Technologie de refroidissement par liquide pour les stations de recharge rapide

La technologie de refroidissement liquide des bornes de recharge rapide est utilisée à deux niveaux : au niveau du câble et du connecteur, et au niveau des modules de puissance à l’intérieur de l’armoire. La zone de refroidissement applicable dépend du courant continu, de la résistance du conducteur, des conditions ambiantes de conception et du cycle de service, et non de la seule puissance nominale. Les classes de câbles publiées permettent de faire ces distinctions rapidement. À tension nominale de 1 000 V, un fabricant indique un courant continu de 375 A sans refroidissement et de 800 A avec refroidissement. Les pertes dans l’armoire sont liées au rendement des modules et proportionnelles à la puissance de sortie. Ces deux zones sont spécifiées séparément, et de nombreuses bornes ne refroidissent qu’une seule d’entre elles.

Comment fonctionne la technologie de refroidissement liquide pour les bornes de recharge rapide ?

Une station de charge à refroidissement liquide évacue la chaleur du câble et du connecteur, des modules d'alimentation du boîtier, ou des deux, selon les limites de conception. L'architecture varie selon le produit : unités de refroidissement séparées par fonction ou système de gestion thermique intégré. échangeur de chaleur Le système évacue la chaleur accumulée, généralement par un refroidisseur sec extérieur, bien qu'il existe des modèles à réfrigération et à évaporation. La quantité de chaleur transportée par le circuit dépend du courant fourni, du rendement du module et de la température ambiante du site.

L'instrumentation à l'intérieur de la boucle pilote la logique de commande du chargeur. Phoenix Contact La société publie un exemple de configuration pour ses ensembles CCS refroidis : capteurs Pt 1000 dans le connecteur, fluide de refroidissement eau-glycol et détection des fuites de fluide de refroidissement assurée par le contrôleur d'isolation de la station avant le début de chaque session. En cas de baisse de débit ou de hausse de la température du fluide de refroidissement, le contrôleur coupe le courant de sortie afin d'éviter une augmentation de la température des contacts. Les seuils de fonctionnement sont définis dans les données de mise en service et non dans une fiche technique.

L'objectif de ce circuit est de maintenir une température supérieure à la température ambiante, vérifiée dans les conditions de test spécifiées. La norme IEC 62196-1 impose une exigence d'essai de type de 50 K pour l'élévation de température aux bornes du connecteur de charge. La note de bas de page du fabricant est explicite : le courant permanent admissible d'un câble refroidi dépend à la fois des limites normatives et de la capacité de refroidissement disponible. En conditions réelles, le comportement du câble est soumis à d'autres facteurs que ceux de l'essai de type, notamment les limites de température de surface, la plage de fonctionnement déclarée et la surveillance propre à la station.

Lorsque les pertes dues à la conversion de l'armoire dominent la charge de refroidissement

Les pertes de conversion du boîtier prédominent sur la charge de refroidissement lorsque l'inefficacité du module produit plus de kilowatts que ceux dissipés par le câble et le connecteur. La puissance du chargeur seule ne suffit pas à trancher ce constat. Il faut également prendre en compte la courbe d'efficacité mesurée du module et les données de résistance ou de tests thermiques du câble.

La chaleur dissipée à l'intérieur de l'armoire est directement liée au rendement : Q ≈ P × (1/η − 1). Avec un rendement de 95%, une armoire de 480 kW dissipe environ 25 kW. Avec un rendement de 98%, la même armoire dissipe environ 10 kW, ce qui modifie considérablement l'importance relative des pertes dues aux câbles, aux barres omnibus et aux auxiliaires. Appliquez la même formule à vos propres valeurs : prenez la puissance nominale de l'armoire, divisez-la par le rendement à pleine charge de votre module, puis soustrayez la puissance nominale.

Les deux chiffres d'efficacité proviennent d'un étude thermique publiée d'un module de charge CC de 20 kW. Le rapport indique un rendement d'environ 961 Tbit/s à une charge de 45 à 551 Tbit/s et de 951 Tbit/s à pleine charge. Cette courbe correspond au module étudié. Les modules modernes en carbure de silicium peuvent atteindre des rendements supérieurs ; la courbe de rendement doit donc provenir du module que vous avez spécifié.

Les pertes par câble et par connecteur diffèrent car elles dépendent de la section du conducteur, de la résistance de contact et de la longueur du câble. Leur évolution est prévisible : l’effet Joule est proportionnel au carré du courant ; ainsi, à résistance constante, passer d’un courant de 350 A à 500 A double approximativement les pertes dans le conducteur.

Dimensionner un circuit de refroidissement à partir des indications de la plaque signalétique du distributeur sans vérifier la courbe de rendement du module à pleine charge expose rarement à des alertes. Le problème se manifeste plutôt par une baisse de courant inexpliquée lors des premières vagues de chaleur. L'investigation commence généralement par le câble, car c'est la partie visible.

Choisir entre le refroidissement liquide et le refroidissement par air sur une station de recharge

Le refroidissement liquide s'impose sur un site de recharge lorsque le courant continu, la section des conducteurs et les conditions ambiantes ne permettent plus un refroidissement par air. Il n'existe pas de valeur de kilowatt universelle pour définir ce seuil. Le facteur de marche et la masse admissible des câbles sont également des éléments à prendre en compte. Les données publiées par un fabricant permettent de distinguer les performances à une tension nominale unique : 375 A en continu sans refroidissement, 500 A et 800 A en continu avec refroidissement, le tout à 1 000 V.

L'écart entre ces classes de courant représente, en résumé, le problème d'ingénierie. À résistance de conducteur égale, passer de 375 A à 800 A multiplierait les pertes par effet Joule (I²R) par environ 4,5. Dans la réalité, la résistance des câbles n'est pas constante. La classe non refroidie atteint sa valeur nominale grâce à une section de conducteur plus importante ; le compromis réside donc dans la capacité de refroidissement par rapport au cuivre, ce qui explique l'influence du poids et de la facilité de manipulation du câble sur le choix thermique. Les câbles refroidis sont commercialisés notamment pour leur poids plus léger et leur manipulation plus aisée. Ces atouts sont importants partout où le public se branche sans assistance.

Chaque ligne constitue un point de départ pour une discussion sur les spécifications. Le facteur de simultanéité, le partage de puissance, l'indice de protection IP, la résistance à la poussière et au sel, la densité de puissance de l'armoire, la redondance et le code local sont autant d'éléments qui influencent la réponse. L'architecture du fabricant du chargeur détermine également les zones qu'un acheteur peut spécifier séparément.

Une borne de recharge sur site, fournissant de 60 à 120 kW, reste inutilisée la majeure partie de la journée. Le circuit de liquide installé sur place comprend des pompes, des joints, des systèmes de contrôle du liquide de refroidissement et un dispositif de détection des fuites dont le site n'a aucune utilité. L'investissement serait plus judicieux dans le raccordement au réseau.

Le refroidissement des câbles et celui de l'armoire peuvent être utilisés séparément ou conjointement, selon la zone qui atteint sa limite en premier. L'association d'un câble refroidi et d'une armoire refroidie par air est une configuration courante pour les équipements de moyenne puissance.

Variables de conception de la plaque froide pour les modules d'alimentation des armoires de charge

Les performances de la plaque froide dans une armoire de charge dépendent de quatre variables interagissant : la température d'entrée du fluide de refroidissement, le débit en fonction de la perte de charge admissible, la géométrie du canal sous les zones de pertes thermiques et l'interface entre la plaque et la plaque de base du module. C'est le flux thermique au niveau de la zone de pertes, et non la puissance totale du module, qui détermine la contrainte exercée sur cette géométrie.

La température d'entrée est définie à l'extérieur de l'armoire. Dans un refroidisseur sec fonctionnant sans assistance par évaporation ni réfrigération, la température d'alimentation du fluide frigorigène reste supérieure à la température sèche ambiante grâce à la température d'approche du refroidisseur. Une plaque validée à une température d'entrée de 30 °C n'atteindra pas la même température de module lorsque la température ambiante de conception estivale est de 40 °C. Le dimensionnement doit donc prendre en compte la température ambiante de conception du site, augmentée de cette température d'approche.

L'interface est le point où les performances mesurées diffèrent de la simulation. La planéité de la plaque de base, l'épaisseur du matériau d'interface et le couple de serrage influent tous sur la résistance de contact. Une plaque qui atteint son objectif lors de l'analyse peut néanmoins ne pas l'atteindre si la plaque de base du module présente un défaut de planéité dépassant la tolérance pour laquelle le matériau d'interface a été choisi.

Les spécifications des plaques froides pour armoires de charge doivent indiquer au minimum :

• Charge thermique par module et le flux thermique au niveau de la zone chaude, en fonction du nombre de modules partageant une plaque ou un collecteur.
• Résistance thermique cible entre le fluide de refroidissement et la plaque de base du module, et limite de température de la plaque de base qu'elle protège
• Débit nominal, perte de charge admissible et tolérance de répartition du débit entre modules parallèles sur un collecteur partagé
• sélection du liquide de refroidissement, la concentration de glycol et le pack d'inhibiteurs, ainsi que chaque matériau en contact avec le fluide — des plaques d'aluminium associées à des raccords en cuivre ou en laiton ouvrent un chemin de corrosion galvanique l'inhibiteur doit couvrir
• Pression d'épreuve, taux de fuite acceptable et méthode d'essai qui démontre les deux
• Voie de construction, depuis brasée, soudée par friction-malaxage et tube dans la plaque Les conceptions diffèrent en termes de géométrie des canaux réalisables, de propreté interne et de réparabilité.

Deux de ces éléments sont déterminants. La composition chimique du fluide de refroidissement et la température d'entrée nominale sont prioritaires, car tous les calculs ultérieurs les utilisent comme données d'entrée. De plus, le matériau des plaques, la méthode d'assemblage et les raccords de ports sont difficiles à modifier de manière économique une fois l'outillage réalisé. Le débit et la vitesse de la pompe sont des valeurs de consigne et restent ajustables pendant la mise en service. Nous vérifions la perte de charge et la distribution du débit entre les modules parallèles au débit spécifié avant de figer la géométrie des plaques.

Vérification d'une station de recharge à refroidissement liquide avant son expédition

Les tests d'acceptation d'une station de recharge refroidie par liquide couvrent trois éléments auxquels sont liées les défaillances sur le terrain : l'élévation de température au courant nominal, l'intégrité de la boucle sous pression et le comportement du contrôleur lorsque les performances de refroidissement diminuent.

L'essai d'échauffement fait fonctionner l'ensemble au courant nominal jusqu'à stabilisation des températures, puis compare l'échauffement aux bornes à l'exigence d'essai de type applicable dans les conditions déclarées. Les conditions de réalisation du test sont aussi importantes que le résultat. Un essai à 20 °C de température ambiante est peu informatif quant à un site dont les points de conception sont fixés à 40 °C.

L'intégrité du circuit commence par un contrôle de pression et d'étanchéité au niveau des ports et des raccords. Il s'agit également de vérifier si les fuites de liquide de refroidissement restent détectables en service ; certains modèles de connecteurs utilisent le système de surveillance d'isolation de la station à cet effet. Les armoires extérieures subissent des variations de température entre le jour et la nuit. Il est donc essentiel de vérifier attentivement les raccords rapides et la fixation des tuyaux au niveau des ports de la plaque, car les cycles thermiques endommagent les joints bien avant que la température n'atteigne la plaque.

Le comportement du contrôleur est le contrôle le plus souvent négligé. Conformément à la procédure de validation approuvée par le fabricant du chargeur, il convient de vérifier qu'un faible débit ou une température d'entrée élevée entraîne une réduction contrôlée du courant de sortie. Ensuite, il faut enregistrer le débit, les températures d'entrée et de sortie ainsi que la température du module pendant toute la durée de la session, afin de documenter le seuil de réduction de puissance plutôt que de le découvrir sur site.

Normes d’interface de recharge et changements intervenus en 2025-2026

Quatre documents CEI régissent les exigences en matière d'élévation de température et de gestion thermique auxquelles une station de recharge rapide est soumise, et trois d'entre eux ont fait l'objet d'une nouvelle édition entre novembre 2025 et avril 2026. Tous les quatre s'inscrivent dans le cadre CEI/CCS.

CEI 62196-1:2025, Édition 5.0, publiée le 25 novembre 2025. La norme relative aux exigences générales pour les prises, connecteurs, entrées et câbles de véhicules électriques, couvrant ≤690 V CA à ≤250 A et ≤1 500 V CC à ≤800 A. Elle remplace la quatrième édition de 2022. Action: Vérifiez quelle édition est citée dans le rapport d'essai de type de connecteur, car la clause d'élévation de température comporte une stratégie de réduction de puissance.

CEI 62196-3:2026, Édition 3.0, publiée le 23 avril 2026. Compatibilité dimensionnelle pour les coupleurs CC et CA/CC, avec le contenu de la norme IEC TS 62196-3-1, la spécification des coupleurs à gestion thermique, intégrée en tant qu'annexe normative AA et des valeurs nominales augmentées pour toutes les configurations. Action: Pour les faisceaux de câbles refroidis, demandez des preuves contre cette édition, car la spécification technique qu'elle a intégrée n'est plus autonome.

IEC TS 63379:2026, Édition 1.0, publiée le 28 janvier 2026. Ce document décrit les connecteurs, les prises pour véhicules et les câbles pour la recharge en courant continu de forte puissance (jusqu'à 1 500 V et 3 000 A) des systèmes utilisant la détection thermique, ou le transport thermique combiné à la détection thermique. Il spécifie le coupleur et le câble, et non une station complète. Action: Si des véhicules lourds sont concernés par la durée de vie de l'équipement, vérifiez si l'interface est conforme à cette spécification, car une armoire CCS uniquement ne peut pas être réévaluée selon celle-ci.

CEI 61851-23-3, exigences côté station pour la recharge en mégawatts. La période de vote du FDIS s'est terminée le 22 mai 2026. Action: Veuillez vérifier le statut de publication actuel sur la page IEC avant de mentionner une édition dans un cahier des charges d'achat.

Déterminer la répartition du budget de refroidissement dans une station de recharge rapide

La complexité du refroidissement liquide des bornes de recharge rapide se manifeste dès que la limite est atteinte. Deux documents déterminent cette limite : la carte d’efficacité du module et les données thermiques du câble. La capacité de refroidissement se traduit par un courant continu, et la marge de manœuvre diminue dans les deux cas lorsque la température ambiante nominale augmente.

Le refroidissement, vérifié uniquement à la température d'entrée du banc d'essai, semble généralement suffisant jusqu'à la première vague de chaleur, où la capacité de rejet et la marge de surchauffe des connecteurs atteignent leurs limites dès le premier après-midi. Les débits, la géométrie des canaux et le choix du fluide de refroidissement dépendent toujours de la carte des pertes du module et des conditions ambiantes du site.

Si la puissance de votre armoire est de 400 kW ou plus et que la température ambiante estivale de conception est supérieure à 35 °C, placez la carte des pertes du module à côté de la température d'entrée que votre unité de rejet peut raisonnablement fournir. C'est cette association que nous alignons. Plaques de refroidissement de l'eau Avant de fixer la géométrie, il convient de prendre en compte le cas où le distributeur resterait sous la barre des 150 kW avec une faible utilisation simultanée. Il est donc préférable de conserver l'armoire refroidie par air et de consacrer le budget au raccordement au réseau.

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