CN106143186B - 一种节能温控系统及应用该系统的充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能温控系统，属于领域散热领域。它包括主控单元、第一温控系统和第二温控系统，主控单元能控制第一温控系统和第二温控系统进行预热或预冷处理，第一温控系统包括第一冷凝器、截止阀和冷板模块，第一冷凝器、截止阀和冷板模块通过第一管道依次连通；第二温控系统通过第二管道与冷板模块连通。采用双系统的模式降低了系统过载的风险，且第一温控系统利用自然冷源，无功耗或仅有冷媒泵的功耗，非常节能。

Description

一种节能温控系统及应用该系统的充电桩

技术领域

本发明属于散热领域，尤其涉及一种具有节能、防凝露功能的节能温控系统和应用该系统的充电桩。

背景技术

充电桩是一种充电装置，随着充电能力的提升，电气器件的发热量也逐渐升高，然而其内部的关键电气器件都必须在一定的温度范围内工作，充电桩的温控是保证充电桩正常工作的关键因素。此外，在潮湿的环境中，如果充电桩内关键电气器件的表面温度低于露点温度时，会在表面形成凝露，降低器件的绝缘水平，影响设置正常运行。

目前部分充电桩通过空调来控制内部的温度。中国专利申请201220231330.8一种防凝露电动汽车充电桩，所述充电桩设有一个温控模块，该温控模块包括一个MCU，该MCU采样连接有一个用于采集充电桩桩体内空气温度的环境温度传感器、一个用于采集充电桩桩体内空气湿度的环境湿度传感器和至少一个用于采集充电桩桩体内需防凝露器件表面温度的表面温度传感器；MCU还控制连接有与所述各表面温度传感器一一对应的加热器，所述加热器为用于贴设在所述对应器件外壳上或者印制板背面的电加热膜。通过贴设在对应器件外壳或者印制板背面的电加热膜加热需要防凝露器件的表面，使其高于环境温度，达到防凝露的效果。

上述方案存在以下不足：

1)利用空调控制充电桩内部温度，存在无效工作时间长、效率低、不节能等问题；2)加热膜对器件表面温度的控制难以稳定，无法可靠的保证器件不结露，或者虽然保证了不结露，但是不够节能；3)利用空调控制充电桩内部温度，不能很好的解决温控模块多联应用的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，本发明的第一发明目的是提供一种节能、能多联应用、效率高的温控系统。

本发明采用的技术方案如下：一种节能温控系统，包括主控单元、第一温控系统和第二温控系统，主控单元能控制第一温控系统和第二温控系统进行预热或预冷处理，第一温控系统包括第一冷凝器、截止阀和冷板模块，第一冷凝器、截止阀和冷板模块通过第一管道依次连通；

第二温控系统通过第二管道与冷板模块连通。

通过双系统的模式，减少较高能耗的蒸气压缩制冷系统的运行时间，从而提高温控系统的整体能效比。第一温控系统为热管系统，利用自然冷源，无功耗或仅有冷媒泵的功耗，非常节能。第一温控系统中的第一冷凝器在水平高度需高于冷板模块的水平高度，否则，需在第一冷凝器与冷板模块之间加装冷媒泵作为循环动力。

进一步的，冷板模块为双流路冷板模块，冷板模块内包括第一流路和第二流路，且第一流路和第二流路之间设置有空气隔热层或者由玻璃纤维、石棉、岩棉或气凝胶毡等隔热材料形成的隔热层，从而减少或者杜绝两路流路之间相互传递热量，防止冷量的流失。

在冷板模块内设置双流路，分别连通于第一温控系统和第二温控系统，工作效率高。

进一步的，第二温控系统包括制冷单元和载冷单元，制冷单元通过换热器与载冷单元连接。

主控单元能控制载冷单元进行预热或预冷处理。通过载冷单元的预热和预冷处理，能充分利用液体余温，降低了能源的损耗，提高换热效率。

进一步的，制冷单元包括压缩机、第二冷凝器和节流装置，压缩机、冷凝器和节流装置通过制冷管道依次连通；制冷单元通过换热器与载冷单元进行热交换。

该制冷单元为热泵型制冷系统，通过制冷单元的制冷或制热，实现对载冷单元的冷却或加热。压缩机为变频压缩机；在制冷管道上还安装有四通阀和温度传感器A。

压缩机为变频压缩机，通过改变频率调节换热器制冷单元一侧的蒸发温度，从而调节换热器载冷单元一侧的液体温度。

进一步的，载冷单元包括储能水箱、水泵、电磁阀和冷板模块，储能水箱、水泵、电池阀和冷板模块通过载冷管道依次连通；载冷单元通过换热器与制冷单元进行热交换或冷交换。(载冷单元中的载冷剂为水或比热容较大的液体)

发热设备直接放置在冷板模块上，热量通过热传导的作用从发热设备传递至冷板模块上。主控单元通过调节水泵的转速或电磁阀来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量。

发热设备直接放置于冷板模块之上，通过热传导的方式传热，效率高。

进一步的，第二管道包括制冷管道和载冷管道，载冷管道与第二流路连通。

进一步的，第一管道与第一流路连通。

进一步的，在第一冷凝器的外侧安装有室外风机，室外风机能同时对第一冷凝器和第二冷凝器加速散热。

第二发明目的是提供一种节能、防凝露的充电桩。

一种应用了节能温控系统的充电桩，充电桩包括壳体以及设置在壳体内的工作部件和温湿度传感器，工作部件放置在冷板模块上。

温湿度传感器能检测充电桩内部的温湿度，该数据反馈给节能温控系统，温控系统计算出当前充电桩的露点温度。

进一步的，工作部件中的发热装置放置在冷板模块上。

发热设备直接放置于冷板模块之上，通过热传导的方式传热，效率高。节能温控系统中的冷板模块数量根据充电桩内的发热装置数量设置，且节能温控系统中的各个部件都可以根据实际需要放置，若储能水箱的位置位于节能温控系统的最高点，则储能水箱即可以同时作为膨胀水箱，平衡水量和压力，若储能水箱的位置未设在节能温控系统的最高点，则需要在水泵的进水侧设置膨胀水箱，以平衡水量和压力。

进一步的，工作部件中的发热装置与冷板模块一体成型，发热装置放置在冷板模块上。(发热装置与冷板模块一体成型集成在一个外壳内，增加了稳定可靠性)。当然冷板模块可以根据需要弯曲，增大与发热装置的接触面积，从而提高传热效率。

充电桩的工作过程如下：

1.计算步骤：

首先根据第一和第二温控系统的能力、充电桩正常运行时的设备发热量、充电桩正常运行时的室内温度范围和外部环境温度进行计算：

假设充电桩正常运行，且第一温控系统关闭，第二温控系统制热模式开启时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TA；假设充电桩正常运行，且第一温控系统和第二温控系统同时关闭时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TB；假设充电桩正常运行，且第一温控系统开启，第二温控系统关闭时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TC。

2.判断并执行步骤：

1)当预设温度TA满足条件：T1≦TA≦T2(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，主控单元控制第二温控系统中的制冷单元开启制热模式，同时开启载冷单元，关闭第一温控系统。此时，主控单元控制第二温控系统中的制冷单元开启制热模式，同时开启载冷单元，制冷剂与载冷剂在换热器中进行热交换从而加热载冷剂，通过冷板模块中独立的第二流路加热充电桩内部空气，达到充电桩正常工作温度范围，此时第一温控系统中的截止阀处于关闭状态。

主控单元通过调节压缩机的频率来调节换热器中制冷单元侧的温度，或者通过调节水泵的转速或电磁阀来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量，使得充电桩内部的温度一直维持在正常工作温度范围内。

2)当预设温度TB满足条件：T1≤TB≤T2时(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，充电桩可以正常工作，不需要进行温度控制，即此时第一温控系统和第二温控系统都处于关闭状态。

3)当预设温度TC满足条件T1≤TC≤T2时(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，主控单元控制第一温控系统打开。单独的第一温控系统可以满足充电桩散热的冷量需求。此时，主控单元控制第一温控系统中的截止阀打开，第一温控系统正常运行。

充电桩内放置在冷板上的发热设备将热量通过热传导的作用传递至冷板，独立第一流路中的制冷剂吸收热量蒸发变成气态，气态的制冷剂流经第一冷凝器时，在室外风机的作用下与环境进行热交换，冷凝成液体后在重力或者冷媒泵的作用下流入冷板模块中，如此循环。在此温控调节过程中，第二温控系统处于停止运行状态，完全利用自然冷源，无功耗或仅有冷媒泵的功耗，非常节能。

4)当以上条件都不满足时，主控单元控制开启第二温控系统的制冷模式。

同时主控单元判断Tout(充电桩外部的环境监测温度)是否小于Tin(充电桩内部的环境监测温度)：

当Tout<Tin时，此时，主控单元控制第一温控系统和第二温控系统同时打开，两者分担冷量需求，减少第二温控系统的功耗，提高整体能效比。

在温控条件过程中，同样可以通过调节压缩机的频率来调节换热器中制冷单元侧的温度，或者通过调节水泵的转速或电磁阀来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量，使得充电桩内部的温度一直维持在正常工作温度范围内。

当Tout≧Tin时，主控单元控制第一温控系统关闭，第二温控系统打开。由单独的第二温控系统进行温度控制。(若此时打开第一温控系统，则热管系统逆运行，反而不利于散热。)

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是节能温控系统的结构示意图；

图2是冷板模块的内部示意图；

图3是充电桩的结构示意图；

图4是图3中发热装置与冷板模块的另一实施方式。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1、图3所示，一种节能温控系统，包括主控单元11、第一温控系统1和第二温控系统2，主控单元11能控制第一温控系统1和第二温控系统2进行预热或预冷处理，第一温控系统1包括第一冷凝器101、截止阀102和冷板模块5，第一冷凝器101、截止阀102和冷板模块5通过第一管道103依次连通；

第二温控系统2通过第二管道与冷板模块5连通。

通过双系统的模式在不增强电功率的情况下提高冷板模块5的散热效果。第一温控系统1为热管系统，第一温控系统1中的第一冷凝器101在水平高度需高于冷板模块5的水平高度，否则，需在第一冷凝器101与冷板模块5之间加装冷媒泵104作为循环动力。

节能温控系统采用双系统的模式降低了系统过载的风险，且第一温控系统1利用自然冷源，无功耗或仅有冷媒泵的功耗，非常节能。

第二温控系统2包括制冷单元和载冷单元，制冷单元通过换热器与载冷单元连接。制冷单元包括压缩机201、第二冷凝器202和节流装置203，压缩机201、冷凝器202和节流装置203通过制冷管道204依次连通；制冷单元通过换热器4与载冷单元进行热交换。

该制冷剂单元为热泵型制冷系统，通过制冷剂系统的制冷或制热，实现对载冷单元的冷却或加热。

压缩机201为变频压缩机，通过改变频率调节换热器4制冷单元一侧的蒸发温度，从而调节换热器4载冷单元一侧的液体温度；在制冷管道204上还安装有四通阀205和温度传感器A(图中未显示)。

载冷单元包括储能水箱301、水泵302、电磁阀303和冷板模块5，储能水箱301、水泵302、电池阀303和冷板模块5通过载冷管道304依次连通；载冷单元通过换热器4与制冷单元进行热交换或冷交换。(载冷单元中的载冷剂为水或比热容较大的液体)

能在储能水箱301上安装温度传感器B，在水泵302和冷板模块5的载冷管道304之间还能安装温度传感器C。通过温度传感器B和温度传感器C实时检测载冷单元中储能水箱301和冷板模块303内的液体温度。

其中，冷板模块5的个数≧1，各个冷板模块5之间为并联连接。

发热设备直接放置在冷板模块5上，热量通过热传导的作用从发热设备传递至冷板模块5上。主控单元11通过调节水泵302的转速或电磁阀303来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块5中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量。

第一冷凝器101的外侧安装有室外风机6，室外风机6能同时对第一冷凝器101和第二冷凝器201加速散热。

如图2所示，冷板模块5包括第一流路7和第二流路8，在第一流路7和第二流路8之间设置有隔热层501。

第一管道103与第一流路7连通。第二管道包括制冷管道204和载冷管道304，载冷管道204与第二流路8连通。

如图3所示，一种应用了节能温控系统的充电桩，充电桩包括壳体9以及设置在壳体9内的工作部件和温湿度传感器(图中未显示)，工作部件放置在冷板模块5上。温湿度传感器能检测充电桩内部的温湿度，该数据反馈给节能温控系统，温控系统计算出当前充电桩的露点温度。

更具体的，工作部件中的发热装置10放置在冷板模块5上。

发热设备直接放置于冷板模块5之上，通过热传导的方式传热，效率高。

如图4所示，为图3中发热装置10与冷板模块5的另一实施方式。工作部件中的发热装置10与冷板模块5一体成型，发热装置10放置在冷板模块5上。(发热装置10与冷板模块5一体成型集成在一个外壳12内，增加了稳定可靠性)。在外壳12的外部设置有与冷板模块5连通的第一流路7和第二流路8。

当然冷板模块5可以根据需要弯曲，增大与发热装置10的接触面积，从而提高传热效率。

充电桩的工作过程如下：

1.计算步骤：

首先根据第一和第二温控系统的能力、充电桩正常运行时的设备发热量、充电桩正常运行时的室内温度范围和外部环境温度进行计算：

假设充电桩正常运行，且第一温控系统1关闭，第二温控系统2制热模式开启时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TA；假设充电桩正常运行，且第一温控系统1和第二温控系统2同时关闭时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TB；假设充电桩正常运行，且第一温控系统1开启，第二温控系统2关闭时，计算此时充电桩的室内温度，预设为TC。

2.判断并执行步骤：

1)当预设温度TA满足条件：T1≦TA≦T2(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，主控单元11控制第二温控系统2中的制冷单元开启制热模式，同时开启载冷单元，关闭第一温控系统。此时，主控单元11控制第二温控系统2中的制冷单元开启制热模式，同时开启载冷单元，制冷剂与载冷剂在换热器4中进行热交换从而加热载冷剂，通过冷板模块5中独立的第二流路8加热充电桩内部空气，达到充电桩正常工作温度范围，此时第一温控系统1中的截止阀102处于关闭状态。

主控单元11通过调节压缩机201的频率来调节换热器4中制冷单元侧的温度，或者通过调节水泵302的转速或电磁阀303来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块5中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量，使得充电桩内部的温度一直维持在正常工作温度范围内。

2)当预设温度TB满足条件：T1≤TB≤T2时(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，充电桩可以正常工作，不需要进行温度控制，即此时第一温控系统和第二温控系统都处于关闭状态。

3)当预设温度TC满足条件T1≤TC≤T2时(T1和T2分别为充电桩适宜工作温度范围的下限和上限)，主控单元控制第一温控系统打开。单独的第一温控系统1可以满足充电桩散热的冷量需求。此时，主控单元11控制第一温控系统1中的截止阀102打开，第一温控系统1正常运行。

充电桩内放置在冷板上的发热设备将热量通过热传导的作用传递至冷板，独立第一流路7中的制冷剂吸收热量蒸发变成气态，气态的制冷剂流经冷第一凝器101时，在室外风机6的作用下与环境进行热交换，冷凝成液体后在重力或者冷媒泵104的作用下流入冷板模块5中，如此循环。在此温控调节过程中，第二温控系统2处于停止运行状态，完全利用自然冷源，无功耗或仅有冷媒泵的功耗，非常节能。

4)当以上条件都不满足时，主控单元11控制开启第二温控系统2的制冷模式。

同时主控单元11判断Tout(充电桩外部的环境监测温度)是否小于Tin(充电桩内部的环境监测温度)：

当Tout<Tin时，此时，主控单元11控制第一温控系统1和第二温控系统2同时打开，两者分担冷量需求，减少第二温控系统2的功耗，提高整体能效比。

在温控条件过程中，同样可以通过在温控条件过程中，同样可以通过调节压缩机201的频率来调节换热器4中制冷单元侧的温度，或者通过调节水泵302的转速或电磁阀303来改变载冷剂在载冷单元中的流量，从而改变冷板模块5中载冷剂的流量温度，进而改变冷板与发热设备的换热量，使得充电桩内部的温度一直维持在正常工作温度范围内。

当Tout≧Tin时，主控单元11控制第一温控系统1关闭，第二温控系统2打开。由单独的第二温控系统2进行温度控制。(若此时打开第一温控系统1，则热管系统逆运行，反而不利于散热。)

T1、T2和T3三个预设温度是根据第一温控系统1的制冷能力、充电桩正常工作时的室内温度范围和外部环境温度计算所得，当这些参数有变化时，T1、T2和T3也相应变化。

Claims (6)

1.一种节能温控系统，包括主控单元、第一温控系统和第二温控系统，所述主控单元能控制所述第一温控系统和第二温控系统进行预热或预冷处理，其特征在于：所述第一温控系统包括第一冷凝器、截止阀和冷板模块，所述第一冷凝器、截止阀和冷板模块通过第一管道依次连通；所述第二温控系统通过第二管道与所述冷板模块连通；

所述冷板模块为双流路冷板模块，所述冷板模块内包括第一流路和第二流路，所述第一流路和所述第二流路之间设置有隔热层；所述第一管道与所述第一流路连通；所述第二管道包括载冷管道，所述载冷管道与所述第二流路连通；

所述第二温控系统包括制冷单元和载冷单元，所述制冷单元通过换热器与所述载冷单元连接。

2.如权利要求1所述的一种节能温控系统，其特征在于：所述制冷单元包括压缩机、第二冷凝器和节流装置，所述压缩机、冷凝器和节流装置通过制冷管道依次连通；所述制冷单元通过所述换热器与所述载冷单元进行热交换。

3.如权利要求2所述的一种节能温控系统，其特征在于：在所述第一冷凝器的外侧安装有室外风机，所述室外风机能同时对所述第一冷凝器和所述第二冷凝器加速散热。

4.一种应用了权利要求1-3任一所述一种节能温控系统的充电桩，所述充电桩包括壳体以及设置在壳体内的工作部件和温湿度传感器，其特征在于：所述工作部件放置在所述冷板模块上。

5.如权利要求4所述的充电桩，其特征在于：所述工作部件中的发热装置放置在所述冷板模块上。

6.如权利要求4所述的充电桩，其特征在于：所述工作部件中的发热装置与所述冷板模块一体成型，所述发热装置放置在所述冷板模块上。