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Enfrentamiento de refrigeración de cargadores de VE: ¿Cuál es la diferencia entre la refrigeración líquida de los módulos de potencia y la refrigeración por cable?

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Refrigeración líquida para módulos de potencia y bomba de refrigeración de cables

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A medida que disminuye la ansiedad por la autonomía de los vehículos de nueva energía, el tiempo de carga se ha convertido en el nuevo centro de atención. Ha surgido una tecnología de carga ultrarrápida que ofrece "5 minutos de carga para 200 km de autonomía". Sin embargo, los héroes anónimos de esta velocidad vertiginosa son los potentes módulos de potencia y los cables de carga que se encuentran en el interior de las pilas de carga. Durante el funcionamiento a alta velocidad, generan un calor tremendo. Si no se disipa a tiempo, puede reducir la eficiencia, en el mejor de los casos, o provocar averías e incluso incidentes de seguridad, en el peor. Por eso, dos grandes tecnologías de refrigeración han saltado silenciosamente a escena: la refrigeración líquida de los módulos y la refrigeración de los cables de carga. ¿Cómo funcionan y en qué se diferencian?

El "corazón" y los "vasos sanguíneos" de las pilas de carga: Módulos y cables de carga

¿Qué es un "módulo de alimentación"?
El módulo de potencia es el "corazón" de una pila de carga de CC. Su función principal es convertir la corriente alterna (CA) de la red en la corriente continua (CC) que necesitan las baterías de los vehículos eléctricos. También actúa como "motor" de salida de potencia. La potencia de salida (kW) de una pila de carga depende directamente del rendimiento y la cantidad de los módulos de potencia. Un solo módulo suele tener una potencia de 15 kW, 20 kW, 30 kW, 40 kW o incluso más. Para conseguir una carga rápida de alta potencia (por ejemplo, 150 kW, 350 kW, 600 kW), se conectan varios módulos de potencia en paralelo dentro de la pila de carga para que funcionen juntos.

El módulo de potencia contiene complejos circuitos de control. Tiene que comunicarse en tiempo real con el sistema de gestión de la batería (BMS) del vehículo, ajustando dinámicamente la tensión y la corriente de salida en función del estado de la batería (tensión, temperatura, estado de carga - SOC) para garantizar un proceso de carga eficiente y seguro, evitando sobrecargas o daños en la batería.

¿Qué es un "cable de pila de carga"?
El cable de la pila de carga es el equipo especializado central que suministra energía eléctrica a los vehículos eléctricos (VE) o a los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV), actuando como "línea de vida" entre la pila de carga y el vehículo eléctrico.
Sus principales funciones y características son:

1. Transmisión de energía eléctrica de alta potencia: El cable contiene múltiples conductores gruesos (normalmente de cobre) diseñados específicamente para transmitir de forma segura y eficiente la alta corriente y tensión necesarias para la carga.
2. Señal de control y comunicación de datos: El cable también contiene hilos finos para la transmisión de señales de baja tensión. Estas líneas de señal son las responsables de establecer la "comunicación" entre la pila de carga y el vehículo, transmitiendo señales de Piloto de Control (CP) y datos de comunicación (por ejemplo, CAN o PLC).
3. Garantía de seguridad: El cable emplea protección de aislamiento y garantiza la seguridad de la carga mediante medidas como la supervisión de la temperatura, la protección mecánica y la protección de la interfaz.

¿Por qué necesitan sistemas de refrigeración los módulos y cables de alimentación de la pila de carga?
1. Refrigeración de módulos de potencia
Los componentes internos de los módulos de potencia están densamente empaquetados. La eficiencia de la conversión de energía eléctrica es de aproximadamente el 95~98%, lo que conduce a una generación de calor muy concentrada. La energía perdida se libera en forma de calor. Por ejemplo, una pila de 150 kW puede generar 3~7,5 kW de calor. Los requisitos de temperatura son muy estrictos y deben controlarse por debajo de 85 °C.
En la actualidad, la refrigeración líquida es la principal solución para las pilas de carga de alta potencia (especialmente las de más de 150 kW). Su principio básico consiste en que el refrigerante circule a gran velocidad dentro de canales de flujo sellados, en contacto directo con las fuentes de calor del interior del módulo o a través de sustratos de disipación térmica para evacuar el calor de forma eficaz. A continuación, el calor se disipa en el entorno a través de un radiador externo (refrigerado por aire o por líquido secundario). La refrigeración líquida ofrece importantes ventajas: gran capacidad de disipación del calor, control uniforme y preciso de la temperatura y gran fiabilidad.

2. Refrigeración de cables
El objetivo central de la refrigeración de cables es resolver el conflicto entre "transmisión de alta corriente" y "facilidad de manejo" Cuando la corriente circula por un conductor (los núcleos de cobre/aluminio del interior del cable), se genera calor (calor Joule) debido a la resistencia del conductor, según la fórmula Q=I²RT. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será el calor generado, ¡aumentando cuadráticamente! El calor generado por la transmisión de corrientes de 500 A o 600 A es muy superior al que puede soportar un cable estándar.

La tecnología de refrigeración de cables permite la transmisión segura de corrientes ultraelevadas con un aumento limitado o incluso nulo de la sección transversal del cable gracias a la disipación activa del calor, con lo que se consiguen cables "ligeros" y "flexibles". Sus soluciones de refrigeración deben equilibrar la eficacia de la disipación de calor y el diseño estructural. Existen dos tipos principales:

Cables refrigerados por líquido: Son la opción esencial para la actual carga rápida de ultra alta potencia. Además de los núcleos conductores tradicionales, incluyen un tubo interno independiente por el que circula líquido refrigerante que se lleva directamente el calor generado por el cable. Esto permite que el cable siga siendo relativamente delgado y flexible aunque transporte corrientes mayores.

Refrigeración por aire/refrigeración natural: Se utilizan principalmente en pilas de carga con potencias relativamente bajas (por ejemplo, 60 kW e inferiores). Se basan en la convección natural del aire o en pequeños ventiladores incorporados para la disipación convectiva forzada del calor. La ventaja es su estructura sencilla y su bajo coste, pero la capacidad de disipación de calor es limitada con corrientes elevadas, por lo que suelen requerir cables más gruesos y pesados para reducir el calentamiento resistivo.

El "motor de refrigeración": El papel principal de las bombas Liuqid
En el ámbito de la carga ultrarrápida para vehículos de nueva energía, la "refrigeración líquida" se ha convertido en una tecnología fundamental para permitir la carga de alta potencia. Ya sea para los módulos de potencia dentro de las pilas de carga o para los cables de carga conectados a los vehículos, un sistema eficaz de refrigeración líquida depende de una fuente de energía central: la bomba de carga de vehículos eléctricos. Funcionando como el "corazón" del sistema de refrigeración líquida, la bomba de refrigeración líquida impulsa el flujo circulante de refrigerante, extrayendo eficazmente el calor de los componentes clave.

Cuando una pila de carga funciona a alta potencia (por ejemplo, por encima de 350 kW), componentes como los módulos de potencia generan un calor considerable. Si no se disipa con prontitud, este calor puede provocar daños por sobrecalentamiento, reducir la eficiencia de la carga o incluso activar mecanismos de protección contra sobrecalentamiento. La bomba de refrigeración líquida desempeña un papel fundamental al bombear refrigerante a baja temperatura desde el depósito hasta el intercambiador de calor. Allí, el refrigerante absorbe el calor y se convierte en refrigerante a alta temperatura antes de fluir a través de un radiador (o torre de refrigeración externa) para disipar el calor. Por último, el refrigerante vuelve a la pila de carga, formando un sistema de refrigeración de circuito cerrado. Además, la bomba garantiza un caudal suficiente de refrigerante a través de las zonas generadoras de calor, lo que permite un intercambio de calor eficaz. También mantiene estable la presión del sistema para garantizar un contacto eficaz del refrigerante con las superficies de disipación del calor.

El principio de refrigeración de los cables de carga refrigerados por líquido consiste en integrar canales de refrigeración por líquido dentro de la estructura del cable. La bomba de refrigeración líquida hace circular el refrigerante para eliminar el calor generado por los cables. Los terminales de refrigeración líquida se clasifican en dos enfoques técnicos basados en el medio de refrigeración: refrigeración por agua y refrigeración por aceite. En los diseños actuales que utilizan un medio refrigerante de agua, las tuberías de refrigeración líquida se colocan junto a los conductores CC+/CC- para extraer el calor de los conductores de cobre. En los diseños que utilizan aceite aislante como medio, los tubos de refrigeración líquida se colocan dentro o fuera de los núcleos DC+/DC- para conseguir el mismo efecto de disipación del calor. Para obtener ilustraciones detalladas, consulte los siguientes diagramas estructurales.

Microbombas TOPSFLO: Permiten una carga ultrarrápida eficiente y segura

En una era en la que se persigue una mayor potencia y velocidades de carga más rápidas, una bomba de alto rendimiento y alta fiabilidad para cargadores rápidos de vehículos eléctricos es la piedra angular para el funcionamiento estable de los sistemas de refrigeración de las pilas de carga. TOPSFLO Micro Pump Company ha desarrollado una serie de bombas de agua de refrigeración de alto rendimiento específicas para aplicaciones de carga de vehículos eléctricos, adecuadas tanto para la refrigeración de módulos de potencia como para la refrigeración de cables.

¿Qué tipo de bomba es ideal para la refrigeración de módulos de potencia?
Las bombas centrífugas de CC sin escobillas de la serie TL de TOPSFLO, con sus tres ventajas principales (alta eficiencia, funcionamiento silencioso y vida útil prolongada), se han convertido en la solución de refrigeración preferida de los principales fabricantes mundiales de módulos de carga.
1. Diseño de motor sin escobillas: Elimina por completo el desgaste de las escobillas, permitiendo un funcionamiento sin mantenimiento de hasta 30.000 horas.
2. Materiales robustos e ingeniería de precisión: Los componentes clave están fabricados con materiales resistentes a la corrosión y a las altas temperaturas, rigurosamente probados para garantizar un rendimiento fiable en las exigentes condiciones de funcionamiento de la pila de carga 24 horas al día, 7 días a la semana.
3. Control inteligente: Se ajusta con precisión a las demandas de refrigeración, mejorando la eficiencia en un 30% en comparación con las bombas tradicionales, al tiempo que mantiene los niveles de ruido por debajo de <45 dB (medidos a 1 metro), cumpliendo los requisitos de despliegue silencioso en zonas residenciales urbanas.

¿Qué tipo de bomba es adecuada para la refrigeración de cables de carga?
Las microbombas de engranajes de la serie MG de TOPSFLO, por su innovador diseño, destacan como la mejor elección del sector para hacer frente a los exigentes retos que plantean los espacios reducidos, las curvaturas frecuentes y la alta presión de los cables refrigerados por líquido de las pilas de carga ultrarrápida:
1. Selección de materiales de primera calidad: Presenta una carcasa de acero inoxidable 316L, con engranajes y cojinetes fabricados con material PEEK especial de alto rendimiento. Los ejes de los engranajes están fabricados con cerámica de circonio industrial de precisión, que ofrece una dureza, resistencia a la temperatura, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y longevidad excepcionales.
2. Rendimiento superior: La microbomba magnética de engranajes TOPSFLO serie MG317, equipada con un motor sin escobillas de 24 V y 150 W de CC, ofrece una vida útil superior a 20.000 horas. Funciona a temperaturas ambiente de -35°C a 55°C, soporta temperaturas de fluido de -40°C a 85°C, y proporciona un caudal de 0,75-6 L/min con una presión de salida de 0-6 Bar.
3. Protección integral: El motor tiene un grado de protección IP67, admite regulación de velocidad estándar de 0-5 V y puede personalizarse con control de velocidad por señal PWM. Incluye control de rotación bidireccional, protección de límite de potencia de 150 W, protección de sobretemperatura del controlador de 125 °C, protección contra calado y otras funciones de seguridad multicapa.

Elegir las microbombas TOPSFLO significa elegir un "corazón refrigerante" potente, silencioso y fiable para su pila de carga. Nos comprometemos a proporcionar excelentes soluciones de fluidos para disipar la ola de calor en el núcleo de la carga, garantizando la transmisión segura y eficiente de cada kilovatio-hora, y acelerando conjuntamente la llegada de la era del vehículo eléctrico