Væskekjølte ladekabler: Hvorfor 500 A trenger kjølevæske

Over en viss strøm slutter en ladekabel å være en ledning og blir et termisk problem. Kobberet som trengs for å føre strømmen uten overoppheting vokser raskere enn strømmen, og det samme gjør vekten. På et tidspunkt er kabelen teknisk kapabel og praktisk talt ubrukelig, fordi en driver ikke kan løfte den, vikle den eller presse den inn i en kontakt.

Væskekjøling er ingeniørløsningen på den veggen. Det er ikke en markedsføringsfunksjon festet til et høyt tall; Det er det som gjør tallet mulig uten en kabel som veier like mye som en brannslange. Å forstå hvor veggen sitter forklarer hvorfor noen terminaler er væskekjølte, mens andre på samme sted ikke er det.

Varme skalerer med kvadratet av strømmen

Varmen som genereres i en leder følger kvadratet av strømmen som går gjennom den, multiplisert med motstanden. Dobler strømmen og varmen firedobles. Det forholdet er hele historien om høyytelseskabeldesign, og det er grunnen til at overgangen fra en moderat lader til en ultrarask ikke er en lineær ingeniørøvelse.

Varmen må gå et sted. Den forlater gjennom isolasjonen, gjennom kabelkappen og ut i den omkringliggende luften. Hastigheten den kan forlate kabelen avhenger av kabelens overflateareal og temperaturforskjellen mellom kabelen og omgivelsene. Begge er begrensede: overflatearealet øker med diameteren, og omgivelsestemperaturen er det stedet tilbyr, ofte med solbelastning på toppen.

Så blir designspørsmålet sirkulært. Mer strøm betyr mer varme, som betyr større overflate, som igjen betyr en tykkere kabel, som igjen gir mer isolasjon og mer vekt, noe som gjør kabelen vanskeligere å håndtere. Hvert steg i den løkken gjør den neste verre.

Hva skjer med kobbervekt

Å holde motstanden lav ved høy strøm krever tverrsnittsareal, og kobber er tungt. Kabelen bærer også en beskyttende leder, skjerming, sensorledninger og kjølevei hvis det finnes en, alt inne i en kappe som må tåle å bli dratt over en forplass.

Resultatet er en kabel hvis stivhet øker raskere enn diameteren tilsier. En kabel som bare er tykk er klønete. En kabel som er tykk og stiv kan ikke rulles av en fører med vinterhansker, og en kabel som ikke kan rulles blir mistet, dratt og kjørt over. Håndtering av skade blir da den dominerende feilmodusen, noe ingen mengde strømkapasitet kompenserer for.

Dette er den praktiske grunnen til at industrien ikke bare skalerte opp luftkjølte kabler. Etter et visst punkt vil produktet oppfylle sin elektriske spesifikasjon og feile som produkt.

Hvor luftkjøling slutter å være praktisk

Luftkjøling i denne sammenhengen er ikke en vifte som blåser på kabelen. Det betyr at kabelen er avhengig av naturlig eller tvungen luftbevegelse over overflaten for å fjerne varme, noe som er det alle vanlige kabler gjør. Det fungerer bra opp til et visst punkt, og det punktet følger forholdene.

Kald omgivelsesluft og korte økter favoriserer det. Varme klima, direkte sol, kabler som ligger på varm asfalt og kontinuerlige økter bak hverandre jobber alle mot det. En kabel som er godkjent for strøm i et laboratorium kan måtte nedjusteres i en forplass om sommeren, og denne nedgraderingen påføres av laderen, ikke av driveren, slik at den synlige effekten er en langsommere økt uten forklaring.

Overgangen er derfor ikke en skarp terskel, men et område. Omtrent midt i høyeffektområdet divergerer designene: noen bruker større ledere og aksepterer vekten, noen aksepterer reduksjon i varme, noen går over til flytende. Hvilket valg leverandøren har tatt, er synlig i kabelens diameter og i nedgraderingskurven som er publisert for terminalen.

Hvordan væskekjøling fungerer inne i en kabel

En væskekjølt kabel fører en kjølevæskekrets langs eller rundt lederne. Varme beveger seg fra kobberet til kjølevæsken, kjølevæsken går tilbake gjennom kabelen til en varmeveksler i terminalen eller skapet, og den avkjølte væsken returneres. Kabelen er ikke lenger begrenset av hvor raskt varme kan slippe ut gjennom sin egen overflate, fordi varmen føres bort fra innsiden.

To konsekvenser følger direkte. Lederens tverrsnitt kan være mindre for samme strøm, fordi temperaturøkningen styres av kjølevæsken og ikke kun av kobberet. Og kabelen kan gjøres slankere og lettere, noe som gjenoppretter kjøreegenskapene som et rent luftkjølt design mister ved høy strøm.

Dette er grunnen til at væskekjøling er konsentrert på kontakten i stedet for på hele linjen. Mesteparten av varmen og nesten alle håndteringsproblemene ligger i de siste meterne: kabelen driveren berører, kontakthuset og kontaktpinnene. Kjøling av denne delen gir mesteparten av fordelen for en brøkdel av kompleksiteten ved å kjøle hele DC-løpet.

En enkelt hub kan derfor inneholde begge typer terminaler. HPC-terminalen er vurdert til 500 A med en kort boost til 600 A og bruker en væskekjølt kabel, mens forsterkerterminalen på samme vert er luftkjølt. Paringen er bevisst: den kjølte terminalen betjener sjåføren som trenger raskest mulig stopp, og den luftkjølte betjener sjåføren som ikke trenger det, til lavere kostnad og med enklere vedlikehold.

Hva endres for vedlikehold

En væskekjølt kabel introduserer et nytt delsystem og med det et nytt sett med feilmoduser. Kabelen er ikke lenger en passiv del som enten leder eller ikke gjør det. Den har en krets som kan lekke, en pumpe som kan svikte, et reservoar som kan falle under nivå, og koblinger som kan utvikle en langsom utløp der kjølevæskeveien er sammenkoblet.

Konsekvensen for en operatør er at inspeksjonslisten endres. Kabelens tilstand er fortsatt viktig, men den er koblet til kjølevæskenivå, synlige rester ved skjøtene, pumpedrift og temperaturmålingene terminalen rapporterer under en økt. En terminal som senkes tidligere enn før, kan ha en delvis blokkert kjølevæskevei i stedet for et sviktende effekttrinn.

Det er også et praktisk poeng med reparasjoner. En skadet væskekjølt kabel er ikke en feltskjøt. Det er en enhet som byttes ut og returneres, noe som betyr at stedet trenger en reserve eller aksepterer nedetid. Det hører hjemme i vedlikeholdsplanen og reservedelslisten, og det diskuteres sjelden i anskaffelsesfasen.

Når 500 A er feil svar

Argumentet for væskekjøling er sterkt, noe som gjør det lett å overspesifisere. Fire situasjoner taler imot det.

Når stedet ikke kan støtte strømmen bak kabelen, er kabelens vurdering dekorativ. En 500 A-terminal på en strømforsyning som tillater en brøkdel av det, gir ingenting ekstra og legger til et vedlikeholdssystem uten noen fordel.

Når kjøretøyene ikke kan akseptere det, gjelder det samme. En flåte av varebiler med beskjedne DC-akseptrater tilbringer mesteparten av en økt under det en luftkjølt terminal gir.

Når dwell-tiden er lang, er ikke gjennomstrømningen begrensningen. En parkeringsplass med to timers opphold tjener lite på å halvere en ladetid som allerede er kortere enn handleturen.

Og når operatøren ikke klarer å opprettholde kjølekretsen, er et undervedlikeholdt væskesystem verre enn et luftkjølt, fordi det feiler på måter som er vanskeligere å se. Den realistiske sammenligningen er ikke toppstrøm, men levert energi per uke, og det tallet avhenger like mye av oppetid som av ampere. ultra-rask ladeområde parer begge terminaltypene av denne grunn, slik at et korridorsted kan blande dem i stedet for å kjøle hver bås.

Det nyttige spesifikasjonsspørsmålet er derfor ikke om en terminal når en overskriftsstrøm, men under hvilke betingelser den opprettholder den. En nedgraderingskurve, et vedlikeholdsintervall for kjølevæske og en oppgitt utskiftingspolicy for kabelen svarer på det. En enkelt toppfigur gjør det ikke.