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充电桩的热设计

发布时间:2015年10月09日 00:00 作者:凝夕 来源:充电桩时代

    近年来,我国新能源汽车生产销售快速增长,中央、地方各项扶持政策的协同效果得以充分发展。正是由于政策导向,越来越多的厂商加入“新能源汽车”大军,2015年上半年,中国整体经济增速放缓,众多企业半年报距离预期相差甚远,诸如施耐德、西门子、ABB这样传统跨国企业业绩同比下滑严重,但新能源市场逆势爆发,某锂电电池企业销售额同比增长5倍,众多充电桩系统集成公司雨后春笋般涌现,保守估计国内已有企业上百家,产品质量更是良莠不齐。

  今天主要谈充电桩系统的热设计,相比于通信电源,充电桩对散热要求更为苛刻。

  目前中国铁塔公司集中采购的户外机柜,电源柜中电源基本配置为48V50A模块4个,其中3个92%效率普效模块,1个96%效率高效模块;48V150Ah铅酸或胶体电池2组,模块散热量大概为3000*(0.08*3+0.04*1)W=840W,电池按照均充最大发热量计算,散热量约为0.338*6*4*2=16W,机柜环境热量按照上限估算为估算为180*0.8*0.6*1.8=156W,总散热量约为1012W即1KW左右。

  充电桩的系统散热量要大的多,以60KW系统为例,目前行业主流模块效率标称95%,仅模块散热量就达到60*0.05*1000=3000W,这意味着充电桩需要在与通信用户外机柜同等体积条件下散出3倍的热量,对系统热设计要求极为严格。

  通信户外机柜目前常用的机柜制冷模式有四种:风扇直通风、热交换、TEC、空调。

  风扇直通风的优点是成本低,安装简便,能耗较少。缺点是,由于直通风,户外的灰尘较容易进入柜内,若采用密度较高滤网,则需要经常保养、清洗;如使用较大密度滤网,进入柜内的灰尘较多。这种方案在铁塔公司未成立前的移动、联通北方区域较为常用。也是目前充电桩的应用模式。

  热交换方式,柜内和柜外的空气在100%隔离状况下通过换热器芯体进行热交换,避免了柜外灰尘对柜内精密通信设备的污染。能耗较低,仅是风扇直通风的1.5~2倍。热交换的主要应用场景是室内外温差较大地区,因此并没有大规模使用。

  TEC,即半导体制冷器,利用特种半导产生珀尔帖效应实现热量交换。TEC制冷的优缺点都很明显,优点是采用直流电,在停电时可以照常工作,可以更好的保护设备,缺点是最大制冷功率仅到200W,且能效比小于0.5,这实在不太适合当前社会对效率的追求,因此应用也不够普及。

  空调在铁塔公司最新的招标中已经成为标配,而且从技术角度分析,空调确实是最优选择。由于采用冷媒压缩来实现温控,空调可以获得持续稳定的温度,对整个系统可以提供最好的保障,但机柜空调结构复杂,且成本和能耗均在比较高的水平,以能效比2.5计算,通信用户外机柜空调功耗约为400W,是比较高的水平。

  回头看充电桩,安装场景与通信户外机柜几近相同:户外路边、小区、室内外停车场。同样的机柜尺寸要散掉3倍的热量,确实是个挑战,而这也被证实是目前最困扰充电桩系统厂家的难题之一,据悉因温度过高引起模块过温保护的案例不在少数。

  而目前的系统厂家,似乎还没有走出思维定式,最常用的办法是增加风扇数量,有甚者在5个模块的机柜上装了12个风扇……

  再从自身使用情况看,目前充电桩系统使用率远远未达到预期,已经有如此高的故障率,难以想象真正铺开使用后会是一派怎样的景象,所以笔者还是认为采用机柜空调是未来充电桩系统解决散热问题的解决方案之一。

  可能不免有人要说,空调相比于风扇,成本要高出很多。这里又要拿通信电源来作比较,通信户外机柜中模块加电源插框系统价格约为3000元,空调约2000-3000不等。充电桩系统还以60KW为例,充模块按目前市场价格0.45元/W,总价约为27000元,空调价格不超过5000元,相当于一个模块的水平,这笔钱用来买一个备用的模块还是空调,想必这笔账大家自己心里都可以算的很清楚。

  笔者进入新能源领域时日不长,但已经深深的爱上了这个行当,怀着一颗赤子之心准备大干一场,为新能源产业做出自己的贡献。这篇文章班门弄斧,纯属个人观点,欢迎各位专家提出不同意见,交流才能碰撞出更多的火花,行业才会良性发展,等到无需国家政策导向行业也能健康发展的时候,相信我们这些新能源业者都会享受到它的红利。

 
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