Das Kabel ist kein passiver Teil mehr, der entweder leitet oder nicht leitet. Er verfügt über einen Stromkreis, der undicht sein kann, eine Pumpe, die ausfallen kann, einen Behälter, der unter das Niveau sinken kann, und Verbinder, die an der Stelle, wo der Kühlmittelweg verbunden ist, einen langsamen Durchlauf entwickeln kann.

Die Folge für einen Operator ist, dass sich die Inspektionsliste ändert. Der Zustand des Kabels ist weiterhin wichtig, aber er wird ergänzt durch den Kühlmittelstand, sichtbare Rückstände an den Fugen, den Betrieb der Pumpe und die Temperaturmessungen, die das Terminal während einer Sitzung meldet. Ein Terminal, der früher abwertet als früher, kann einen teilweise blockierten Kühlmittelweg haben, anstatt eine defekte Leistungsstufe.

Es gibt auch einen praktischen Punkt bezüglich Reparaturen. Ein beschädigtes, flüssigkeitsgekühltes Kabel ist kein Feldspleiß. Es handelt sich um eine Einheit, die ersetzt und zurückgegeben wird, was bedeutet, dass der Standort einen Ersatz benötigt oder Ausfallzeiten akzeptiert. Das gehört in den Wartungsplan und in die Ersatzteilliste und wird selten in der Beschaffungsphase besprochen.

Wenn 500 A die falsche Antwort ist

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Das Argument für Flüssigkeitskühlung ist stark, was eine Überspezifikation erleichtert. Vier Situationen sprechen dagegen.

Wenn die Seite den Strom hinter dem Kabel nicht unterstützen kann, ist die Bewertung des Kabels dekorativ. Ein 500-A-Terminal an einer Versorgung, die einen Bruchteil davon zulässt, liefert nichts Zusätzliches und fügt ein Wartungssystem hinzu, ohne Nutzen.

Wenn die Fahrzeuge es nicht akzeptieren können, gilt dasselbe. Eine Flotte von Vans mit moderaten DC-Akzeptanzraten verbringt den Großteil einer Sitzung unter dem Betrag eines luftgekühlten Terminals.

Wenn die Verweilzeit lang ist, ist der Durchsatz nicht die Beschränkung. Ein Einzelhandelsparkplatz mit zweistündigen Aufenthalten profitiert kaum davon, eine Ladezeit zu halbieren, die ohnehin schon kürzer ist als der Einkaufsbesuch.

Und wenn der Bediener den Kühlkreis nicht aufrechterhalten kann, ist ein untergewartetes Flüssigkeitssystem schlechter als ein luftgekühltes, weil es auf eine Weise versagt, die schwerer sichtbar ist. Der realistische Vergleich ist nicht der Spitzenstrom, sondern die gelieferte Energie pro Woche, und diese Zahl hängt ebenso sehr von der Betriebszeit wie von den Ampere ab. Der Ultra-schneller Ladebereich kombiniert aus diesem Grund beide Terminaltypen, sodass ein Korridorstandort sie kombinieren kann, anstatt jeden Bereich zu kühlen.

Die nützliche Spezifikationsfrage ist daher nicht, ob ein Terminal einen Headline-Strom erreicht, sondern unter welchen Bedingungen es diesen aufrechterhält. Eine Senkungskurve, ein Wartungsintervall für das Kühlmittel und eine angegebene Austauschrichtlinie für das Kabel beantworten das. Eine einzelne Spitzenfigur tut das nicht.