Tecnologia di raffreddamento a liquido per le stazioni di ricarica rapida

La tecnologia di raffreddamento a liquido per le stazioni di ricarica rapida viene applicata in due punti: il cavo e il connettore, e i moduli di potenza all'interno dell'armadio. La zona che limita le prestazioni di un sito dipende dalla corrente continua, dalla resistenza del conduttore, dalle condizioni ambientali di progetto e dal ciclo di lavoro, non solo dalla potenza nominale. Le classi di cavi pubblicate offrono una panoramica immediata. A parità di tensione nominale di 1.000 V, un produttore indica una corrente continua di 375 A senza raffreddamento e di 800 A con raffreddamento. Le perdite dell'armadio sono correlate all'efficienza del modulo e aumentano con la potenza erogata. Entrambe le zone sono specificate separatamente e molte stazioni raffreddano solo una delle due.

Come funziona la tecnologia di raffreddamento a liquido per le stazioni di ricarica rapida

Una stazione di ricarica raffreddata a liquido rimuove il calore dal gruppo cavi e connettori, dai moduli di alimentazione dell'armadio o da entrambi, a seconda di dove il progetto raggiunge il limite di tolleranza. L'architettura varia a seconda del prodotto: unità di raffreddamento separate per funzione o un sistema di gestione termica integrato. scambiatore di calore Il sistema di raffreddamento dissipa il calore accumulato, solitamente tramite un refrigeratore a secco esterno, sebbene esistano anche modelli con raffreddamento a refrigerazione e a evaporazione assistita. La corrente erogata, l'efficienza del modulo e le condizioni ambientali di progetto del sito determinano la quantità di calore trasportata dal circuito.

La strumentazione all'interno del circuito controlla la logica di controllo del caricabatterie. Contatto Phoenix pubblica una configurazione rappresentativa per i suoi gruppi CCS raffreddati: sensori Pt 1000 nel connettore, un refrigerante a base di acqua e glicole e il rilevamento delle perdite di refrigerante gestito dal monitor di isolamento della stazione prima dell'inizio di una sessione. Quando il flusso diminuisce o la temperatura del refrigerante aumenta, il controllore interrompe la corrente di uscita invece di lasciare che la temperatura dei contatti aumenti. Le soglie sono contenute nei dati di messa in servizio, non in una scheda tecnica.

L'intero circuito serve a garantire un aumento di temperatura rispetto alla temperatura ambiente, verificato secondo le condizioni di prova dichiarate. La norma IEC 62196-1 stabilisce un requisito di prova di tipo a 50 K per l'aumento di temperatura del terminale nel connettore di ricarica. La nota a piè di pagina dello stesso produttore è esplicita: la corrente nominale permanente di un cavo raffreddato dipende congiuntamente dai limiti normativi e dalla capacità di raffreddamento disponibile. Il comportamento sul campo dipende da fattori che vanno oltre la prova di tipo, tra cui i limiti di temperatura superficiale, l'intervallo operativo dichiarato e il monitoraggio effettuato dalla stazione stessa.

Quando le perdite dovute alla conversione del mobile dominano il carico di raffreddamento

Le perdite di conversione del cabinet dominano il carico di raffreddamento quando l'inefficienza del modulo produce più kilowatt di quanti ne dissipino il cavo e il connettore. La sola potenza del caricabatterie non è sufficiente a risolvere questo confronto. Sono necessari la mappa di efficienza misurata del modulo e i dati di resistenza o di test termici del cavo.

Il calore disperso all'interno dell'armadio deriva unicamente dall'efficienza: Q ≈ P × (1/η − 1). Con un'efficienza di 95%, un armadio da 480 kW dissipa circa 25 kW. Con un'efficienza di 98%, lo stesso armadio dissipa circa 10 kW, il che sposta le perdite dovute a cavi, sbarre collettrici e componenti ausiliari in una posizione relativa molto diversa. Applica la stessa espressione ai tuoi dati: prendi la potenza nominale dell'armadio, dividila per l'efficienza a pieno carico del tuo modulo, quindi sottrai la potenza nominale.

Entrambi i dati di efficienza provengono da un Pubblicato uno studio termico su un modulo di ricarica CC da 20 kW. Il valore riportato si aggira intorno a 96% con un carico compreso tra 45 e 55% e a 95% a pieno carico. Questa curva si riferisce al modulo studiato. I moderni design al carburo di silicio possono raggiungere valori più elevati, pertanto la mappa di efficienza deve provenire dal modulo che si specifica effettivamente.

Le perdite nei cavi e nei connettori si comportano in modo diverso, poiché entrano in gioco la sezione del conduttore, la resistenza di contatto e la lunghezza del cavo. L'andamento è prevedibile: il riscaldamento Joule è proporzionale al quadrato della corrente, quindi aumentando la corrente di un cavo da 350 A a 500 A, le perdite del conduttore a resistenza costante raddoppiano approssimativamente.

Dimensionare un circuito di raffreddamento basandosi solo sulle specifiche del distributore, senza verificare dove si colloca la curva di efficienza del modulo a pieno carico, raramente comporta un problema che si manifesta con un allarme. Si presenta invece come un'inspiegabile riduzione della corrente durante la prima ondata di calore. L'indagine di solito inizia dal cavo, perché è la parte visibile.

Scegliere tra raffreddamento a liquido e ad aria presso una stazione di ricarica.

Il raffreddamento a liquido diventa necessario in una stazione di ricarica quando la corrente continua, la sezione del conduttore e le condizioni ambientali di progetto non sono più compatibili con un sistema di raffreddamento ad aria. Non esiste un valore universale in kilowatt che indichi questo punto. Il ciclo di lavoro e il peso massimo consentito del cavo sono fattori da considerare. Le specifiche pubblicate da un produttore rendono evidente la scelta a una singola tensione nominale: 375 A continui senza raffreddamento, 500 A e 800 A continui con raffreddamento, il tutto a 1.000 V.

La differenza tra queste classi rappresenta la questione ingegneristica in forma concisa. A parità di resistenza del conduttore, il passaggio da 375 A a 800 A aumenterebbe la perdita I²R di un fattore pari a circa 4,5. Nei cavi reali, la resistenza non è costante. La classe non raffreddata raggiunge la sua corrente nominale grazie a una maggiore sezione del conduttore, quindi il compromesso è tra capacità di raffreddamento e rame, ed è così che il peso e la maneggevolezza del cavo influiscono sulla decisione termica. I cavi raffreddati vengono commercializzati in parte per il peso inferiore e la maggiore facilità di utilizzo. Questo è importante ovunque il pubblico colleghi un dispositivo senza assistenza.

Ogni riga rappresenta un punto di partenza per una discussione sulle specifiche. Fattore di simultaneità, condivisione della potenza, grado di protezione IP, esposizione a polvere e sale, densità di potenza dell'armadio, ridondanza e normative locali influenzano tutti la risposta. L'architettura del produttore del caricabatterie determina anche quali zone un acquirente può specificare separatamente.

Un caricabatterie da ufficio da 60 a 120 kW rimane inattivo per la maggior parte della giornata. Un circuito idraulico in loco aggiunge pompe, guarnizioni, controlli del liquido di raffreddamento e un sistema di rilevamento perdite di cui il sito non ha bisogno. I soldi dovrebbero essere investiti nella connessione alla rete elettrica.

Il raffreddamento dei cavi e quello del cabinet possono essere applicati singolarmente o in combinazione, a seconda di quale zona raggiunga per prima il suo limite. L'abbinamento di un cavo raffreddato con un cabinet raffreddato ad aria è una configurazione comune per le apparecchiature di media potenza.

Variabili di progettazione della piastra di raffreddamento per i moduli di alimentazione degli armadi di ricarica

Le prestazioni della piastra di raffreddamento in un armadio di ricarica dipendono da quattro variabili interagenti: la temperatura del refrigerante in ingresso, la portata rispetto alla caduta di pressione consentita, la geometria del canale al di sotto dei punti caldi di dissipazione e l'interfaccia tra la piastra e la base del modulo. Il flusso di calore nell'area del punto caldo, e non la potenza totale del modulo, determina quanto quella geometria debba lavorare.

La temperatura di ingresso viene impostata all'esterno del quadro elettrico. In un refrigeratore a secco che funziona senza evaporazione o refrigerazione, la temperatura del fluido di raffreddamento in ingresso si mantiene al di sopra della temperatura ambiente a bulbo secco grazie alla temperatura di avvicinamento del refrigeratore. Una piastra validata con una temperatura di ingresso di 30 °C non raggiungerà la stessa temperatura del modulo se la temperatura ambiente di progetto estiva è di 40 °C. Il parametro di dimensionamento è quindi la temperatura ambiente di progetto del sito più tale valore di avvicinamento.

L'interfaccia è il punto in cui le prestazioni misurate si discostano da quelle simulate. La planarità della piastra di base, lo spessore del materiale dell'interfaccia e la coppia di serraggio influiscono sulla resistenza di contatto. Una piastra che soddisfa i requisiti in fase di analisi può comunque non raggiungerli se la piastra di base del modulo si trova al di fuori della tolleranza di planarità per cui è stato scelto il materiale dell'interfaccia.

Le specifiche delle piastre di raffreddamento per gli armadi di ricarica dovrebbero indicare, come minimo:

• Carico termico per modulo e flusso di calore nell'impronta del punto caldo, con il numero di moduli che condividono una piastra o un collettore
• Resistenza termica target dal liquido di raffreddamento alla piastra di base del modulo e limite di temperatura della piastra di base che protegge
• Portata di progetto, caduta di pressione ammissibile e tolleranza di distribuzione del flusso tra moduli paralleli su un collettore condiviso
• Selezione del refrigerante, concentrazione di glicole e pacchetto di inibitori, più ogni materiale bagnato: piastre di alluminio abbinate a raccordi in rame o ottone aprono un percorso di corrosione galvanica l'inibitore deve coprire
• Pressione di prova, tasso di perdita accettabile e metodo di prova che dimostra entrambi
• Percorso di costruzione, poiché brasato, saldato per attrito e tubo in piastra I progetti differiscono per geometria del canale realizzabile, pulizia interna e riparabilità.

Due di questi parametri guidano gli altri. La composizione chimica del refrigerante e la temperatura di ingresso di progetto vengono definite per prime, poiché ogni calcolo successivo le utilizza come input e perché il materiale della piastra, il metodo di giunzione e i raccordi delle porte non sono economicamente modificabili una volta che gli stampi sono stati realizzati. La portata e la velocità della pompa sono valori fissi e rimangono regolabili durante la messa in servizio. Verifichiamo la caduta di pressione e la distribuzione del flusso attraverso i moduli paralleli alla portata specificata prima che la geometria della piastra venga definita in modo definitivo.

Verifica di una stazione di ricarica a raffreddamento a liquido prima della spedizione

I test di accettazione per una stazione di ricarica raffreddata a liquido comprendono tre aspetti a cui sono riconducibili i guasti sul campo: l'aumento della temperatura alla corrente nominale, l'integrità del circuito sotto pressione e il comportamento del controller quando le prestazioni di raffreddamento diminuiscono.

Il test di aumento della temperatura fa funzionare l'assemblaggio alla corrente nominale fino a quando le temperature si stabilizzano, quindi confronta l'aumento ai terminali con il requisito di prova di tipo applicabile nelle condizioni dichiarate. Le condizioni del test sono importanti quanto il risultato. Un test a 20 °C ambiente dice poco su un sito che ha come punto di progetto 40 °C.

L'integrità del circuito inizia con un controllo della pressione e delle perdite in corrispondenza di porte e raccordi. Comprende anche la verifica che eventuali perdite di refrigerante rimangano rilevabili durante il funzionamento, e alcuni tipi di connettori utilizzano il monitor di isolamento della stazione proprio a questo scopo. Le temperature degli armadi esterni variano notevolmente tra il giorno e la notte. È quindi opportuno verificare anche i raccordi a innesto rapido e il fissaggio dei tubi flessibili in corrispondenza delle porte della piastra, poiché i cicli termici influiscono sulle guarnizioni ben prima che raggiungano la piastra stessa.

Il controllo del comportamento del controller è quello che più spesso viene trascurato. Solo seguendo la procedura di validazione approvata dal produttore del caricabatterie, verificare che una condizione di bassa portata o di alta temperatura in ingresso produca una riduzione controllata della corrente di uscita. Quindi, registrare la portata, la temperatura in ingresso e in uscita e la temperatura del modulo per l'intera sessione, in modo che la soglia di declassamento sia documentata anziché essere rilevata in loco.

Standard delle interfacce di ricarica e modifiche introdotte nel periodo 2025-2026

Quattro documenti IEC regolano i requisiti di aumento della temperatura e di gestione termica per i quali una stazione di ricarica rapida deve essere specificata, e tre di essi hanno cambiato edizione tra novembre 2025 e aprile 2026. Tutti e quattro rientrano nel quadro IEC/CCS.

Norma IEC 62196-1:2025, Edizione 5.0, pubblicata il 25 novembre 2025. Norma sui requisiti generali per spine, connettori, prese e cavi per veicoli elettrici, valida per tensioni fino a 690 V CA e correnti fino a 250 A e per tensioni fino a 1.500 V CC e correnti fino a 800 A. Sostituisce la quarta edizione del 2022. Azione: Confermare quale edizione è citata nel rapporto di prova del connettore, poiché la clausola relativa all'aumento di temperatura prevede un'eventuale strategia di declassamento.

Norma IEC 62196-3:2026, Edizione 3.0, pubblicata il 23 aprile 2026. Compatibilità dimensionale per accoppiatori CC e CA/CC, con il contenuto della norma IEC TS 62196-3-1, specifica per accoppiatori a gestione termica, integrato come allegato normativo AA e valori nominali aumentati per tutte le configurazioni. Azione: Per quanto riguarda i cavi assemblati raffreddati, richiedete prove contrarie a questa edizione, poiché la specifica tecnica da essa incorporata non è più autonoma.

Norma IEC TS 63379:2026, Edizione 1.0, pubblicata il 28 gennaio 2026. Copre connettori, prese per veicoli e cablaggi per la ricarica in corrente continua ad alta potenza (megawatt) fino a 1.500 V CC e 3.000 A, per sistemi che utilizzano il rilevamento termico o il trasporto termico combinato con il rilevamento termico. Specifica il connettore e il cablaggio, non una stazione completa. Azione: Se i veicoli pesanti rientrano nel ciclo di vita dell'apparecchiatura, verificare che l'interfaccia sia conforme a questa specifica, poiché un armadio compatibile solo con CCS non può essere ricertificato di conseguenza.

IEC 61851-23-3, requisiti lato stazione per la ricarica di megawatt. Il periodo di votazione per l'FDIS si è concluso il 22 maggio 2026. Azione: Prima di specificare un'edizione in una richiesta di acquisto, verificare lo stato di pubblicazione corrente sulla pagina IEC.

Decidere come allocare il budget di raffreddamento in una stazione di ricarica rapida

La tecnologia di raffreddamento a liquido per le stazioni di ricarica rapida acquisisce la sua complessità nella zona che per prima raggiunge il suo limite. Due documenti determinano quale zona è quella in questione: la mappa di efficienza del modulo e i dati termici del cablaggio. La capacità di raffreddamento si converte in corrente continua ed entrambe le zone perdono margine di sicurezza all'aumentare della temperatura ambiente di progetto.

Il raffreddamento verificato solo alla temperatura di ingresso del banco tende a sembrare adeguato fino alla prima ondata di calore, quando la capacità di reiezione e il margine di tolleranza per l'innalzamento del connettore si esauriscono nel pomeriggio. Le portate, la geometria dei canali e la scelta del refrigerante dipendono ancora dalla mappa delle perdite del modulo e dalle condizioni ambientali di progetto del sito specifico.

Se la potenza in uscita del tuo quadro elettrico è pari o superiore a 400 kW e la temperatura ambiente di progetto estiva è superiore a 35 °C, posiziona la mappa delle perdite del modulo accanto alla temperatura di ingresso che la tua unità di reiezione può realisticamente fornire. Questa combinazione è ciò che allineiamo Piastre di raffreddamento ad acqua contro prima che la geometria sia fissa. Se il distributore rimane sotto i 150 kW con un basso utilizzo simultaneo, mantenere il cabinet raffreddato ad aria e investire il budget nel collegamento alla rete.

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