CN104394607B - 电动汽车户外充电机的远红外加热系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车户外充电机的远红外加热系统及其控制方法；包括其下部背板留有进风口(6)和其上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)，所述进风口(6)的前端依次设置有进风风扇和S形风管(23)，所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模块(8)，所述充电模块(8)的上方设置有镶嵌在所述机柜(1)前面板上的控制装置(9)；所述S形风管(23)的外侧、所述充电模块(8)的上方、以及所述控制装置(9)的上方分别设置有远红外加热器；所述远红外加热器为常温远红外陶瓷板式定向加热器。本发明增强了电动汽车户外充电机的环境适应性，可作为现有三防工艺的有益补充。
Description
技术领域：
本发明涉及一种远红外加热系统及其控制方法，尤其涉及用于电动汽车户外充电机，防止机内器件受潮的远红外加热系统及其控制方法。
背景技术
现在电子设备的故障和工作异常，主要来自环境等超出设计预估的外部不可控因素，而不是设备内部器件的自身老化或偶发失效。
湿度是导致设备故障或工作异常的主要环境因素之一，在所有环境因素导致的故障中占比接近20％。随着环境污染日趋加重，水汽中的化学污染物随之增多，其危害性也日渐增大。空气中的水汽主要通过吸附、凝露、吸收、扩散和“呼吸”，五种方式，引发设备故障或工作异常。
现有的技术是在器件表面喷涂三防涂料，固化后形成一层透明的硬质保护膜，可以防潮湿、防霉变和防盐雾。如果不能对所有器件的表面实现全面、有效的涂覆，将难以阻止水汽和水汽内含的可溶化学污染物的全方位侵蚀。
三防涂料存在以下不足：1)固化后形成的保护膜导热性能较差，不能对发热器件进行喷涂；2)硬质保护膜阻碍机械触点的移动和接触，不能对触点外露的继电器、接触器和转换开关进行喷涂；3)硬质保护膜妨碍设备的后期调试及维修，不能对接插件、可调器件进行喷涂；4)喷涂过程中容易形成气泡，器件下方的“阴影”区域难以有效涂覆；5)存在环境污染，不宜过量使用。
低温是导致设备故障或工作异常的重要环境因素。随着全球气候变化，暴雪严寒等极端天气，甚至灾害性的极寒天气也日渐增多，户外电子设备面临更加严酷的低温环境考验。
悬浮颗粒物也是导致设备故障或工作异常的重要环境因素。随着空气污染的加重，全国大部分城市的PM10浓度超过70μg/m3，PM2.5浓度超过35μg/m3，其中包含了空气中的大部分化学污染物。
发明内容：
本发明提供一种电动汽车户外充电机的远红外加热系统及其控制方法，以克服现有技术中存在的上述不足。
本发明提供的技术方案是：一种电动汽车户外充电机的远红外加热系统，包括其下部背板留有进风口(6)和其上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)，其改进之处在于：所述进风口(6)的前端依次设置有进风风扇和S形风管(23)，所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模块(8)，所述充电模块(8)的上方设置有镶嵌在所述机柜(1)前面板上的控制装置(9)；所述S形风管(23)的外侧、所述充电模块(8)的上方、以及所述控制装置(9)的上方分别设置有远红外加热器；所述远红外加热器为常温远红外陶瓷板式定向加热器。
优选的，所述常温远红外陶瓷板式定向加热器包括基板、远红外陶瓷辐射膜、以及位于所述基板和所述远红外陶瓷辐射膜之间的铝基电热膜；所述基板的底面为平面，其另一面为内凹的弧面。
所述远红外陶瓷辐射膜为铝硅酸盐，所述铝硅酸盐由质量含量为55％的Al2O3、质量含量为38％的SiO2、质量含量为5％的TiO2、和质量含量为2％的MoO2的纳米粒子填料组成。
进一步，S形风管(23)面向其外侧远红外加热器(12)的外表面涂覆有远红外吸收涂层(27)。
所述远红外吸收涂层(27)为有机复合涂料，所述有机复合涂料由质量含量为82％的基料和质量含量为18％的红外吸收填料组成；
所述质量含量为82％的基料由质量含量为70％的丁苯乳胶和质量含量为12％的聚乙烯醇组成；
所述质量含量为18％的红外吸收填料由质量含量为17％的ZrO2粉末和质量含量为1％的炭黑纳米粒子组成。
进一步，充电模块(8)的机箱顶板，以及控制装置(9)的机箱顶板和背板为远红外透波板(28)。
所述远红外透波板(28)由远红外Ge-Sb-I硫卤玻璃制成，所述远红外Ge-Sb-I硫卤玻璃由质量含量为92％的硫系化合物和质量含量为8％的改性填料制成；
所述质量含量为92％的硫系化合物由质量含量为61％的GeSe2和质量含量为31％的Sb2Se3组成；
所述改性填料为AgI。
进一步，所述充电模块(8)和所述控制装置(9)内安装有温度传感器，机柜(1)内部悬挂有温度传感器，进风口(6)外安装有温湿度传感器。
优选的，所述进风口(6)上安装有防尘过滤网(10)或防护百叶窗(21)，所述出风口(7)上安装有防尘隔离网(11)。
进一步，进风风扇的前端安装有制冷盘管(15)；所述制冷盘管(15)的管道竖直安置于S形风管(23)的进风口处，所述制冷盘管(15)的有效过风面积等于所述S形风管(23)的进风口(6)的有效进风面积，等于所述S形风管(23)的出风口(24)的有效出风面积。
进一步，所述防护百叶窗(21)外侧安装有可拆卸的扣盖，所述防护百叶窗(21)与进风风扇之间安装有静电空气过滤器(22)，所述静电空气过滤器(22)底部设置有灰斗。
进一步，所述S形风管(23)面向其外侧远红外加热器(12)的风管管壁为远红外透波板(28)。
进一步，制冷盘管(15)面向所述S形风管(23)外侧远红外加热器(12)的内侧盘管表面涂覆有远红外吸收涂层。
所述远红外吸收涂层由质量含量为79％的基料和质量含量为21％的红外吸收填料组成；
所述质量含量为79％的基料由质量含量为68％的丁苯胶乳和质量含量为11％的聚乙烯醇组成；
所述质量含量为21％的红外吸收填料由质量含量为17％的ZrO2粉末、质量含量为1％的炭黑纳米粒子、以及质量含量为3％的石墨烯纳米片组成。
进一步，所述S形风管(23)与充电模块(8)之间设置有垂直于机柜(1)背板的隔板(4)，所述S形风管(23)的出风口(24)后部紧贴所述机柜(1)的背板，并镶嵌在所述隔板(4)上，所述S形风管(23)的出风口(24)指向机柜(1)的前上方；所述隔板(4)与所述机柜(1)的接缝处压有毛毡密封条。
进一步，所述制冷盘管(15)的进风端连接有供水管(16)，其出风端连接有回水管(17)，其底部设置有集水盘(18)，所述集水盘(18)底端设置有逆止阀(19)和排水管(20)；
所述供水管(16)和所述回水管(17)依次穿出所述S形风管(23)下侧管壁和所述机柜(1)底板后，与站内冷冻水循环系统相连；
所述供水管(16)和所述回水管(17)上分别设置有流量控制阀(26)，用于控制所述制冷盘管(15)中的冷冻水的流量。
一种电动汽车户外充电机远红外加热系统的控制方法，其改进之处在于：
所述方法包括如下步骤：
步骤S1，判断所述充电机的工作状态是充电、待机或停机；
步骤S2，充电状态时，执行充电状态子过程；
步骤S3，待机或停机状态时，进风风扇和出风风扇停止转动，关闭流量控制阀；
步骤S4，根据充电机是否处于维修停机状态，确定执行步骤S5或步骤S6；
步骤S5，维修停机状态时，进风风扇停止转动，关断全部远红外加热器，切断充电机的电源；
步骤S6，否则，运行制冷盘管远红外加热子程序、充电模块远红外加热子程序、以及控制装置远红外加热子程序。
优选的，所述充电状态子过程包括如下步骤：
A1，关断全部远红外加热器；
A2，冷冻水流量维持最低档位，进风风扇和出风风扇转速维持最高档位；
A3，根据充电机是否处于恒流充电状态，确定执行步骤A4或步骤A5；
A4，恒流充电状态时，跳转至步骤A2；
A5，否则，转至步骤A6；
A6，冷冻水流量维持最高档位，进风风扇和出风风扇转速维持最高档位；
A7，根据充电机是否处于恒压充电状态，确定执行步骤A8或步骤A9；
A8，恒压充电状态时，跳转至步骤A6；
A9，否则，进风风扇和出风风扇停止转动，关闭流量控制阀。
优选的，所述制冷盘管远红外加热子程序包括如下步骤：
B1，测量柜外空气温度和湿度，以及柜内空气温度；
B2，根据柜外空气湿度是否达到湿度控制上限，确定进行步骤B3或步骤B11；
B3，柜外空气湿度达到湿度控制上限时，根据柜内外温差是否达到温差控制上限，确定执行步骤B4或步骤B7；
B4，柜内外温差达到控制上限时，根据柜外空气温度是否接近零度，确定执行步骤B5或步骤B6；
B5，柜外空气温度接近零度时，开启S形风管外侧的远红外加热器，进风风扇停止转动，跳转至步骤B8；
B6，否则，停止进风风扇转动，关断S形风管外的远红外加热器，跳转至步骤B8；
B7，否则，开启S形风管外的远红外加热器，进风风扇维持最低转速；
B8，根据充电机是否处于待机或预停机状态，确定进行步骤B9或步骤B10；
B9，充电机处于待机或预停机状态时，跳转至步骤B1；
B10，否则，进风风扇停止转动，关断S形风管外侧的远红外加热器；
B11，否则，根据柜外空气温度是否接近零度，确定进行所述步骤B5或所述步骤B6。
优选的，所述充电模块远红外加热子程序或控制装置远红外加热子程序包括如下步骤：
C1，测量装置内部温度；
C2，根据装置内部温度是否达到电子器件的低温耐受下限，确定进行步骤C3或步骤C7；
C3，装置内部温度达到电子器件的低温耐受下限时，开启装置上方的远红外加热器；
C4，根据充电机是否处于待机或预停机状态，确定进行步骤C5或步骤C6；
C5，充电机处于待机或预停机状态时，跳转至步骤C1；
C6，否则，关断装置上方的远红外加热器；
C7，否则，测量柜外空气温度和湿度，根据柜外空气湿度是否达到湿度控制上限，确定进行步骤C8或步骤C11；
C8，柜外空气湿度达到湿度控制上限时，根据柜外空气温度和装置内部温度的温差是否达到温差控制上限，确定进行步骤C9或步骤C10；
C9，温差达到温差控制上限时，关断装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4；
C10，否则，开启装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4；
C11，否则，关断装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4。
进一步，所述装置为充电模块或控制装置。
优选的，所述停机状态包括预停机状态和维修停机状态；所述充电状态包括恒流充电状态和恒压充电状态。
与最近接的现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
1)当柜外空气的相对湿度过高时，利用远红外加热器升温，扩大柜内与柜外空气的温差，降低柜内空气的相对湿度，避免了由于吸附、吸收和扩散作用，水汽渗入器件内部；
2)当柜外空气的相对湿度接近饱和时，利用远红外加热器升温，加大柜内气温与露点温度的差值，避免了由于凝露作用，凝结水在器件表面聚积；
3)当柜外空气的相对湿度较高，功率器件处于降温阶段时，利用制冷盘管对进风除湿，去除进风中的水汽，避免了由于“呼吸”作用，将水汽“吸入”器件内部；
4)本发明在避免水汽通过吸附、凝露、吸收、扩散和“呼吸”方式侵蚀器件的同时，也阻止了水汽中的可溶化学污染物对器件的进一步伤害；
5)当柜外的气温极低时，利用远红外加热器升温，避免了冬季严寒超出电子器件的耐受极限，引发的材料脆化、收缩变形、焊点开裂等器件损伤；
6)当空气中的悬浮颗粒物浓度较高时，利用静电空气过滤器对进风除尘，避免了空气中PM10和PM2.5级别的悬浮颗粒物和细颗粒污染物引发的器件故障或工作异常；
7)远红外加热器由陶瓷基板、远红外陶瓷辐射膜、以及位于陶瓷基板和远红外陶瓷辐射膜之间的铝基电热膜组成，其中陶瓷基板的底面为平面，上表面为轻微弧面，可阻止热量从发热面向远红外加热器的支架传递，并使远红外加热器的红外辐射面呈内凹的轻微弧形，将远红外加热器发出的红外辐射向受热物体聚集，增强了远红外加热器的加热效果；
8)远红外加热器的远红外陶瓷辐射膜为铝硅酸盐，铝硅酸盐由质量含量为55％的Al2O3、质量含量为38％的SiO2、质量含量为5％的TiO2、和质量含量为2％的MoO2纳米粒子填料组成，使远红外陶瓷辐射膜在波长为(8至12)μm的红外辐射波段具有更高的辐射率；
9)风管弯曲成S型，延长了空气在风管内的受热行程；
10)S形风管面向其外侧远红外加热器的外表面涂覆有远红外吸收涂层；远红外吸收涂层由质量含量为70％的丁苯乳胶、质量含量为12％的聚乙烯醇、质量含量为17％的ZrO2粉末和质量含量为1％的炭黑纳米粒子组成，使远红外吸收涂层的红外吸收光谱与远红外加热器的红外辐射光谱相匹配，增强了对S形风管内流动空气的加热效果；
11)充电模块的机箱顶板、以及控制装置的机箱顶板和背板均为远红外透波板，远红外透波板由质量含量为61％的GeSe2、质量含量为31％的Sb2Se3、质量含量为8％的AgI组成，使远红外透波板在远红外加热器的(8至12)μm辐射波段具有更高的透过率，使远红外透波板下方的受热器件达到更好的受热效果。
12)S形风管面向其外侧远红外加热器的管壁为远红外透波板，制冷盘管的内侧表面涂覆有远红外吸收涂层，远红外吸收涂层由质量含量为68％的丁苯胶乳、质量含量为11％的聚乙烯醇、质量含量为17％的ZrO2粉末、质量含量为1％的炭黑纳米粒子、以及质量含量为3％的石墨烯纳米片组成，使得制冷盘管对远红外加热器的(8至12)μm辐射波段具有更高的吸收率，增强了对制冷盘管的加热效果，使制冷盘管既能对进风加热升温，也能防止制冷盘管内的存水低温冻结。
附图说明：
附图1：实施例1的远红外加热系统及机柜结构示意图；
附图2：实施例1控制方法的程序流程图；
附图3：实施例1的柜内空气远红外加热子程序的程序流程图；
附图4：实施例1的充电模块或控制装置远红外加热子程序的程序流程图；
附图5：实施例2的远红外加热系统及机柜结构示意图；
附图6：实施例2控制方法的程序流程图；
附图7：实施例2的制冷盘管远红外加热子程序的程序流程图；
附图8：实施例3的远红外加热系统及机柜结构示意图；
附图9：实施例3控制方法的程序流程图；
附图10：实施例3的制冷盘管远红外加热子程序的程序流程图；
附图11：实施例3的充电模块或控制装置远红外加热子程序的程序流程图。
其中：1-机柜；4-隔板；5-电缆沟；6-进风口；7-出风口；8-充电模块；9-控制装置；10-防尘过滤网；11-防尘隔离网；12-远红外加热器；13-远红外加热器；14-远红外加热器；15-制冷盘管；16-供水管；17-回水管；18-集水盘；19-逆止阀；20-排水管；21-防护百叶窗；22-静电空气过滤器；23-S形风管；24-风管的出风口；26-流量控制阀；27-远红外吸收涂层；28-远红外透波板。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步说明：
本发明提供的第1个实施例的远红外加热系统及机柜纵剖面的结构示意图如图1所示：
本实施例对水汽侵害方式中的吸附、凝露、吸收和扩散效应，以及严寒低温具有防护能力。本实施例通过机柜1内的远红外加热器12，提升柜内的空气温度，扩大柜内与柜外的空气温差，借此降低柜内空气的相对湿度，加大柜内气温与露点温度的差值；通过电子器件上方的远红外加热器13和14，提高电子器件的温度，避免低温导致的器件损伤。
远红外加热系统安装在框架和覆板拼接紧密的封闭机柜内，在机柜1的背板下方设有进风口6，位于机柜1前面板的充电模块8的前面板上设有出风口7；在进风口6装有防尘过滤网10，在出风口7装有防尘隔离网11；从进风口6沿气流进入的方向，依次为进风口6，防尘过滤网10，进风风扇，S形风管23，风管的出风口24；沿出风口7气流排出的方向，依次为充电模块8的内部风道，出风风扇，防尘隔离网11，出风口7。
S形风管23的进风口6与机柜1的背板连为一体，S形风管23的进风口6即为机柜1的进风口6；S形风管23为铁制，在风管后端，进风风扇的外框紧贴S形风管23的内侧管壁；充电模块8的前面板镶嵌在机柜1的前面板上，充电模块8的出风口7即为机柜1的出风口7。
远红外加热系统包括：安装在机柜1进风口6前部的S形风管23以及位于S形风管23上方的远红外加热器12，安装在机柜1前面板的充电模块8以及位于充电模块8上方的远红外加热器13，安装在机柜1前面板的控制装置9以及位于控制装置9上方的远红外加热器14。
远红外加热器12、13和14采用常温远红外陶瓷板式定向加热器。远红外加热器采用矩形陶瓷基板，基板的底面为平面，上表面为轻微弧面，陶瓷基板用于隔热，阻止热量从发热面向远红外加热器的支架传递，并使远红外加热器的红外辐射面呈内凹的轻微弧形，将远红外加热器发出的红外辐射向受热物体聚集；陶瓷基板的上层为低功率密度铝基电热膜，通过添加Al2O3控制电热膜的导电率，使远红外加热器的表面温度在40至60℃左右；铝基电热膜的上层，即远红外加热器的表层，为远红外陶瓷辐射膜，陶瓷辐射膜的主要成分为铝硅酸盐，配料中Al2O3的质量含量为55％，SiO2的质量含量为38％，TiO2的质量含量为5％，并在配料中加入质量含量为2％的MoO2纳米粒子填料，对配料进行掺杂，使远红外陶瓷辐射膜在波长为8μm至12μm的红外辐射波段具有更高的辐射率。
S形风管23上方的远红外加热器12用于加热风管中流动的空气，风管弯曲成S型可延长空气在风管内的受热行程；S形风管23的出风口24指向斜上方，将风管的出风导向充电模块8和控制装置9；S形风管24弯曲回转至柜内后侧，风管的出风口24的后部紧贴机柜1的背板，可使风管的出风推动柜内空气，大范围地循环流动。
S形风管23的前部和顶部，面向远红外加热器12的一段外表面涂覆有远红外吸收涂层27，用于提升风管的受热效率；形成涂层的远红外吸收涂料为有机复合涂料，基料为丁苯胶乳和聚乙烯醇，丁苯胶乳的质量含量为70％，聚乙烯醇的质量含量为12％，红外吸收填料为ZrO2粉末，其质量含量为17％，并加入质量含量为1％的炭黑纳米粒子，使远红外吸收涂层27对远红外加热器12的8μm至12μm辐射波段具有更高的吸收率，通过红外吸收光谱与红外辐射光谱的相互匹配，使远红外吸收涂层27达到良好的受热效果。
充电模块8和控制装置9上方的远红外加热器13和14用于提高充电模块8或控制装置9内电子器件的温度；充电模块8机箱的顶板，以及控制装置9机箱的顶板和背板采用远红外透波板28，远红外透波板28由远红外Ge-Sb-I硫卤玻璃制成，配料中硫系化合物GeSe2和Sb2Se3的质量含量分别为61％和31％，作为改性填料的卤化物AgI的质量含量为8％，使远红外透波板28在远红外加热器13和14的8μm至12μm辐射波段具有更高的透过率，使远红外透波板28下方的受热器件达到良好的受热效果。
充电模块8内的散热器和控制装置9内的电路板上安装有温度传感器，分别用于测量充电模块8和控制装置9内电子器件的温度；机柜内部悬挂有温度传感器，用于测量机柜内部空气的温度；进风口6外安装有温度和湿度传感器，用于测量机柜1外部空气的温度和相对湿度。
实施例1的远红外加热系统的控制方法如图2所示：
控制方法为：
电动汽车充电机有充电、待机和停机三种工作状态；
1当充电机处于充电状态时，全部远红外加热器断电，进风风扇和出风风扇高速转动；当充电进程结束时，进风风扇和出风风扇停止转动；
2当充电机从充电状态转入待机或预停机状态时，进风风扇和出风风扇停止转动，并行运行柜内空气远红外加热子程序、充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序；
3当充电机从待机或预停机状态转入维修停机状态时，进风风扇停止转动，全部远红外加热器断电，程序结束后，人工切断充电机的电源。
当充电机处于待机状态时，控制装置9处于运行状态，充电模块8中的功率变换电路处于关断状态，控制电路仍处于运行状态；充电机在上一次充电进程结束，下一次充电进程未开始时，处于待机状态。
远红外加热系统用于避免环境因素引发的充电机故障，需要长期运行，本发明将停机状态分为预停机和维修停机两个子状态；当充电机处于预停机状态时，控制装置9中仅与远红外加热系统相关的部分处于运行状态，其他部分处于休眠状态，充电模块8也处于休眠状态，需要通过指令唤醒；充电机长期闲置时，应处于预停机状态；当充电机处于维修停机状态时，控制装置9和充电模块8处于断电状态；充电机进行检修时，应处于维修停机状态，对充电机进行检修应选择环境条件较好的时段，迅速进行。
风扇的转速分为低速和高速两档，当充电机处于充电状态时，进风风扇和出风风扇高速转动，将充电过程中产生的热量以风冷方式迅速排出；当运行柜内空气远红外加热子程序时，进风风扇低速转动，促进柜内空气流动，推动柜内冷、热空气对流，使柜内气温缓慢升高，出风风扇停止转动，防止柜内热气外泄。
实施例1控制方法中的柜内空气远红外加热子程序如图3所示：
子程序为：
1充电机转入待机或预停机状态后，测量机柜外部空气的温度和相对湿度，测量机柜内部空气的温度，根据测量结果，执行以下过程：
①当柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜内与柜外空气的温差未达到温差控制上限时，远红外加热器12通电，进风风扇低速转动；
②当柜外空气的湿度未达到湿度控制上限，或柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜内与柜外空气的温差达到温差控制上限时，进风风扇停止转动，远红外加热器12断电。
2待机或预停机状态结束后，进风风扇停止转动，远红外加热器12断电。
本发明的湿度控制分为两档，应根据设备的三防工艺水平，从中选用：
1第一档的相对湿度接近饱和，例如90％，用于防止器件表面凝露，避免凝结水聚积，导致柜内积水，适用于三防工艺处理较好的设备；
2第二档的相对湿度较高，例如70％，用于防止器件的表面吸附水汽，器件内的微孔吸收水汽，避免水汽渗入后扩散，导致器件受潮，适用于三防工艺存在缺陷的设备。
对于以下设备，应采用湿度控制的第二档：
1三防工艺处理不当，例如：喷涂前未充分清除油污和尘埃，喷涂前未充分烘干，喷涂过程中混有气泡和微小杂质，喷涂次数不足；
2三防涂料的喷涂过程中存在疏漏，未对易受潮的印刷线路板PCB基材、支撑器件、绝缘器件、塑料包封材料等实施喷涂。
在气压不变的情况下，相对湿度越高，水汽的吸附量越大，越容易被材料吸收；在气压不变，局部空间内绝对湿度不变的情况下，气温越高，空气的相对湿度越低，例如，柜外空气的相对湿度接近饱和，柜内与柜外空气的温差达到10℃后，柜内空气的相对湿度可以降到60％以下；在气压不变，局部空间内绝对湿度不变的情况下，气温变化，露点温度不变，气温越高，柜内气温与露点温度的差值越大，凝露难以发生。
实施例1控制方法中的充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序的程序流程相同，如图4所示：
子程序为：
1充电机转入待机或预停机状态后，测量充电模块8或控制装置9的内部温度，根据测量结果，执行以下过程：
①当装置内部温度达到电子器件的低温耐受下限，远红外加热器13或14通电；
②当装置内部温度未达到电子器件的低温耐受下限，测量机柜外部空气的温度和相对湿度，根据测量结果，执行以下过程：
a当柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜外空气与装置内部的温差未达到温差控制上限时，远红外加热器13或14通电；
b当柜外空气的湿度未达到湿度控制上限，或柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜外空气与装置内部的温差达到温差控制上限时，远红外加热器13或14断电。
2待机或预停机状态结束后，远红外加热器13或14断电。
对充电模块8或控制装置9加热，可使装置内电子器件周边空气的温度上升，电子器件周边空气的相对湿度下降；当充电机处于-20至-30℃的严寒天气，或更冷的酷寒和极寒天气时，应对电子器件加热升温，防止损坏；在南方地区的夜间，室外空气的相对湿度达到湿度控制上限时，室外气温可以远远高于电子器件的低温耐受下限；在北方地区干燥晴朗的冬季夜间，室外空气的相对湿度可能难以达到湿度控制上限，但室外气温可以达到电子器件的低温耐受下限。
本发明提供的第2个实施例的远红外加热系统及机柜纵剖面的结构示意图如图5所示：
本实施例在第1个实施例的基础上增加了对“呼吸”效应的防护能力。本实施例通过进风口6处的制冷盘管15，降低进风的温度，使进风中的水汽在制冷盘管15上遇冷凝结，避免了在充电过程中，“呼吸”效应引发的器件吸湿受潮。
第2个实施例在第1个实施例的基础上做如下改动：
在S形风管23内，进风风扇的后端，加装制冷盘管15；制冷盘管的15的边框紧贴S形风管23的内侧管壁；由于制冷盘管15内的冷冻水管道阻碍了气流流动，缩减了制冷盘管15处的有效过风面积，为了使风管内各处的过风面积相等，在制冷盘管15处，风管的横剖面的尺寸相应扩大。
制冷盘管15的供水管16接于制冷盘管15的进风端，回水管17接于制冷盘管15的出风端；在供水管16和回水管17上接有流量控制阀26，用于调节制冷盘管15内的冷冻水流量，并维持流量稳定；当充电机处于充电状态，流量控制阀37打开，冷冻水流入制冷盘管15，降低制冷盘管15的表面温度，降低充电进程中的进风温度；供水管16和回水管17下行进入机柜1下方的电缆沟5后，接入电动汽车充电站内的冷冻水循环系统。
制冷盘管15的下方装有承接冷凝水的集水盘18，集水盘18紧贴制冷盘管15，呈倒方锥形，镶嵌在风管的下侧管壁上；当制冷盘管15运行在除湿状态，进风穿过制冷盘管15时，空气中的水汽遇冷，便会在制冷盘管15上凝结，水汽凝结后滴入集水盘18，并在盘中汇集；集水盘18的锥形底端装有逆止阀19和排水管20，逆止阀19用于阻止管路中的潮气上窜，排水管20下行进入机柜1下方的电缆沟5，将冷凝水排入电动汽车充电站内的排水系统。
S形风管23后侧，面向远红外加热器12的风管管壁采用远红外透波板28，远红外透波板28由远红外Ge-Sb-I硫卤玻璃制成，其他管壁仍由铁板制成；Ge-Sb-I硫卤玻璃与第1个实施例中充电模块8或控制装置9机箱所采用的硫卤玻璃相同。
制冷盘管15面向远红外加热器12的内侧表面涂覆有远红外吸收涂层；形成涂层的远红外吸收涂料中，基料丁苯胶乳和聚乙烯醇的质量含量分别为68％和11％，红外吸收填料ZrO2粉末的质量含量为17％，除了加入质量含量为1％的炭黑纳米粒子外，还加入质量含量为3％，导热性能优良的石墨烯纳米片，用以提高制冷盘管15上涂层的导热率，在充电机处于充电状态时，不妨碍制冷盘管15对进风进行降温或除湿。
第2个实施例对柜内空气的加热方式与第1个实施例不同。第1个实施例中远红外加热器12对S形风管加热23，空气流经风管，接触管壁后受热，远红外加热器12位于S形风管23的后侧上方；第2个实施例中远红外加热器12的红外辐射穿过S形风管23，对制冷盘管15加热，空气流经制冷盘管15，接触制冷盘管15内的管道后受热，远红外加热器12位于S形风管23的后侧。在第2个实施例中，穿过制冷盘管15进入机柜1的空气受热更加均匀，加热效果优于第1个实施例。
第2个实施例中远红外加热器12对制冷盘管15加热，即可以提升柜内的空气温度，也可以防止制冷盘管15内的存水冻结；当充电机处于待机或预停机状态时，流量控制阀26关闭，制冷盘管15内的存水处于停滞状态，由于制冷盘管15与外界空气直接接触，当柜外气温低于零度时，制冷盘管15内处于停滞状态的冷冻水极易冻结；当远红外加热器12用于提升柜内的空气温度时，进风风扇低速转动；当远红外加热器12用于防止制冷盘管15内的存水冻结时，进风风扇停止转动。
实施例2的远红外加热系统的控制方法如图6所示：
控制方法为：
电动汽车充电机有充电、待机和停机三种工作状态；
1当充电机处于充电状态时，全部远红外加热器断电，根据充电进程，执行以下过程：
①当充电机处于恒流充电状态，制冷盘管15内的冷冻水低速流动，进风风扇和出风风扇高速转动；
②当充电机处于恒压充电状态，冷冻水流量维持在高档，进风风扇和出风风扇高速转动；
③当充电进程结束时，进风风扇和出风风扇停止转动，流量控制阀26关闭。
2当充电机从充电状态转入待机或预停机状态时，进风风扇和出风风扇停止转动，流量控制阀关闭，并行运行制冷盘管远红外加热子程序、充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序；
3当充电机从待机或预停机状态转入维修停机状态时，进风风扇停止转动，全部远红外加热器断电，程序结束后，人工切断充电机的电源。
充电进程分为恒流充电和恒压充电两个子状态：
1先进行恒流充电，电池电压逐渐升高，充电机的输出功率随之增加，功率器件的温度不断升高；
2当电池电压达到恒压充电电压后，转为恒压充电，充电电流逐渐降低，充电机的输出功率随之减小，功率器件的温度不断降低；
3当充电电流降至充电终止电流后，充电进程结束，转入待机状态。
随着功率器件的温度变化，“呼吸”效应分为两个阶段：
1在功率器件的升温阶段，器件空腔内的气压升高，空腔内的气体被“呼出”，向空腔外流动；
2在功率器件的降温阶段，器件空腔内的气压降低，空腔外的气体被“吸入”，向空腔内流动。
制冷盘管15内的冷冻水流量分为高、低两档。当处于恒流充电状态时，制冷盘管15运行在供冷状态，冷冻水流量维持在低档，降低充电机的进风温度，增强风冷的冷却效果；当处于恒压充电状态时，制冷盘管15运行在除湿状态，冷冻水流量维持在高档，制冷盘管15的表面温度最低，进风中的水汽在制冷盘管15的表面凝结；当充电状态结束时，调节制冷盘管15内冷冻水流量的流量控制阀26关闭。
实施例2控制方法中的充电模块或控制装置远红外加热子程序与实施例1控制方法中的充电模块或控制装置远红外加热子程序相同。
实施例2控制方法中的制冷盘管远红外加热子程序如图7所示：
子程序为：
1充电机转入待机或预停机状态后，测量机柜外部空气的温度和相对湿度，测量机柜内部空气的温度，根据测量结果，执行以下过程：
①当柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜内与柜外空气的温差未达到温差控制上限时，远红外加热器12通电，进风风扇低速转动；
②当柜外空气的湿度未达到湿度控制上限，或柜外空气的湿度达到湿度控制上限，且柜内与柜外空气的温差达到温差控制上限时，根据机柜外部空气温度的测量结果，执行以下过程：
a当机柜外部空气的温度接近零度，远红外加热器12通电，进风风扇停止转动；
b当机柜外部空气的温度未接近零度，进风风扇停止转动，远红外加热器12断电。
2待机或预停机状态结束后，进风风扇停止转动，远红外加热器12断电。
本发明提供的第3个实施例的远红外加热系统及机柜纵剖面的结构示意图如图8所示：
本实施例在第2个实施例的基础上增加了对悬浮颗粒物的防护能力。本实施例通过进风口6处的静电空气过滤器22，去除进风中的悬浮颗粒物，避免了PM10和PM2.5级别的悬浮颗粒物和细颗粒污染物导致的器件故障或工作异常。
第3个实施例在第2个实施例的基础上做如下改动：
去除进风口6处的防尘过滤网10，在进风口6处加装防护百叶窗21；在防护百叶窗21和进风风扇的之间，加装静电空气过滤器22；防护百叶窗21用于阻止手指或手持细长物体触碰静电空气过滤器22内的高压带电部位。
在机柜1的框架和覆板之间压入毛毡密封条，使机柜成为密闭机柜，用于阻止空气中的悬浮颗粒物和水汽，从框架和覆板的拼接处进入机柜内部；在机柜内部安装隔板4，将机柜1分成上下两层隔室，隔板4与柜体四壁的接缝处压有毛毡密封条，用于防止电缆沟5中的扬尘和污染物接触上层隔室内的充电模块8和控制装置9；S形风管23的出风口24穿过隔板4，S形风管23与隔板4的接缝处压有毛毡密封条；为进风口6和出风口7配备扣盖，扣盖的边缘处贴有毛毡密封条，扣盖卡紧后，将进风口6和出风口7封闭，阻止空气中的悬浮颗粒物和水汽，通过进风口6和出风口7进入机柜内部。
第3个实施例作为用于空气污染地区的户外充电机，在工作方式方面，与第2个实施例存在以下不同：
1对吸附、凝露、吸收、扩散和“呼吸”效应的防护方式不同：
①第2个实施例在待机和预停机状态，用远红外加热器12、13和14提升柜内温度，降低相对湿度，避免吸附、凝露、吸收和扩散效应造成的损害；在恒压充电状态，用制冷盘管15对进风除湿，阻止水汽进入，避免“呼吸”效应造成的损害；
②第3个实施例在充电和待机状态，用制冷盘管15对进风除湿，阻止水汽进入；在预停机状态，静电空气过滤器22停止工作，制冷盘管15内的流量控制阀26关闭，用扣盖封闭进风口6和出风口7，阻止水汽进入。
2进风风扇和出风风扇的工作方式不同：
①第2个实施例在充电状态，进风风扇和出风风扇高速转动；在待机和预停机状态，对柜内空气远红外加热时，进风风扇低速转动，在防止制冷盘管15内存水冻结时，进风风扇停止转动；
②第3个实施例在充电状态，制冷盘管15处于除湿状态，进风风扇和出风风扇高速转动；在待机状态，制冷盘管15处于除湿状态，进风风扇和出风风扇低速转动；在预停机状态，进风风扇和出风风扇停止转动，进风口6和出风口7被扣盖封闭。
3远红外加热器的工作方式不同：
①第2个实施例在待机和预停机状态，远红外加热器12用于提升柜内的空气温度，并防止制冷盘管15内的存水冻结；远红外加热器13和14用于提升电子器件的温度，降低器件周围空气的相对湿度，并避免电子器件温度过低，导致的器件损伤；
②第3个实施例在待机和预停机状态，远红外加热器12仅用于防止制冷盘管15内的存水冻结；远红外加热器13和14仅用于避免电子器件温度过低，导致的器件损伤。
实施例3的远红外加热系统的控制方法如图9所示：
控制方法为：
电动汽车充电机有充电、待机和停机三种工作状态；
1当充电机进入充电或待机状态时，人工打开封闭进风口6和出风口7的扣盖，开启静电空气过滤器22，制冷盘管15内的冷冻水高速流动，进风风扇和出风风扇低速转动，根据充电机所处的充电或待机状态，执行以下过程：
①当充电机处于充电状态时，全部远红外加热器断电，冷冻水的流量维持在高档，进风风扇和出风风扇高速转动；当充电进程结束时，冷冻水的流量仍维持在高档，进风风扇和出风风扇转为低速转动；
②当充电机处于待机状态时，冷冻水流量维持在高档，进风风扇和出风风扇低速转动，并行运行充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序。
2当充电机从充电或待机状态转入停机状态时，静电空气过滤器22关机，进风风扇和出风风扇停止转动，流量控制阀关闭，根据充电机所处的预停机或维修停机状态，执行以下过程：
①当充电机处于预停机状态时，人工用扣盖将进风口6和出风口6封闭，并行运行制冷盘管远红外加热子程序、充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序；
②当充电机处于维修停机状态时，全部远红外加热器断电，程序结束后，人工用扣盖将进风口6和出风口6封闭，切断充电机的电源。
在待机状态，制冷盘管15处于除湿状态，制冷盘管15内的冷冻水处于最大流量，制冷盘管15内的冷冻水无法冻结，不运行制冷盘管远红外加热子程序。
实施例3控制方法中的制冷盘管远红外加热子程序如图10所示：
子程序为：
1充电机转入预停机状态后，测量机柜外部空气的温度，根据测量结果，执行以下过程：
①当柜外空气的温度接近零度，远红外加热器12通电；
②当柜外空气的温度未接近零度，远红外加热器12断电。
2预停机状态结束后，远红外加热器12断电。
实施例3控制方法中的充电模块远红外加热子程序和控制装置远红外加热子程序的程序流程相同，如图11所示：
子程序为：
1充电机转入待机或预停机状态后，测量充电模块8或控制装置9的内部温度，根据测量结果，执行以下过程：
①当装置内部温度达到电子器件的低温耐受下限，远红外加热器13或14通电；
②当装置内部温度未达到电子器件的低温耐受下限，远红外加热器13或14断电。
2待机或预停机状态结束后，远红外加热器13或14断电。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (13)
1.一种电动汽车户外充电机的远红外加热系统，包括其下部背板留有进风口(6)和其上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)，其特征在于：所述进风口(6)的前端依次设置有进风风扇和S形风管(23)，所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模块(8)，所述充电模块(8)的上方设置有镶嵌在所述机柜(1)前面板上的控制装置(9)；所述S形风管(23)的外侧、所述充电模块(8)的上方、以及所述控制装置(9)的上方分别设置有远红外加热器；所述远红外加热器为常温远红外陶瓷板式定向加热器；
所述进风口(6)上安装有防尘过滤网(10)或防护百叶窗(21)，所述出风口(7)上安装有防尘隔离网(11)；
进风风扇的前端安装有制冷盘管(15)；所述制冷盘管(15)的管道竖直安置于S形风管(23)的进风口处，所述制冷盘管(15)的有效过风面积等于所述S形风管(23)的进风口(6)的有效进风面积，等于所述S形风管(23)的出风口(24)的有效出风面积。
2.如权利要求1所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述常温远红外陶瓷板式定向加热器包括基板、远红外陶瓷辐射膜、以及位于所述基板和所述远红外陶瓷辐射膜之间的铝基电热膜；所述基板的底面为平面，其另一面为内凹的弧面。
3.如权利要求2所述的远红外加热系统，其特征在于：
S形风管(23)面向其外侧远红外加热器(12)的外表面涂覆有远红外吸收涂层(27)。
4.如权利要求3所述的远红外加热系统，其特征在于：
充电模块(8)的机箱顶板，以及控制装置(9)的机箱顶板和背板为远红外透波板(28)。
5.如权利要求4所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述充电模块(8)和所述控制装置(9)内安装有温度传感器，机柜(1)内部悬挂有温度传感器，进风口(6)外安装有温湿度传感器。
6.如权利要求1所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述防护百叶窗(21)外侧安装有可拆卸的扣盖，所述防护百叶窗(21)与进风风扇之间安装有静电空气过滤器(22)，所述静电空气过滤器(22)底部设置有灰斗。
7.如权利要求1所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述S形风管(23)面向其外侧远红外加热器(12)的风管管壁为远红外透波板(28)。
8.如权利要求7所述的远红外加热系统，其特征在于：
制冷盘管(15)面向所述S形风管(23)外侧远红外加热器(12)的内侧盘管表面涂覆有远红外吸收涂层。
9.如权利要求7所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述S形风管(23)与充电模块(8)之间设置有垂直于机柜(1)背板的隔板(4)；所述S形风管(23)的出风口(24)后部紧贴所述机柜(1)的背板，并镶嵌在所述隔板(4)上，所述S形风管(23)的出风口(24)指向机柜(1)的前上方；所述隔板(4)与所述机柜(1)的接缝处压有毛毡密封条。
10.如权利要求1所述的远红外加热系统，其特征在于：
所述制冷盘管(15)的进风端连接有供水管(16)，其出风端连接有回水管(17)，其底部设置有集水盘(18)，所述集水盘(18)底端设置有逆止阀(19)和排水管(20)；
所述供水管(16)和所述回水管(17)依次穿出所述S形风管(23)下侧管壁和所述机柜(1)底板后，与站内冷冻水循环系统相连；
所述供水管(16)和所述回水管(17)上分别设置有流量控制阀(26)，用于控制所述制冷盘管(15)中冷冻水的流量。
11.一种电动汽车户外充电机远红外加热系统的控制方法，其特征在于：
所述方法包括如下步骤：
步骤S1，判断所述充电机的工作状态是充电、待机或停机；
步骤S2，充电状态时，执行充电状态子过程；
步骤S3，待机或停机状态时，进风风扇和出风风扇停止转动，关闭流量控制阀；
步骤S4，根据充电机是否处于维修停机状态，确定执行步骤S5或步骤S6；
步骤S5，维修停机状态时，进风风扇停止转动，关断全部远红外加热器，切断充电机的电源；
步骤S6，否则，运行制冷盘管远红外加热子程序、充电模块远红外加热子程序、以及控制装置远红外加热子程序；
所述充电状态子过程包括如下步骤：
A1，关断全部远红外加热器；
A2，冷冻水流量维持最低档位，进风风扇和出风风扇转速维持最高档位；
A3，根据充电机是否处于恒流充电状态，确定执行步骤A4或步骤A5；
A4，恒流充电状态时，跳转至步骤A2；
A5，否则，转至步骤A6；
A6，冷冻水流量维持最高档位，进风风扇和出风风扇转速维持最高档位；
A7，根据充电机是否处于恒压充电状态，确定执行步骤A8或步骤A9；
A8，恒压充电状态时，跳转至步骤A6；
A9，否则，进风风扇和出风风扇停止转动，关闭流量控制阀；
所述制冷盘管远红外加热子程序包括如下步骤：
B1，测量柜外空气温度和湿度，以及柜内空气温度；
B2，根据柜外空气湿度是否达到湿度控制上限，确定进行步骤B3或步骤B11；
B3，柜外空气湿度达到湿度控制上限时，根据柜内外温差是否达到温差控制上限，确定执行步骤B4或步骤B7；
B4，柜内外温差达到控制上限时，根据柜外空气温度是否接近零度，确定执行步骤B5或步骤B6；
B5，柜外空气温度接近零度时，开启S形风管外侧的远红外加热器，进风风扇停止转动，跳转至步骤B8；
B6，否则，停止进风风扇转动，关断S形风管外的远红外加热器，跳转至步骤B8；
B7，否则，开启S形风管外的远红外加热器，进风风扇维持最低转速；
B8，根据充电机是否处于待机或预停机状态，确定进行步骤B9或步骤B10；
B9，充电机处于待机或预停机状态时，跳转至步骤B1；
B10，否则，进风风扇停止转动，关断S形风管外侧的远红外加热器；
B11，否则，根据柜外空气温度是否接近零度，确定进行所述步骤B5或所述步骤B6；
所述充电模块远红外加热子程序或控制装置远红外加热子程序包括如下步骤：
C1，测量装置内部温度；
C2，根据装置内部温度是否达到电子器件的低温耐受下限，确定进行步骤C3或步骤C7；
C3，装置内部温度达到电子器件的低温耐受下限时，开启装置上方的远红外加热器；
C4，根据充电机是否处于待机或预停机状态，确定进行步骤C5或步骤C6；
C5，充电机处于待机或预停机状态时，跳转至步骤C1；
C6，否则，关断装置上方的远红外加热器；
C7，否则，测量柜外空气温度和湿度，根据柜外空气湿度是否达到湿度控制上限，确定进行步骤C8或步骤C11；
C8，柜外空气湿度达到湿度控制上限时，根据柜外空气温度和装置内部温度的温差是否达到温差控制上限，确定进行步骤C9或步骤C10；
C9，温差达到温差控制上限时，关断装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4；
C10，否则，开启装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4；
C11，否则，关断装置上方的远红外加热器，跳转至步骤C4。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
所述装置为充电模块或控制装置。
13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
所述停机状态包括预停机状态和维修停机状态；所述充电状态包括恒流充电状态和恒压充电状态。
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