3D CFD Simulation der Temperaturverteilung ineinem gekühlten Ladekabel für High Power Charging (HPC) / Mega Watt Charging (MWC)Anwendung

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Aufgrund des zunehmenden Druckes der Kunden zur Verkürzung der Ladedauer bei der e-Mobilität muss die Leistungsdichte von Ladekabel steigen. Die Entwicklungsingenieure haben dabei die Herausforderung, dass sie einerseits das Gewicht und die Kosten reduzieren müssen, jedoch gleichzeitig die Temperaturen aufgrund der höheren Leistungsdichte steigen.

Darum muss das Kühlkonzept sorgfältig analysiert werden, um kostengünstige und zuverlässige Ladekabel zu erhalten.

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Die Ziele des vorliegenden Projektes können wie folgt zusammengefasst werden:

• Analyse der Temperaturverteilung in einem Ladekabel und im Stecker für zwei verschiedene Kühlkonzepte und verschiedene Kühlmedien – «direkte» vs. «indirekte» Kühlung
• Die Erkenntnisse sollen für verschiedene Lastpunkte bestätigt werden
• Dabei soll eine vereinfachte und flexible Konfiguration verwendet werden, damit die Ergebnisse schnell für verschiedene Geometrievarianten, verschiedene Kühlmedium-Eigenschaften und verschiedene Lastpunkte vorliegen – und zudem soll eine Missachtung von Geheimhaltungsvereinbarung vermieden werden.

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Das folgende Bild zeigt die Geometrie des vereinfachten CFD setups.

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Im folgenden Bild ist ein Vergleich zwischen der «direkten Kühlung» und der «indirekten Kühlung» dargestellt. Während beim «DI Ansatz» die Kühlflüssigkeit eine direkte Berührung mit den «heissen Bauteilen» aufweist, gibt es beim «IDI» Ansatz eine elektrische Isolation um den Leiter.

Eine Auswahl von verwendeten Fluid-Eigenschaften ist in der folgenden Abbildung gezeigt.

Die Randbedingungen sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Farben zeigen die Bedingungen für die Umgebung, das Fluid und den Strom. Diese Randbedingungen können an die Bedürfnisse unserer Kunden angepasst werden.

Das erste Ergebnis zeigt die Temperaturverteilung in allen Komponenten, es sind also alle Bauteile und das Kühlmedium dargestellt. Der Vergleich zeigt, dass die elektrische Isolation gleichzeitig auch als Temperatur-Isolation wirkt.

Die Temperatur des Steckers ist höher für die indirekte Kühlung - unabhängig vom betrachteten Volumenstrom, was im im folgenden Bild gezeigt ist. Ein analoges Ergebnis wurde für die Variation der Umgebungstemperatur beobachtet (wird hier nicht gezeigt).

Der benötigte Einlassdruck ist im folgenden Diagramm abgebildet. Wie erwartet führt eine tiefe Viskosität zu einem niedrigeren Einlassdruck.

Die Ergebnisse zeigen, dass - von einer Kühlungsperspektive aus gesehen – der DI Ansatz effizienter ist.  

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Bitte kontaktieren Sie uns, falls Sie Interesse an weiteren Ergebnissen oder falls Sie Fragen haben.  

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