Med den kontinuerlige optimaliseringen av globale energistrukturer og fremskritt innen fornybar energiteknologi spiller kraftelektronikk en stadig mer betydelig rolle i nye energisystemer. Fra solcelleomformere til vindkraftgenerasjons...
Med den kontinuerlige optimaliseringen av globale energistrukturer og fremskritt innen fornybar energiteknologi spiller kraftelektronikk en stadig mer betydelig rolle i nye energisystemer. Fra solcelleomformere til vindkraftgenerasjonsystemer, og utvides til energilagringssystemer og ny energi-fartøyer , er kraft elektroniske enheter i praksis overalt. Imidlertid fører kravene om høy effekttetthet, høy virkningsgrad og lengre levetid til at disse enhetene genererer betydelige mengder varme under drift. Hvis denne varmen ikke håndteres effektivt, reduseres ikke bare enhetens virkningsgrad, men systemets pålitelighet og levetid svekkes også alvorlig. Derfor har utforming og anvendelse av kjølelegemer, som er hovedkomponenten i termisk styring for kraftelektroniske systemer, stor betydning for utviklingen av ny energi-industrien.
Kraftelektroniske enheter som IGBT-er, MOSFET-er og effektdioder genererer betydelig varme under høyfrekvente, høyeffekts driftsforhold. Temperaturøkninger fører til økte bryte tap, forhøyet ledningseffekt, akselerert aldring av halvledermaterialer og kan til og med utløse termisk gjennomløp. Derfor er kjølelegemer i effektelektroniske systemer ikke bare passive kjølingstilbehør, men kritiske komponenter som sikrer systemstabilitet, lengre levetid og bedre effektivitet. Spesielt i ny energi-applikasjoner, der effektkomponenter ofte opererer kontinuerlig under svingende omgivelsestemperaturer, påvirker ytelsen til kjølelegemer direkte pålitelig drift av systemet.
Fotovoltaiske invertere utgjør kjernen i solcellesystemer, og konverterer likestrøm til vekselstrøm. Effektkomponenter i invertere genererer varme under høyfrekvente bryteoperasjoner. Utilstrekkelig termisk håndtering kan føre til redusert invertereffektivitet eller til og med nedstengning. Vanlige kildedesign inkluderer ekstruderte aluminiumsvarmesink og væskekjøleplater. Ekstruderte aluminiumsvarmesink forbedrer varmeavgivelse gjennom optimaliserte finnekonstruksjoner, noe som muliggjør naturlig konveksjon eller tvungen luftkjøling. Væskekjølte plater bruker derimot sirkulerende væsker til å fjerne varme, og er dermed egnet for PV-invertere med høy effekttetthet eller i lukkede miljøer.
Ladestasjoner genererer betydelig varme under effektiv energioverføring, hvor ytelsen til varmeavledere direkte bestemmer pålitelighet, sikkerhet og driftslevetid. Kjerneeffektmoduler (som IGBT-er eller SiC MOSFET-er) medfører betydelige effekttap når vekselstrøm fra nettet konverteres til likestrøm som batteriet krever, og avgir denne energien som varme. Hvis denne varmen ikke avledes raskt nok, fører det til overoppheting av kjernekomponenter, noe som resulterer i redusert effektivitet, svekket ytelse eller til og med permanent skade. Et effektivt termisk styringssystem er grunnleggende for å sikre at ladestasjoner kan fungere stabilt under høytemperatur- og høybelastningsforhold og opprettholde sin nominelle effektutgang (f.eks. 120 kW, 360 kW eller høyere), noe som direkte påvirker ladesikkerhet og brukeropplevelse.
I dag benyttes hovedsakelig to tekniske løsninger for termisk styring i ladestasjoner: luftkjøling og væskekjøling :
1. Luftkjølte radiatorer med tvungen luft: Dette er den vanlige løsningen for tidligere generasjoner og ladestasjoner med middels til lav effekt. Prinsippet innebærer økt kontaktflate mellom kraftkomponenter og luft ved hjelp av kjølefinner, deretter brukes vifte(r) for tvungen konvektiv varmeveksling. Denne løsningen har en enkel struktur og lavere kostnad, men kjøleeffekten er begrenset, viftestøy er betydelig, og den er utsatt for miljøstøv, noe som gjør det vanskelig å oppfylle kravene til utvikling med høyere effekttetthet.
2. Væskekjølte systemer: For høyeffektive hurtigladere (typisk 150 kW og oppover) har væskekjøling blitt standardløsningen. Dette systemet bruker væskekjøleplater som ligger tett inntil varmegenererende komponenter. Etter at kjølemiddelet har absorbert varmen, transporteres den til en ekstern væske-til-væske- eller væske-til-luft-varmeveksler (hovedradiator) for avgivelse av varme. Væskekjøling er betydelig mer effektiv enn luftkjøling, gir et mer kompakt design, tilbyr lukket beskyttelse av kritiske indre komponenter og reduserer støy betraktelig. I dagens ultra-hurtigladere utvides væskekjølingen til og med til ladekabelen, noe som sikrer både sikkerhet og lettvektsdesign under høye strømmer.
Den raske utviklingen innen kraftelektronikk og nye energisystemer setter økte krav til ytelse for kjølelegemer. Gjennom optimalisert design, forsvarlig materialevalg og intelligent styring løser kjølelegemer ikke bare varmehåndteringsutfordringer effektivt, men forbedrer også systemeffektiviteten, forlenger komponenters levetid og fremmer bærekraftig utvikling av ny energiteknologi. Framover vil kjølelegemer, med jevne fremskritt innen materialvitenskap og varmehåndteringsteknikker, bli uunnværlige kjernekomponenter i nyenergibransjen og gi solid teknisk støtte for å oppnå overgangen til grønn energi.
EN
