電気自動車用DC充電杭放熱システムの最適化解析
出力電力の増加、複雑な内部構造、過酷な屋外作業環境などの新たな需要条件下での充電パイルの熱放散の問題を解決するためには、充電パイルの熱特性を分析する必要があります。この論文では、150kWのDC充電杭を研究対象とし、その熱特性モデルを確立します。有限体積法を使用して、強制空冷式装入杭内の流れ場と温度場を分析し、システム換気および冷却方式を最適化して、実際の換気下での装入杭の冷却効果と改善された換気方式を比較および分析し、パイルファンの空気量や出力電力などの要因が装入杭の温度場に及ぼす影響をさらに研究します。結果は、改善された換気最適化スキームが風の抵抗を減らし、システムの熱放散を加速するのにより役立つことを示しており、DC充電パイル製品開発の理論的なガイダンスを提供します。
周囲温度が10°C上昇するごとにコンポーネントの信頼性が半分になると推定され[2-6]、コンポーネントの故障は充電パイル全体の信頼性の高い充電に影響を与えます。したがって、効率的な放熱設計は、充電杭装置の構造設計の重要な部分であり、装置の安定した動作を確保するための重要な要素の1つでもあります。
現在、熱シミュレーション問題を解析する上で重要な手段となっているのが数値流体力学(CFD)であり、CFDシミュレーションの数値解析により、シミュレーションモデル内の任意の位置における速度分布、温度分布、圧力分布を事前に直感的に理解することができます。
150kW DC充電パイルは、電源モジュール、DCバス、AC / DC絶縁検出システム、補助電源、インレットスイッチ、シェルなどで構成されています。モデリングソフトウェアを使用して、外形寸法が1880mm×786mm×695mmの装填杭の3次元モデルを確立し、構造を図に示します
このDC充電杭はEVR700-15000電源モジュールを採用しており、モジュール自体にはモジュールの表側から裏側に4つのファンが吹いているため、充電杭は杭本体の裏側に抽出ファンを設置することで強制空冷を採用しています。多くの冷却方法の中で、強制対流空冷の冷却能力は自然対流空冷よりもはるかに優れており、水冷や油冷よりも簡単で実現が容易で、信頼性が高く、一般的に使用される屋外キャビネットデバイスの主要な冷却方法です。一般的に使用される屋外キャビネットデバイスの主な放熱方法。
装入杭のCFDシミュレーション解析モデル
パワーモジュールは、前後の吸気口と排気口、上下のアルミ亜鉛メッキプレート、内部ヒートシンクなどで構成されています。10個のパワーモジュールは下から上に順番に並べられており、8番目のモジュールと9番目のパワーモジュールの中央にDCバス、ACおよびDC検出部、補助電源が設置され、パワーモジュールの下部にACコンタクタとインレットスイッチが取り付けられています。有限体積モデルを図 2 に示します。3次元モデルは、熱交換と空気の流れの変化がほとんどない部品を省略することで効果的に簡素化されています。装入杭の実際の換気は、杭本体の裏側と上部にファンを設置する換気経路を採用して空気を取り出し、外気は杭本体の2つの空気入口ポートと杭本体の上下の空気入口穴からモジュールに侵入します。 次に、モジュール内のダクトを通過して、背面の出口から熱を放出します。
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