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L'épreuve de force du refroidissement des chargeurs de VE : Quelle est la différence entre le refroidissement par liquide des modules d'alimentation et le refroidissement par câble ?

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Refroidissement par liquide des modules de puissance et pompe de refroidissement des câbles

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Alors que l'anxiété liée à l'autonomie des véhicules à énergie nouvelle s'atténue progressivement, le temps de charge est devenu le nouveau point de mire. Une technologie de charge ultra-rapide offrant "5 minutes de charge pour 200 km d'autonomie" a vu le jour. Cependant, les héros méconnus de cette vitesse fulgurante sont les puissants modules d'alimentation et les câbles de charge à l'intérieur des piles de recharge. Au cours de leur fonctionnement à grande vitesse, ils génèrent une chaleur considérable. Si elle n'est pas dissipée à temps, cette chaleur peut, au mieux, réduire l'efficacité ou, au pire, provoquer des dysfonctionnements, voire des incidents de sécurité. C'est pourquoi deux grandes technologies de refroidissement sont entrées discrètement en scène : le refroidissement liquide pour les modules et le refroidissement pour les câbles de charge. Comment fonctionnent-elles et quelles sont leurs différences ?

Le "cœur" et les "vaisseaux sanguins" des piles de recharge : Les modules d'alimentation et les câbles de charge

Qu'est-ce qu'un "module d'alimentation" ?
Le module d'alimentation est le "cœur" d'une pile de recharge à courant continu. Sa fonction principale est de convertir le courant alternatif (CA) du réseau en courant continu (CC) nécessaire aux batteries des véhicules électriques. Il joue également le rôle de "moteur" pour la production d'énergie. La puissance de sortie (kW) d'une pile de recharge dépend directement des performances et de la quantité des modules de puissance. Un seul module a généralement une puissance nominale de 15 kW, 20 kW, 30 kW, 40 kW, voire plus. Pour obtenir une charge rapide de grande puissance (par exemple 150 kW, 350 kW, 600 kW), plusieurs modules de puissance sont connectés en parallèle à l'intérieur de la pile de recharge pour fonctionner ensemble.

Le module de puissance contient des circuits de contrôle complexes. Il doit communiquer en temps réel avec le système de gestion de la batterie du véhicule (BMS) et ajuster dynamiquement la tension et le courant de sortie en fonction de l'état de la batterie (tension, température, état de charge - SOC) afin de garantir un processus de charge efficace et sûr, en évitant la surcharge ou l'endommagement de la batterie.

Qu'est-ce qu'un "câble de pile de charge" ?
Le câble de la pile de recharge est l'équipement spécialisé de base qui fournit l'énergie électrique aux véhicules électriques (VE) ou aux véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV), agissant comme une "ligne de vie" entre la pile de recharge et le véhicule électrique.
Ses principales fonctions et caractéristiques sont les suivantes

1. Transmettre de l'énergie électrique de haute puissance : Le câble contient plusieurs conducteurs épais (généralement en cuivre) spécialement conçus pour transmettre efficacement et en toute sécurité le courant et la tension élevés nécessaires à la recharge.
2. Signal de commande et communication de données : Le câble contient également des fils fins pour la transmission de signaux à basse tension. Ces lignes de signaux sont chargées d'établir la "communication" entre la pile de recharge et le véhicule, en transmettant les signaux du pilote de contrôle (CP) et les données de communication (par exemple, CAN ou PLC).
3. Assurance de la sécurité : Le câble utilise une protection de l'isolation et assure une charge sûre grâce à des mesures telles que la surveillance de la température, la protection mécanique et la protection de l'interface.

Pourquoi les modules et les câbles d'alimentation des piles de chargement ont-ils besoin de systèmes de refroidissement ?
1. Refroidissement des modules d'alimentation
Les composants internes des modules d'alimentation sont très denses. L'efficacité de la conversion de l'énergie électrique est d'environ 95~98%, ce qui conduit à une production de chaleur très concentrée. L'énergie perdue est libérée sous forme de chaleur. Par exemple, une pile de 150 kW peut générer 3 à 7,5 kW de chaleur. Les exigences en matière de température sont extrêmement strictes, puisqu'elles doivent généralement être inférieures à 85°C.
Le refroidissement par liquide est actuellement la solution la plus courante pour les piles de chargement de grande puissance (en particulier celles de plus de 150 kW). Son principe de base consiste à faire circuler le liquide de refroidissement à grande vitesse dans des canaux d'écoulement étanches, en contact direct avec les sources de chaleur à l'intérieur du module ou en passant à travers des substrats de dissipation de la chaleur pour évacuer efficacement la chaleur. La chaleur est ensuite dissipée dans l'environnement par l'intermédiaire d'un radiateur externe (refroidi par air ou par liquide secondaire). Le refroidissement par liquide offre des avantages significatifs : capacité élevée de dissipation de la chaleur, contrôle uniforme et précis de la température et grande fiabilité.

2. Refroidissement des câbles
L'objectif principal du refroidissement des câbles est de résoudre le conflit entre "transmission d'un courant élevé" et "facilité de manipulation" Lorsque le courant circule dans un conducteur (les âmes en cuivre/aluminium à l'intérieur du câble), de la chaleur (chaleur par effet Joule) est générée en raison de la résistance du conducteur, selon la formule suivante : Q=I²RT. Plus le courant est important, plus la chaleur générée est élevée - elle augmente de façon quadratique ! La chaleur générée par la transmission de courants de 500 A ou 600 A est bien supérieure à ce qu'un câble standard peut supporter.

La technologie de refroidissement des câbles permet de transmettre en toute sécurité des courants très élevés avec une augmentation limitée, voire nulle, de la section du câble grâce à la dissipation active de la chaleur, ce qui permet d'obtenir des câbles "légers" et "flexibles". Les solutions de refroidissement doivent trouver un équilibre entre l'efficacité de la dissipation de la chaleur et la conception structurelle. Il existe deux types principaux :

Les câbles refroidis par liquide : Ils constituent le choix essentiel pour la charge rapide actuelle à très haute puissance. Outre les noyaux conducteurs traditionnels, ils comprennent un tube interne indépendant où circule le liquide de refroidissement, qui évacue directement la chaleur générée par le câble. Cela permet au câble de rester relativement fin et souple, même lorsqu'il transporte des courants plus importants.

Refroidissement par air/refroidissement naturel : Principalement utilisé dans les piles de chargement de puissance relativement faible (par exemple, 60 kW et moins). Ils s'appuient sur la convection naturelle de l'air ou sur de petits ventilateurs intégrés pour la dissipation forcée de la chaleur par convection. L'avantage est la simplicité de la structure et le faible coût, mais la capacité de dissipation de la chaleur est limitée en cas de courants élevés, ce qui nécessite souvent des câbles plus épais et plus lourds pour réduire l'échauffement résistif.

Le "moteur de refroidissement" : Le rôle moteur des pompes Liuqid
Dans le domaine de la recharge ultra-rapide des véhicules à énergie nouvelle, le "refroidissement liquide" est devenu une technologie essentielle pour permettre une recharge à haute puissance. Que ce soit pour les modules d'alimentation à l'intérieur des piles de recharge ou pour les câbles de recharge connectés aux véhicules, un système de refroidissement liquide efficace repose sur une source d'énergie essentielle : la pompe pour chargeur de véhicules électriques. Fonctionnant comme le "cœur" du système de refroidissement liquide, la pompe de refroidissement liquide fait circuler le flux de liquide de refroidissement, ce qui permet d'évacuer efficacement la chaleur des composants clés.

Lorsqu'une pile de recharge fonctionne à une puissance élevée (par exemple, supérieure à 350 kW), les composants tels que les modules de puissance génèrent une chaleur importante. Si elle n'est pas dissipée rapidement, cette chaleur peut entraîner des dommages dus à la surchauffe, réduire l'efficacité de la charge ou même déclencher des mécanismes de protection contre la surchauffe. La pompe de refroidissement liquide joue un rôle essentiel en pompant le liquide de refroidissement à basse température du réservoir dans l'échangeur de chaleur. Là, le liquide de refroidissement absorbe la chaleur et devient un liquide de refroidissement à haute température avant de traverser un radiateur (ou une tour de refroidissement externe) pour dissiper la chaleur. Enfin, le liquide de refroidissement retourne dans la pile de chargement, formant ainsi un système de refroidissement en boucle fermée. En outre, la pompe assure un débit suffisant du liquide de refroidissement dans les zones génératrices de chaleur, ce qui permet un échange thermique efficace. Elle maintient également une pression stable dans le système pour garantir un contact efficace du liquide de refroidissement avec les surfaces de dissipation de la chaleur.

Le principe de refroidissement des câbles de charge refroidis par liquide consiste à intégrer des canaux de refroidissement liquide dans la structure du câble. La pompe de refroidissement liquide fait circuler le liquide de refroidissement pour évacuer la chaleur générée par les câbles. Les bornes de refroidissement liquide sont classées en deux approches techniques en fonction du fluide de refroidissement : le refroidissement à l'eau et le refroidissement à l'huile. Dans les conceptions actuelles utilisant un fluide réfrigérant à base d'eau, les tuyaux de refroidissement liquide sont placés à côté des conducteurs DC+/DC- pour extraire la chaleur des conducteurs en cuivre. Pour les conceptions utilisant de l'huile isolante comme fluide, les tubes de refroidissement liquide sont placés à l'intérieur ou à l'extérieur des noyaux DC+/DC- pour obtenir le même effet de dissipation de la chaleur. Pour des illustrations détaillées, veuillez vous référer aux diagrammes structurels suivants.

Micro-pompes TOPSFLO : Une charge ultra-rapide efficace et sûre

À une époque où l'on recherche une puissance plus élevée et des vitesses de charge plus rapides, une pompe de chargeur rapide de VE très performante et très fiable constitue la pierre angulaire du fonctionnement stable des systèmes de refroidissement des piles de charge. TOPSFLO Micro Pump Company a mis au point une série de pompes à eau de refroidissement haute performance spécialement conçues pour les applications de recharge de véhicules électriques, adaptées au refroidissement des modules d'alimentation et des câbles.

Quel type de pompe est idéal pour le refroidissement des modules de puissance ?
Les pompes centrifuges à courant continu sans balais de la série TL de TOPSFLO, avec leurs trois principaux avantages - haute efficacité, fonctionnement silencieux et durée de vie prolongée - sont devenues la solution de refroidissement préférée des principaux fabricants mondiaux de piles de recharge.
1. Conception du moteur sans balais : Élimine totalement l'usure des balais, ce qui permet un fonctionnement sans entretien jusqu'à 30 000 heures.
2. Matériaux robustes et ingénierie de précision : Les principaux composants sont fabriqués à partir de matériaux résistants aux températures élevées et à la corrosion, rigoureusement testés pour garantir des performances fiables dans les conditions exigeantes d'un fonctionnement de la pile de chargement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.
3. Contrôle intelligent : Elle répond précisément aux besoins de refroidissement, améliorant l'efficacité de 30 % par rapport aux pompes traditionnelles tout en maintenant des niveaux de bruit inférieurs à <45 dB (mesurés à 1 mètre), ce qui répond aux exigences de déploiement silencieux dans les zones résidentielles urbaines.

Quel type de pompe convient au refroidissement des câbles de charge ?
Les micro-pompes à engrenages de la série MG de TOPSFLO, de par leur conception innovante, répondent aux défis rigoureux que représentent les espaces confinés, les flexions fréquentes et la pression élevée dans les câbles refroidis par liquide à pile de charge ultra-rapide :
1. Sélection de matériaux de première qualité : Le boîtier est en acier inoxydable 316L, les engrenages et les roulements sont en PEEK haute performance. Les arbres d'engrenage sont fabriqués à partir de céramique de zircone industrielle de précision, offrant une dureté, une résistance à la température, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion et une longévité exceptionnelles.
2. Performance supérieure : La micro pompe à engrenages magnétiques TOPSFLO série MG317, équipée d'un moteur sans balais 24V 150W DC, offre une durée de vie supérieure à 20 000 heures. Elle fonctionne à des températures ambiantes allant de -35°C à 55°C, supporte des températures de fluide allant de -40°C à 85°C, et fournit un débit de 0,75-6 L/min avec une pression de sortie de 0-6 Bar.
3. Protection complète : Le moteur bénéficie d'un indice de protection IP67, prend en charge la régulation de vitesse standard de 0 à 5 V et peut être personnalisé avec une commande de vitesse par signal PWM. Il comprend un contrôle de rotation bidirectionnel, une protection contre la limite de puissance de 150 W, une protection contre la surchauffe du contrôleur à 125 °C, une protection contre le décrochage et d'autres fonctions de sécurité multicouches.

Choisir les micro-pompes TOPSFLO, c'est choisir un "cœur de refroidissement" puissant, silencieux et fiable pour votre pile de chargement. Nous nous engageons à fournir d'excellentes solutions de fluides pour dissiper la vague de chaleur au cœur de la charge, à assurer la transmission sûre et efficace de chaque kilowattheure et à accélérer conjointement l'arrivée de l'ère des véhicules électriques !