隨著高功率直流充電樁的不斷普及，我們在享受直流快充帶來的高效優勢外，更要關注直流快充的安全問題。工程師在設計上必須考慮過壓、過流、短路、過溫等多重保護機制，才能確保充電過程中的設備和人身安全。本期我們利用CST對直流快充線纜的發熱問題進行模擬分析，目的是在設計階段儘早發現Cable過熱導致的安全問題。 直流快充Cable的3D建模 下圖是從網路上查到的直流快充線的Pin腳定義，可以看到Cable裡面除了高功率的直流（DC）線以外，還包含PE線，以及CAN、充電連接確認線等訊號線。由於缺乏精確的幾何尺寸及材質參數，因此我們所建立的Cable模型與真實情況會有所偏差。 接下來我們利用CST Cable Studio對直流快充線進行建模。建模的流程分為兩個步驟：第一步，依照Cable的規格定義Cable Groups，如下圖所示。 第二步，利用CST的Create 3D Cable功能，產生快充線的3D模型，整個過程一鍵完成，非常方便。詳細的操作過程在先前發布的模擬案例中有介紹，這裡就不再重複。 建立EM-Thermal Coupling Task CST的電熱耦合模擬流程非常方便操作，只需要建立一個EM-Thermal Coupling Task。在這個任務裡，模擬被分成兩個步驟：先透過Stationary Current Solver（即Js Solver）計算Thermal Loss，然後再透過Stationary Thermal Solver（即THs Solver）計算溫度。 設定Current為300A，透過Js Solver的計算得到Thermal Loss為7.9W。 接下來要利用THs Solver進行熱模擬。在開始求解之前，要特別注意兩點：一是材料熱參數的準確設置，二是設定Cable表面的熱交換係數，這是影響最終溫度模擬結果的關鍵因素。我們把網路上查到的PE材料的熱參數輸入CST。 線纜除了PE材料之外，內部還會填充一些絕緣材料，這裡以聚酯纖維（Polyester）為例，下面是聚酯纖維材料的熱參數。 Cable表面的熱交換係數可以透過CST的Heat Transfer Coefficient Calculation來計算，也可以透過CHT Solver得到。 接下來是THs Solver設置，環境溫度設定為25度。 模擬結果比較與分析 透過THs Solver計算結果，我們可以看到在300A電流的情況下，Cable中心銅線最高溫度達到了97.7度，Cable表面的溫度也達到了89度。在這個溫度下，如果人不小心觸碰線纜表面的話，會有很大的安全隱憂。 接下來為了驗證THs Solver模擬結果的準確度，我們使用CHT Solver對此場景重新進行模擬。可以看到在300A電流的情況下，Cable中心銅線最高溫度達到了94.6度，Cable表面的溫度也達到了86度。這個結果與THs Solver非常接近，表示模擬結果沒問題。 Cable溫度過高會嚴重增加起火的風險，我們把電流從300A減少到150A，重新計算Thermal Loss，從7.9W減少到1.97W。 透過熱模擬可以看到，電流減少到150A，中心溫度為46度，Cable表面溫度40多度，安全隱憂消除。 延伸文章： CST功能介紹：透過CST Cable Studio建立3D電纜模型 資料來源： 周明 - CST熱仿真案例——電動車直流快充Cable熱仿真 關鍵字：Cable、電熱耦合模擬、電動車、PE材料、THs Solver