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Nachgerechnet

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  1. Nachgerechnet

    Autor: Eheran 18.11.21 - 08:51

    Nehmen wir an ein Kabel hat 2 m Länge und soll für bis 350 kW genutzt werden, bei 800 V also entsprechend ca. 450 A.
    Ohne Kühlung haben die Kabel sehr unhandliche 150 mm², mit Flüssigkeitskühlung dann "nur" noch 50 mm² Kupfer.

    Bei 150 mm² fallen ca. 0,11 kW als Abwärme im Kabel an. Diese müssen über die Oberfläche an die Umgebung abgegeben werden, sagen wir bei einem möglichen dT von 40 °C bevor es zu heiß wird. Die 150 mm² sind ca. 14 mm theoretischer Durchmesser einer massiven Kupferader, mit Isolation, flexibel aus Litze usw. sagen wir 50 mm Durchmesser. Dann wäre das Limit durch reine Luftkühlung so etwa 0.13 kW, was recht genau der realen Verlustleistung entspricht; das Kabel wird also real auch ausgelastet und die Kapazität nicht verschenkt.

    Bei 50 mm² fallen ca. 0,3 kW als Abwärme im Kabel an. Diese können mittels Wasserkühlung problemlos abgeführt werden, da sollte noch deutlich mehr möglich sein. Bei angenommenen 1500 W/(m²*K) an der Kupferoberfläche und dem Extremfall nur 8mm Durchmesser hat das Kupfer eine Oberfläche von 0,05 m², womit bei einem dT von 80 K* problemlos auch 10x mehr Wärme abgeführt werden kann. Für 5 kW Wärmestrom wären auch nur 15 mL/s Wasserstrom nötig, wobei man real mehr nehmen würde, aber das limitiert das Kabel nicht. 0,1 L/s sollte gar kein Problem sein.
    *Verbrennungsgefahr besteht nicht mehr wie vorhin, das Kabel kann nach außen isoliert sein.

    Warum braucht man jetzt dieses neue System, wenn schon mit Flüssigkeitskühlung große Reserven vorhanden sind? Bis das 50 mm² Kabel eine Verlustleistung von 5 kW erreicht sind wir bei Ladeleistungen von 1'500 kW. Und selbst in diesem Extremfall ist der Verlust in der Leitung nur 0,3 % der Energie, es ist trotzdem noch 99,7 % effizient.

  2. Re: Nachgerechnet

    Autor: chefin 18.11.21 - 12:01

    Weil diese Art Flüssigkühlung eine Pumpe braucht. Verdampfer nicht. Im Prinzip ist es das selbe was man im PC heute macht. Man hat einfach nur Röhrchen die Flüssigkeit verdampfen und Kondensieren und dabei rein gravitativ arbeiten. Einzig die Ausrichtung ist einzuhalten, also aufsteigend. Das KAbel muss folglich tiefer hängen als der Kondensator.

    Spart die Pumpe. Sehr robust daher.

  3. Re: Nachgerechnet

    Autor: Eheran 18.11.21 - 13:03

    Du meinst also nach dem Prinzip einer Heatpipe? Ich glaube nicht, dass es solche über mehrere Meter Länge gibt/funktionieren. Irgendwie muss die Flüssigkeit zurück kommen, die normal genutzte Kapillarwirkung reicht hier definitiv nicht aus. Eine extra Rückleitung o.ä. geht auch nicht, da die Wärmequelle nicht einfach nur am anderen Ende, sondern überall verteilt ist.

    Eine Pumpe für Kühlwasser ist weder teuer, noch aufwändig oder Fehleranfällig.

    Mir bleibt unklar, was genau der Vorteil von diesem System ist und wie genau es überhaupt funktioniert.

  4. Re: Nachgerechnet

    Autor: Ach 18.11.21 - 15:17

    Endlich kommen wir der Sache etwas näher. Zwei Probleme ergeben sich aus der Schlauchform und -dimension.

    1. Heatpipes wie die in CPU/GPU Kühlern bewegen das Wasser nach dem Kabillarprinzip. Damit kann man zuverlässig einen Höhenunterschied von 9 Inch, also ungefähr 25cm überwinden, und auch nur über eine gewisse Länge. Für Situationen in denen größere Höhenunterschiede und weitere Strecken überwunden werden müssen, benutzt man Vakuumdampfsysteme, die mit Hilfe einer Pumpe den Rückfluss des Kondensats zu den Wärmequellen unterstützen, was auch in unserem Fall nötig wäre. Das stellt aber kein Problem dar, weil sowohl die Pumpe wie auch die Rückflusskanäle sehr viel kompakter, fast schon miniaturisiert ausfallen würden im Vergleich zur reinen Wasserkühlung.

    2. Das zweite Problem betrifft die Bewegungen, welchen das Ladekabel im Gebrauch ausgesetzt ist. Soweit mir bekannt sind Vakuumdampf Kühler starr, weil es fast unmöglich ist in biegsamen Materialien oder in abgedichteten Gelenken langfristig ein Vakuum aufrecht zu halten. Wenn das so einfach möglich wäre, dann würde man ja auch im PC kaum noch auf Wasserkühlungen zurückgreifen und einfach die Heatpipe an der CPU/GPU um biegsamen Heatpipeelemente verlängern, um so den Kondenser/Kühler von der CPU weg dorthin zu verlagern, wo man auch die Radiatoren einer Wasserkühlung verstaut, also zum Luftein- bzw. Luftauslass des PC Gehäuses. Diese Möglichkeit versaut einem eben die unbedingt starre Heatpipe, und die Frage ist nun, wie das Problem in dieser Erfindung gelöst sein will. Ich stelle einfach nur die unvoreingenommene Frage. Könnte ja z.B. sein, dass die Macher mit einer Vakuumpumpe sicher stellen, dass das System immer Außenluftfrei bleibt.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 18.11.21 15:19 durch Ach.

  5. Re: Nachgerechnet

    Autor: Eheran 21.11.21 - 22:21

    Guter Punkt bezüglich Heatpipes: Die flexiblen Materialien sind nicht dicht genug und leiten die Wärme auch nicht gut. Weshalb es diese nicht auf dem Markt gibt. Letzteres wäre hier egal, da die Wärme im Kabel selbst anfällt.

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