液冷连接器用于承载高功率水平，例如在极快充电(XFC) EV充电器中发现的那些。液冷连接器更常见，用于冷却电动汽车电池组，冷却XFC电动汽车充电站和其他热要求高的应用。
本常见问题解答将回顾电动汽车中液冷连接器和液冷连接器的性能和使用案例，并介绍将液体和蒸汽冷却结合起来以实现更高水平的散热的努力。
当可以使用时，风冷是首选的解决方案。它结合了简单和低成本。但它散发大量热量的能力有限。水基液体冷却系统的散热效率可以提高10倍。使用其他液体可以进一步提高热效率。液体冷却系统可以预制，密封设计与液体内部，并准备安装。这可以简化初始系统的制造、维护和升级。
更快的充电速度意味着更多的热量
更快的充电时间对于电动汽车的广泛采用至关重要。向电动汽车电池传输更多能量需要使用更高的电压和电流。增加电压很重要，但也是有限的。目前道路上行驶的大多数电动汽车的电池组电压约为400 V，其中800至900 V的电池组处于领先地位。XFC的目标是提供高达500千瓦的充电功率。即使是900v的电池组，也需要大量的电流，并散发大量的热量。
在美国。目前，电动汽车行业已经对联合充电系统(CCS)连接器(也称为SAE J1772组合连接器)进行了标准化，该连接器可以支持交流充电或直流快速充电设备。无需液冷，CCS连接器可支持高达约200kw的充电功率;随着触点液冷的增加，额定功率可以提高到500kw (1kv时500a)。
液体冷却还可以使用更小，重量更轻的电缆来处理高功率水平。如果没有主动冷却，电缆可能会变得太重，用户无法处理。
液体冷却是支持500kw电动汽车高效充电的必要条件，但不是充分条件。在大电流电动汽车充电器中需要主动热管理，包括温度监测。需要实时监控，以确保温度不超过+50°C的规格限制(图2)。例如，如果发生过载或环境温度意外上升(太阳从云层后面出来)，系统需要能够快速响应以确保安全运行。根据具体情况和系统设计，响应可以是增加冷却速率或降低充电速率，以保持连接器接触温升低于+50°C的限制。
保持电动汽车电池和逆变器凉爽
有几种冷却电动汽车电池和逆变器的方法，包括空气冷却和液体冷却。风冷可主动或被动:
- 被动式空气冷却循环空气从客舱或车辆的外部保持温度，可以耗散高达几百瓦。
- 主动冷却可以包括来自空调或加热器的空气，并提供高达1千瓦的热管理。
虽然空气冷却成本较低，但液体可以承受更高的热负荷，目前是电动汽车逆变器和电池组的主要热管理形式。液体冷却系统也可用于主动和被动设计。电池组、电池充电器和逆变器的高热负荷通常需要主动冷却。根据系统的不同，冷却剂包括乙二醇、油或其他介电流体，或使用制冷剂的高性能系统中的水。
电动汽车逆变器的工作温度高于电池的工作温度，电池对超出最佳范围的偏差更敏感。在放电过程中，大多数当前的电动汽车电池必须保持在-30到50°C之间。充电时，它们需要保持在0到50°C之间。特别是在高速充电或放电时，电池会产生大量的热量。根据电池的化学性质，温度高于70至100°C可能导致热失控，引起连锁反应，损坏或破坏电池，并可能导致火灾和爆炸。
电池也可能太冷，需要加热来支持高放电水平。这对于高性能电动汽车来说尤其重要，因为它可以保证在所有环境条件下都有最小的加速速度。
一体化液体冷却
电动汽车电池组和逆变器的独立热管理系统正在被集成的液体冷却系统所取代。设计一个优化的冷却回路可以显著减少热管理功能的尺寸、重量、性能和成本(SWAP-C)。集成液体冷却系统的关键要素包括:
- 快速连接液体连接器，软管和其他硬件，以确保耐用性，可靠性和易于维护。
- 针对电池组和逆变器的特定热剖面优化了冷板。
- 热界面材料，以尽量减少冷板和被冷却部件之间的热阻。
- 高效的散热器或热交换器有时还配有热管以提高热性能。
在设计集成液冷系统时，协调逆变器和电池组的不同热管理需求是具有挑战性的。每个系统的冷板优化是一个关键的考虑因素，包括快速连接液体联轴器的优化(图3)．
整体电动汽车热管理
液冷不仅限于电动汽车的电池和逆变器;它延伸到电动汽车充电基础设施。如上所述，连接EV与XFC充电站的连接器需要液冷和快速连接连接器。
快速连接器在电动汽车充电站的设计中也发挥着重要作用。一个缓慢的22千瓦交流充电器大约需要2小时才能提供额外的200公里范围。使用150千瓦的快速直流充电站，充电时间可以缩短到16分钟。然而，150kw快速直流充电器中的电源转换器需要封装在一个紧凑的占地面积中，并且如果没有适当冷却，在10分钟的充电期间可能会经历200°C或更高的温升。XFC充电站对热管理系统的要求更高。液体冷却不是一种选择;这是一个要求(图4)．
结合液体和蒸汽冷却
到目前为止，只考虑了单相冷却系统。两相系统正在开发中，它结合了冷却剂的显热(冷却剂温度的上升)和潜热(冷却剂从液体到蒸汽的相变)来支持更高的热负荷。各种沸腾技术可用于冷却剂相变，包括通道流，池，射流冲击和喷射。在XFC EV充电电缆中实现许多是不切实际的。对于电缆，一种被称为过冷流沸腾的技术是一种潜在的替代方案。
为了实现大型商用车5分钟的电动汽车充电，预计需要提供1400 A的电流，目前大多数电动汽车充电器设计的额定电流都在150 A以下，即使是XFC充电器也只能提供500 A。提供5分钟的充电将要求电缆和连接器能够处理高电流，额定电流高达2,500 A。
2500 A电动汽车充电电缆系统的原型已经开发出来，包括一个泵，一个相同尺寸的管，当前XFC充电电缆，控制和仪表。原型使用两相过冷流沸腾以液体和蒸汽形式消散。该系统已被证明耗散的热量是单相液体冷却系统的10倍(图5)．
总结
大电流是提高电动汽车充电速度的关键，但大电流会导致高散热。液冷连接器和液冷连接器是实现XFC电动汽车充电的关键部件。此外，电动汽车电池和逆变器的集成冷却系统设计可以支持电动汽车SWAP-C要求。未来一代电动汽车充电器可能会采用先进的冷却技术，如两相过冷流沸腾，以支持高达2500 A的电流，并将电动汽车充电时间缩短至5分钟或更短。
参考文献
用于移动应用的液体冷板和液体冷却系统的进展,博伊德
基于超高速电动汽车充电电缆热管理的环空过冷流沸腾综合理论/经验预测方法，《国际传热传质杂志》
一种新的充电站电缆设计可以让电动汽车在5分钟内充满电普渡大学
电动汽车电池冷却:挑战与解决方案, Laserax
大功率充电，凤凰联络
电动汽车快速连接解决方案， CEJN工业
了下:连接器技巧
