WHAT THE TECH?! E-Mobilität mit grüner Energie sichern?
Warum ist es sinnvoll, grünen Strom für E-Autos zu nutzen? Finden Sie es hier heraus:
Elektromobilität, die auf regenerative Energien setzt, ist umweltfreundlich: Wind, Wasser, Photovoltaik oder auch grüner Wasserstoff kommen als nachhaltige Quellen in Frage. Die Schnittstelle zu den Fahrzeugen, also PKW, LKW oder Bussen sind dann Ladesäulen oder Ladeterminals unterschiedlicher Größe und Leistung, die zum Ausgleich von Schwankungen und zur Netzstabilisierung oft mit Batteriespeichern kombiniert sind (Bild 1).
Da das Interesse an Elektrofahrzeugen stetig zunimmt, ist die Verfügbarkeit von Schnellladestationen eine Herausforderung. Um die Ladezeit zu verkürzen, muss die Ladeanschlussleistung – je nach Anwendung – auf mehrere Hundert Kilowatt gesteigert werden. Als Folge davon steigt die thermische Belastung der elektrischen Bauteile in den Systemen deutlich an.
Wärme effizient abführen
Um die Verlustwärme effizient abzuführen und ein schnelles Laden zu ermöglichen, ist ein kontrolliertes Wärmemanagement erforderlich, das unterschiedliche Kühllösungen einbezieht. Die Motoren- und Ventilatorenspezialisten von ebm-papst haben sich mit dieser Thematik intensiv befasst und bieten heute für die unterschiedlichen Kühllösungen rund um die Elektromobilität die passenden Lösungen.
Kompaktlüfter in unterschiedlichen Bauweisen für eine effiziente und geräuscharme Elektronik- und Schaltschrankkühlung gehören ebenso dazu wie leistungsfähige und intelligente Antriebe mit integrierter K4 Ansteuerelektronik für die Pumpen. Diese sind für die Versorgung der Kühlkreisläufe notwendig.
Ein Beispiel dafür ist der ECI-63.20-K4 Innenläufermotor, der dank seiner hohen Leistungsdichte typischerweise als effizienter Pumpenantrieb für die Kühlung von Ladekabeln im Level-3 Bereich mit bis zu 500 A Ladeströmen eingesetzt wird (Bild 2). Mit Varianten im Leistungsbereich von 180 bis 370 W deckt der kompakte Antrieb eine große Einsatzbandbreite ab. Aber auch Drehzahl-Drehmoment gesteuerte Außenläufermotoren der Baureihe VDC-49.15-K4 sind für Kühllösungen bestens geeignet. Sie ermöglichen z. B. auch Rückschlüsse auf Druck und den Kühlmitteldurchfluss. Somit kann in der Applikation auf zusätzliche Sensoren verzichten werden, was sich positiv auf die Systemsteuerung der Ladesäule auswirkt.
Lüfter und Ventilatoren für jeden Verwendungszweck
Der Innenraum einer Schnellladestation, die Leistungselektronik und die Kühlkreisläufe werden üblicherweise mit Luft gekühlt (Bild 3). Hierzu sind in der Regel meist mehrere Ventilatoren im Einsatz und je nach Anforderung bieten sich dafür Axial-, Radial- oder Diagonallüfter und -ventilatoren an. Mit Baugrößen von 25 bis 910 mm Durchmesser und Leistungsbereichen von 0,2 W bis 4,6 kW lässt sich für praktische jede Anwendung rund um die Elektromobilität eine passende Lösung finden (Bild 4).
Die treibende Kraft der Lüfter und Ventilatoren sind langlebige DC- oder GreenTech EC-Motoren. Sie arbeiten mit hohen Wirkungsgraden und leisten so einen aktiven Beitrag zur Ressourceneinsparung. Gleichzeitig hält die hohe Effizienz Betriebskosten niedrig. Zudem arbeiten die Lüfter und Ventilatoren dank der eingesetzten Motortechnologien und den strömungstechnischen Optimierungen ausgesprochen leise. Die Schnellladestationen werden so nicht zum Störfaktor und fügen sich gut in die Umgebung ein.
Die gute Regelbarkeit der Antriebe sorgt dafür, dass sich ein bedarfsorientierter Betrieb einfach realisieren lässt. Gerade im Teillastbereich bleibt der hohe Wirkungsgrad der EC-Ventilatoren erhalten – ein deutlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen AC-Ventilatoren.
Wichtig für die Kühlung in Schnellladestationen ist die Outdoor-Tauglichkeit. Auch unter rauen Umgebungsbedingungen wie Regen, Nebel, Staub oder salziger Meeresluft, Temperaturschwankungen sowie anderen witterungsbedingten Einflüssen muss die zuverlässige Funktion der Lüfter und Ventilatoren gewährleistet sein. Deshalb werden sie beim Hersteller auf Herz und Nieren geprüft. Schock-, Vibrations- und Korrosionstests sind obligatorisch, ebenso wie der sogenannte Highly Accelerated Life Test (HAL-Test), Temperatur-Wechsel-Regel-Test und EMV-Prüfungen. Außerdem haben alle Lüfter und Ventilatoren einen elektrischen Überspannungsschutz.
Leistungsstarke Kühllösungen für Schnellladestationen
Mittlerweile haben sich die Lüfter und Ventilatoren der Baureihe AxiEco und AxiForce bereits in unterschiedlichen Elektromobilitäts-Anwendungen bewährt. Der AxiEco bietet eine hohe Leistung und Effizienz in kompakten Bauraum, die dem Anwender ein optimiertes Design des Endsystems ermöglicht. Bei einem Durchmesser von 200 mm liefert dieser Ventilator einen Volumenstrom von 1.820 m³/h (Bild 5).
Die Drehzahl kann über ein PWM- oder Analog-Signal an die jeweils benötigte Kühlleistung angepasst werden; auch das Betriebsgeräusch lässt sich dadurch auf ein Minimum reduzieren. Applikationsspezifische Modifikationen sind zudem ohne weiteres möglich, beispielsweise im Hinblick auf die Litzenlänge für den elektrischen Anschluss oder bei den Steckern.
Für Anwendungen mit hohem Gegendruck sind die Lüfter der Baureihe AxiForce gut geeignet. Sie stehen in den Baugrößen 80, 120 und 172 mm zur Verfügung und erzielen Drücke bis 1.200 Pa. Diese Lüfter haben eine steile Luftleistungskennlinie wie sie beispielsweise für die Kühlung in dicht bestückten Schnellladestationen erforderlich ist. Trotz der hohen Gegendrücke lassen sich Volumenströme bis 650 m³/h erreichen, was für die Applikation eine deutliche Performancesteigerung bedeuten kann.
Zudem gibt es eine besonders umweltbeständige Variante mit einer vergossenen Elektronik, die den Anforderungen der Schutzklasse IP68 entspricht, also staubdicht und gegen starkes Strahlwasser geschützt ist und obendrein auch noch einen dreißigtägigen Salznebeltest erfolgreich absolviert hat (Bild 6). Optional sind sie mit ATEX Zertifizierung erhältlich. Für diese und ähnliche Kompaktlüfter gibt es noch viele weitere Anwendungen. Dazu zählen nicht nur die Schnellladestationen selbst, sondern auch Batteriespeicher oder die Schaltschrankkühlung.
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