CN106711549B - 一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩 - Google Patents

一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩。其包括供电模块、充电枪、充电枪座、加热器、热交换器、冷凝散热器、冷却液枪、冷却液枪座和壳体，供电模块内设有控制器，供电模块分别通过线组与充电枪和冷却液枪相连，充电枪座与电池模组通过线组相连，冷却液枪座与电池模组通过线组和冷却管道相连；供电模块、冷凝散热器和冷却液枪分别通过冷却液管与热交换器相连，加热器与热交换器相并联。充电桩主要解决液冷的充电电池单元的快速充电问题，将现有电池充电时间从原有的1～2小时，提高到5～10分钟以内；为用户节约充电等待时间，使带有待充电电池模组的设备使用效率大大提升；进一步加快带有充电电池模组设备的使用接受度，提升客户体验满意度。

Description

一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩
技术领域
本发明涉及一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩。
背景技术
现有市场上的充电电池冷却方式有风冷(使用强排风将热量从电池中带出)和液冷(使用循环冷却液将热量从电池中带出)两种，风冷由于自身散热效果不好，有逐渐被液冷方式取代的趋势。但液冷也存在问题，例如在电动汽车方面，液冷系统配有车载冷凝器，是车辆在使用过程中电池散发出来的热量能够被及时导出，用以保护电池；但在电池充电时，由于散热能力有限，充电电流不能过高，严重影响充电速度；如果提高车载液冷系统的制冷散热能力，会大大增加车辆自重和能耗，不能实际实施。综合以上因素，以电动汽车为例，现行普及的通用快速充电时间为1～2小时，慢充为6～10小时，为使用者带来很大不方便，影响电动汽车的普及推广。其他行业的电动产品也存在充电慢的问题。
现在市场上常用的传统充电桩，相较本专利桩存在以下不足：传统充电桩自身不带加热系统及冷却系统，提供的充电电流较低，充电速度较慢，用户充电等待时间较长，用户体验差，时间成本浪费大，因此也导致了带有待充电系统的设备或产品得不到很好的普及推广，市场接受度差，无法实现其社会效益。本专利产品可以很好的解决以上弊端，提升充电速率，加快带有充电系统的设备或产品的普及推广。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，充电桩主要解决液冷的充电电池单元的快速充电问题，将现有电池充电时间从原有的1～2小时，提高到5～10分钟以内；快速充电，充电时间相较传统充电桩提升80％以上，为用户节约充电等待时间，使带有待充电电池模组的设备使用效率大大提升；同时进一步加快带有充电电池模组设备的使用接受度，提升客户体验满意度，加快普及及推广，更好的实现产品价值及带来社会使用效益。其自带加热及冷却系统，实现使用便捷、快速预热、快速充电、充电降温保护功能，并可进行智能调节各模块启停及参数设置，集实用性及智能化为一体，从根源上解决充电慢，充电等待时间长，客户体验差，安全性差，推广难度大等难题，加速充电系统设备的使用推广；其采用的技术方案如下：
一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，包括供电模块、充电枪、充电枪座、加热器、热交换器、冷凝散热器、冷却液枪、冷却液枪座和用于安装零部件的壳体，所述供电模块内设有用于控制供电模块工作的控制器，所述供电模块分别通过线组与充电枪和冷却液枪相连，所述充电枪座与充电枪扣合相连，且充电枪座与待充电的电池模组通过线组相连；所述冷却液枪与冷却液枪座扣合相连，且冷却液枪座与待充电的电池模组通过线组和冷却管道相连；所述供电模块、冷凝散热器和冷却液枪分别通过冷却液管与热交换器相连，所述加热器设置于热交换器与冷却液枪的冷却液管的管路中且与热交换器相并联。
在上述技术方案的基础上，所述加热器两端均安装有用于切换加热模式的电磁阀组，分别为第一三通电磁阀和第二三通电磁阀。
在上述技术方案的基础上，所述充电枪和充电枪座上设有相对应的用于使充电枪和充电枪座相对准的卡槽结构。
在上述技术方案的基础上，还包括用于补充使用过程中冷却液的损失，防止冷却液过少的冷却液罐组，其包括第一冷却液罐和第二冷却液罐，所述第一冷却液罐与供电模块相连，所述第二冷却液罐设置于加热器与热交换器相连的管路上。
在上述技术方案的基础上，还包括用于为冷却液和冷媒循环提供动力的泵组，所述泵组包括第一泵、第二泵和第三泵，所述第一泵设置于加热器与充电枪之间的管路上，所述第二泵设置于冷凝散热器与热交换器相连的管路上，所述第三泵设置于供电模块与热交换器相连的管路上。
在上述技术方案的基础上，所述线组包括电池充电线组和电池控制信号线组。
可选的，所述冷却液枪设置于充电枪内，且与充电枪一体形成；所述冷却液枪座设置于充电枪座内，且与充电枪座一体形成。
在上述技术方案的基础上，所述控制器内设有遇到意外情况的报警装置、自动断电装置、安全保护装置、计量装置和人机交互装置。
在上述技术方案的基础上，所述控制器控制供电模块为待充电的电池模组提供电力，并通过电池控制限号线组采集和控制电池模组共组，除此之外还为其他加热器、冷凝散热器和热交换器提供电力，并控制各个器件工作启停、探测、输入输出信号及参数调整。
热交换器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量交换给冷凝散热器。
充电桩外壳是用于安装和保护充电桩器件。
冷凝散热器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量散发或储存。
本发明的有益效果为：充电桩主要解决液冷的充电电池单元的快速充电问题，将现有电池充电时间从原有的1～2小时，提高到5～10分钟以内；快速充电，充电时间相较传统充电桩提升80％以上，为用户节约充电等待时间，使带有待充电电池模组的设备使用效率大大提升；同时进一步加快带有充电电池模组设备的使用接受度，提升客户体验满意度，加快普及及推广，更好的实现产品价值及带来社会使用效益。充电枪和冷却液枪分离或一体的两种方式，给用户更多选择，选择适合自己的，使充电更加便捷；通过加热器可使充电所需温度在短时间内达到并快速启动充电；通过冷凝散热器和热交换器可对整个充电系统进行降温，并使充电过程中的温度始终控制在安全充电的标准范围内，实现快速安全充电，通过冷却液罐组补充使用过程中冷却液的损失，防止冷却液过少的问题。该充电桩从根源上解决充电慢，充电等待时间长，客户体验差，安全性差，推广难度大等难题，加速充电系统设备的使用推广。
附图说明
图1：本发明实施例1的流程图；
图2：本发明实施例1中所述充电枪与冷却液枪的分离结构示意图；
图3：本发明实施例1所述充电枪座的端面示意图；
图4：本发明实施例1所述充电枪的端面示意图；
图5：本发明实施例1所述冷却液枪座的端面示意图；
图6：本发明实施例1所述冷却液枪的端面示意图；
图7：本发明实施例2的流程图；
图8：本发明实施例2的剖视示意图；
图9：本发明实施例2所述充电枪的端面示意图；
图10：本发明实施例2所述充电枪座的端面示意图；
图11：本发明实施例2的结构示意图；
图12：本发明实施例2所述充电枪和充电枪座的的立体图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：如图1至图6所示，本实施例的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，包括供电模块7、充电枪12、充电枪座13、加热器4、热交换器3、冷凝散热器2、冷却液枪18、冷却液枪座19和用于安装零部件的壳体1，所述供电模块7内设有用于控制供电模块工作的控制器(图中未示出)，所述供电模块7分别通过线组15与充电枪12和冷却液枪18相连，所述充电枪座13与充电枪12扣合相连，且充电枪座13与待充电的电池模组6通过线组相连；所述冷却液枪18与冷却液枪座19扣合相连，且冷却液枪座19与待充电的电池模组6通过线组和冷却管道相连；所述供电模块7、冷凝散热器2和冷却液枪18分别通过冷却液管与热交换器3相连，所述加热器4设置于热交换器3与冷却液枪18的冷却液管的管路中且与热交换器3相并联。本发明的控制器并不涉及对现有控制程序的改进，对各个电器元件的控制为现有的已知程序。
为了便于控制加热器的工作，所述加热器4两端均安装有用于切换加热模式的电磁阀组14，分别为第一三通电磁阀和第二三通电磁阀。
为了防止充电枪在与充电枪座相配对时，充电枪旋转一定角度导致插接错误的发生，所述充电枪和充电枪座上设有相对应的用于使充电枪和充电枪座相对准的卡槽结构。
所述冷却液枪和冷却液枪座上设有相对应的用于使冷却液枪和冷却液枪座相对准的卡槽结构。
优选的，还包括用于补充使用过程中冷却液的损失，防止冷却液过少的冷却液罐组，其包括第一冷却液罐9和第二冷却液罐8，所述第一冷却液罐9与供电模块7相连，所述第二冷却液罐8设置于加热器4与热交换器3相连的管路上。
优选的，还包括用于为冷却液和冷媒循环提供动力的泵组，所述泵组包括第一泵5、第二泵11和第三泵10，所述第一泵5设置于加热器4与充电枪12之间的管路上，所述第二泵11设置于冷凝散热器2与热交换器3相连的管路上，所述第三泵10设置于供电模块7与热交换器3相连的管路上。所述泵组可以通过功能相同的现有的元器件代替，比如压缩机。
进一步，所述线组15包括电池充电线组16和电池控制信号线组17。
更进一步，所述控制器内设有遇到意外情况的报警装置(图中未示出)和自动断电装置(图中未示出)、安全保护装置(图中未示出)、计量装置(图中未示出)和人机交互装置(图中未示出)。
所述控制器控制供电模块为待充电的电池模组提供电力，并通过电池控制限号线组采集和控制电池模组共组，除此之外还为其他加热器、冷凝散热器和热交换器提供电力，并控制各个器件工作启停、探测、输入输出信号及参数调整。
热交换器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量交换给冷凝散热器。所述热交换器的数量可以是一组或者多组。
充电桩外壳1是用于安装和保护充电桩器件。冷凝散热器可以根据实际需求选择安装于充电桩外壳内部或者外部
冷凝散热器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量散发或储存。所述冷凝散热器的数量可以是一组或者多组。
充电时充电枪与充电枪组扣合相连；充电结束后充电枪拔出，断开与充电枪座连接，实现与充电电池分开；将冷却液枪从冷却液枪座中拔出，拔出时冷却液管自动封闭，防止冷却液外流。加热器功能是在低温状态，不能对电池组充电时，首先加热冷却液，通过第一泵循环，将电池温度提升到最佳可充电状态，保护电池，提高充电速度。
实施例1中充电枪和冷却液枪分离，是相互独立的两部分；由于现在充电桩在使用时，是人工操作充电枪，但是充电枪比较重，所以为了减轻充电枪的重量，减轻人工的劳动强度，本实施例中将充电枪和冷却液枪分离，充电枪和冷却液枪分别独立操作。
实施例2：如图7至图12所示：本实施例的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，包括供电模块7、充电枪12、充电枪座13、加热器4、热交换器3、冷凝散热器2、冷却液枪18、冷却液枪座19和用于安装零部件的壳体1，所述供电模块7内设有用于控制供电模块工作的控制器(图中未示出)，所述供电模块7分别通过线组15与充电枪12和冷却液枪18相连，所述充电枪座13与充电枪12扣合相连，且充电枪座13与待充电的电池模组6通过线组相连；所述冷却液枪18与冷却液枪座19扣合相连，且冷却液枪座19与待充电的电池模组6通过线组和冷却管道相连；所述供电模块7、冷凝散热器2和冷却液枪18分别通过冷却液管与热交换器3相连，所述加热器4设置于热交换器3与冷却液枪18的冷却液管的管路中且与热交换器3相并联。本发明的控制器并不涉及对现有控制程序的改进，对各个电器元件的控制为现有的已知程序。
所述冷却液枪18设置于充电枪12内，且与充电枪12一体形成；所述冷却液枪座19设置于充电枪座13内，且与充电枪座13一体形成。充电时充电枪与充电枪组扣合相连；充电结束后充电枪拔出，断开与充电枪座连接，实现与充电电池分开。拔出时冷却液管自动封闭，防止冷却液外流。加热器功能是在低温状态，不能对电池组充电时，首先加热冷却液，通过第一泵循环，将电池温度提升到最佳可充电状态，保护电池，提高充电速度。
为了便于控制加热器的工作，所述加热器4两端均安装有用于切换加热模式的电磁阀组14，分别为第一三通电磁阀和第二三通电磁阀。
为了防止充电枪在与充电枪座相配对时，充电枪旋转一定角度导致插接错误的发生，所述充电枪和充电枪座上设有相对应的用于使充电枪和充电枪座相对准的卡槽结构。
所述冷却液枪和冷却液枪座上设有相对应的用于使冷却液枪和冷却液枪座相对准的卡槽结构。冷却液枪和充电枪拥有不同的防插接结构，防止两枪互相差错。
优选的，还包括用于补充使用过程中冷却液的损失，防止冷却液过少的冷却液罐组，其包括第一冷却液罐9和第二冷却液罐8，所述第一冷却液罐9与供电模块7相连，所述第二冷却液罐8设置于加热器4与热交换器3相连的管路上。
优选的，还包括用于为冷却液和冷媒循环提供动力的泵组，所述泵组包括第一泵5、第二泵11和第三泵10，所述第一泵5设置于加热器4与充电枪12之间的管路上，所述第二泵11设置于冷凝散热器2与热交换器3相连的管路上，所述第三泵10设置于供电模块7与热交换器3相连的管路上。所述泵组可以通过功能相同的现有的元器件代替，比如压缩机。
进一步，所述线组15包括电池充电线组16和电池控制信号线组17。
更进一步，所述控制器内设有遇到意外情况的报警装置(图中未示出)和自动断电装置(图中未示出)、安全保护装置(图中未示出)、计量装置(图中未示出)和人机交互装置(图中未示出)。所述计量装置指充电量的统计。
所述控制器控制供电模块为待充电的电池模组提供电力，并通过电池控制限号线组采集和控制电池模组共组，除此之外还为其他加热器、冷凝散热器和热交换器提供电力，并控制各个器件工作启停、探测、输入输出信号及参数调整。
热交换器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量交换给冷凝散热器。所述热交换器的数量可以是一组或者多组。
充电桩外壳1是用于安装和保护充电桩器件。冷凝散热器可以根据实际需求选择安装于充电桩外壳内部或者外部
冷凝散热器是用于将电池组充电和供电模块充电时产生的热量散发或储存。所述冷凝散热器的数量可以是一组或者多组。
实施例2中充电枪与冷却液枪成为一体，此种方法有助于减少充电枪及枪座的占用面积，一次插接操作完成线组及冷却液管的连接，操作简便。
工作流程：以充电汽车为例，当充电汽车停靠在充电桩一侧，工作人员将充电枪12与车载的充电枪座13连接上；按下充电开关，如果气温较低，供电模块7的控制器控制电磁阀组14开关使加热器4与电池模组6冷却液接通，热交换器3与电池模组6冷却液断开，第一泵5开启，加热器4开始加热，从而实现加热器4和电池模组6的热量循环。待冷却液将电池模组6中电池加热到可充电温度时，加热器4停止加热，第一泵5关闭，完成电池模组6预热工作；如果气温较高，则此程序不需要进行。
下一步，电磁阀组14开关使热交换器3与电池模组6冷却液接通，加热器4与电池模组6冷却液断开。第一泵5、第二泵11、第三泵10全部开启；供电模块开始为充电枪供电，电池模组6由于内阻原因，释放出热量，热量经冷却液和第一泵5带入到热交换器3内，通过第二泵11将热量交换给冷凝散热器2。同时供电模块也散发出大量的热量，热量经冷却液和第三泵10带入到热交换器3内，通过第二泵11将热量交换给冷凝散热器2。
充电结束后控制电源模块控制供电模块停止为电池模组6，第一泵5、第二泵11、第三泵10停止工作；工作人员拔下充电枪12和冷却液枪18，充电工作完成。
充电控制：充电过程中，供电模块根据充电不同阶段调节充电电流和电压大小，保证顺利完成充电；遇到错误报警及时停止充电防止意外发生。
通过冷却液罐将充电电池单元冷却液引入到充电桩内，而充电桩体积和成本不受限制，能够为电池单元实现大功率制冷和散热，从而保证快速充电的实施。
此种带冷却系统和加热系统的快速充电桩具备以下特点：快速充电，充电时间相较传统充电桩提升80％以上，节省大量等待时间；充电枪和冷却液枪分离或一体的两种方式，给用户更多选择，选择适合自己的，使充电更加便捷；通过加热器可使充电所需温度在短时间内达到并快速启动充电；通过冷凝散热器和热交换器可对整个充电系统进行降温，并使充电过程中的温度始终控制在安全充电的标准范围内，实现快速安全充电。
表1：充电枪和充电枪座触头定义表
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于，包括供电模块(7)、充电枪(12)、充电枪座(13)、加热器(4)、热交换器(3)、冷凝散热器(2)、冷却液枪(18)、冷却液枪座(19)和用于安装零部件的壳体(1)，所述供电模块(7)内设有用于控制供电模块工作的控制器，所述供电模块(7)分别通过线组(15)与充电枪(12)和冷却液枪(18)相连，所述充电枪座(13)与充电枪(12)扣合相连，且充电枪座(13)与待充电的电池模组(6)通过线组相连；所述冷却液枪(18)与冷却液枪座(19)扣合相连，且冷却液枪座(19)与待充电的电池模组(6)通过线组和冷却管道相连；所述供电模块(7)、冷凝散热器(2)和冷却液枪(18)分别通过冷却液管与热交换器(3)相连，所述加热器(4)设置于热交换器(3)与冷却液枪(18)的冷却液管管路中且与热交换器(3)相并联；
还包括用于为冷却液和冷媒循环提供动力的泵组，所述泵组包括第一泵(5)、第二泵(11)和第三泵(10)，所述第一泵(5)设置于加热器(4)与充电枪(12)之间的管路上，所述第二泵(11)设置于冷凝散热器(2)与热交换器(3)相连的管路上，所述第三泵(10)设置于供电模块(7)与热交换器(3)相连的管路上。
2.根据权利要求1所述的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于：所述加热器(4)两端均安装有用于切换加热模式的电磁阀组(14)，分别为第一三通电磁阀和第二三通电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于：所述充电枪(12)和充电枪座(13)上设有相对应的用于使充电枪和充电枪座相对准的卡槽结构。
4.根据权利要求1所述的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于：还包括用于补充使用过程中冷却液的损失，防止冷却液过少的冷却液罐组，其包括第一冷却液罐(9)和第二冷却液罐(8)，所述第一冷却液罐(9)与供电模块(7)相连，所述第二冷却液罐(8)设置于加热器(4)与热交换器(3)相连的管路上。
5.根据权利要求1所述的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于：所述线组(15)包括电池充电线组(16)和电池控制信号线组(17)。
6.根据权利要求1所述的一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，其特征在于：所述冷却液枪(18)设置于充电枪(12)内，且与充电枪(12)一体形成；所述冷却液枪座(19)设置于充电枪座(13)内，且与充电枪座(13)一体形成。
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