CN107492922A - 一种充电模块及使用该充电模块的充电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种充电模块及使用该充电模块的充电机，充电模块包括模块壳体，模块壳体中设有用于实现充电功能的功率元器件，模块壳体中或模块壳体上设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，模块壳体为封闭壳体，封闭壳体中设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机。模块壳体为封闭结构，主要利用模块壳体中的液冷结构实现冷却散热，完全解决了户外灰尘对模块内部的元器件的影响，并且，利用模块壳体中的内风机实现模块壳体内部的空气流动，有效避免液冷结构所存在的容易出现散热不均的问题，改善充电模块的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电模块及使用该充电模块的充电机。
背景技术
为减少汽车尾气动环境的污染，国家大力倡导发展新能源汽车，而充电设施是新能源汽车发展的基础，目前，充电设备主要为直流充电设备，充电模块是直流电设备的核心，充电模块主要功能是进行AC/DC功率变换，在功率变换过程中会有部分能量损耗，其中损耗能量绝大部分转换为热量，热量持续积累会造成局部温度过高，进而影响充电模块的运行效率及寿命，严重者会导致模块死机，导致充电设备无法充电。而且，随着充电设备向着小型化、大功率方向发展，其功率密度将会越来越高，产生热量也越来越多。目前，充电机主要冷却方式为风冷，但风冷过程中会吸入外部环境杂物，对模块形成污染，对模块寿命有较大影响，因此充电模块的散热是一个越来越严重的问题。
在申请公布号为CN102299539A的发明专利申请中公开了一种车载水冷充电系统，其包括车载水冷充电机、冷却水箱及作为液体驱动部件的冷却水泵，车载水冷充电机通过相应管路与冷却水箱、冷却水泵连通，由冷却水泵驱动冷却水流动，将充电机中的热量带出并通过冷却水箱降温，进而实现对充电机的水冷操作。液冷方式所采用的冷水管道通常位于充电机内，属于封闭的散热方式，与开放的风冷方式箱壁，液冷方式的散热效率高，安全性好。但是，液冷散热的方式也存在局限性，其散热冷却性能完全依赖于冷却水道的布置，靠近冷却水道的地方冷却效果相对较好，远离冷却水道的地方冷却效果相对较差，这就容易在封闭的环境内出现散热不均、局部过热的问题，特别是将这种液冷方式应用在功率元器件结构复杂的充电模块中时，冷却水道无法对应功率元器件均布，导致容易功率元器件的远离冷却水道的地方容易出现局部过热，无法保证对充电模块的有效散热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电模块，以解决现有技术中液冷散热的充电模块容易出现局部过热的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述充电模块的充电机。
为实现上述目的，本发明所提供的充电模块的技术方案1：一种充电模块，包括模块壳体，模块壳体中设有用于实现充电功能的功率元器件，模块壳体中或模块壳体上设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，模块壳体为封闭壳体，封闭壳体中设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机。
本发明所提供的充电模块中，模块壳体为封闭结构，主要利用模块壳体中的液冷结构实现冷却散热，实现全封闭条件下的散热，完全解决了户外灰尘对模块内部的元器件的影响，并且，利用模块壳体中的内风机实现模块壳体内部的空气流动，有效避免液冷结构所存在的容易出现散热不均的问题，利用封闭条件下的液冷和风冷相配合的方式，实现对充电模块的有效冷却散热，可有效控制充电模块内部的温度，保证充电模块的正常工作，延长其使用寿命。
本发明所提供的充电模块的技术方案2：作为对上述充电模块技术方案1的进一步地改进，所述功率元器件包括至少一个功率模组，功率模组具有至少一个功率板，液冷结构包括模块壳体中设有的与所述功率板对应绝缘导热地贴合装配在一起的液冷板，液冷板上设有供冷却液流过的液冷通道。利用液冷板有效的贴合固定在功率板上，提高对功率板的液冷效果。
本发明所提供的充电模块的技术方案3：作为对上述充电模块技术方案2的进一步地改进，所述功率元器件包括至少两个并列布置的功率模组，每个功率模组包括至少两个并列布置的功率板，各功率板连同固定在该功率板上的液冷板形成功率板单元，相邻功率模组和/或各功率模组中的相邻功率板单元间隔布置以在所述模块壳体中形成循环风道，所述内风机正对所述循环风道布置。利用设置有的循环风道有效提高风冷效果。
本发明所提供的充电模块的技术方案4：作为对上述充电模块技术方案6的进一步地改进，各功率模组分别具有两个功率板，每个功率板上分别固定设置有一个所述的液冷板，对应同一功率模组中的两功率板的两液冷板设置在相应两功率板的内侧。
本发明所提供的充电模块的技术方案5：作为对上述充电模块技术方案2或3或4的进一步地改进，所述功率板上设有若干MOS管，固定在功率板上的相应液冷板对应各MOS管的位置处设有与MOS管绝缘紧贴配合的凸起部，各MOS管和相应的凸起部上夹装有用于使两者贴紧的U形卡。
本发明所提供的充电模块的技术方案6：作为对上述充电模块技术方案5的进一步地改进，所述各MOS管与相应的贴合部之间设有绝缘导热布。
本发明所提供的充电模块的技术方案7：作为对上述充电模块技术方案2或3或4的进一步地改进，所述功率板上的发热件与所述液冷板之间设有绝缘导热贴。
本发明所提供的使用上述充电模块的充电机的技术方案1：一种充电机，包括至少两个充电模块，各充电模块分别包括模块壳体，模块壳体中设有用于实现充电功能的功率元器件，模块壳体中或模块壳体上设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，模块壳体为封闭壳体，封闭壳体中设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机。
本发明所提供的充电机的技术方案2：作为对上述充电机技术方案1的进一步地改进，所述功率元器件包括至少一个功率模组，功率模组具有至少一个功率板，液冷结构包括模块壳体中设有的与所述功率板对应绝缘导热地贴合装配在一起的液冷板，液冷板上设有供冷却液流过的液冷通道。
本发明所提供的充电机的技术方案3：作为对上述充电机技术方案2的进一步地改进，所述功率元器件包括至少两个并列布置的功率模组，每个功率模组包括至少两个并列布置的功率板，各功率板连同固定在该功率板上的液冷板形成功率板单元，相邻功率模组和/或各功率模组中的相邻功率板单元间隔布置以在所述模块壳体中形成循环风道，所述内风机正对所述循环风道布置。
本发明所提供的充电机的技术方案4：作为对上述充电机技术方案6的进一步地改进，各功率模组分别具有两个功率板，每个功率板上分别固定设置有一个所述的液冷板，对应同一功率模组中的两功率板的两液冷板设置在相应两功率板的内侧。
本发明所提供的充电机的技术方案5：作为对上述充电机技术方案2或3或4的进一步地改进，所述功率板上设有若干MOS管，固定在功率板上的相应液冷板对应各MOS管的位置处设有与MOS管绝缘紧贴配合的凸起部，各MOS管和相应的凸起部上夹装有用于使两者贴紧的U形卡。
本发明所提供的充电机的技术方案6：作为对上述充电机技术方案5的进一步地改进，所述各MOS管与相应的贴合部之间设有绝缘导热布。
本发明所提供的充电机的技术方案7：作为对上述充电机技术方案2或3或4的进一步地改进，所述功率板上的发热件与所述液冷板之间设有绝缘导热贴。
本发明所提供的充电机的技术方案8：作为对上述充电机技术方案1或2或3或4的进一步地改进，所述至少两个充电模块沿上下方向依次布置，每个充电模块的后端设有与该充电模块内部的液冷结构对应连通的进液接头和出液接头，各充电模块的进液接头均连接在主进液管上、出液接头均连接在主回液管上，主进液管和主回液管通过水冷散热器、水箱及水泵连通以形成液冷循环冷却回路，水冷散热器上设有散热风扇。
附图说明
图1为本发明所提供的充电机的一种实施例的结构示意图；
图2为图1所示充电机去除水冷散热器的壳体后的结构示意图；
图3为图1所示充电机的液冷系统工作原理图；
图4为图1中充电模块的结构示意图（去除模块壳体的上盖）；
图5为图4所示充电模块的右侧示意图；
图6为图4所示充电模块的左侧示意图；
图7为图4所示充电模块的循环风道示意图（箭头表示冷却风流动方向）；
图8为功率模组中的第一功率板单元的结构示意图；
图9为图8所示第一功率板单元的左侧示意图；
图10为图8所示第一功率板单元的右侧示意图；
图11为图8中第一液冷板的结构示意图；
图12为图11所示第一液冷板的左侧示意图；
图13为功率模组中的第二功率板单元的结构示意图；
图14为图13中A-A剖视图；
图15为图13所示第二功率板单元的背面视图；
图16为图13中第二液冷板的结构示意图；
图17为图16所示第二液冷板的左侧示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但并不以此为限。
本发明所提供的充电机的具体实施例，如图1至图17所示，该实施例中的充电机的整体结构如图1和图2所示，充电机包括机架100，机架100上设有沿上下方向依次布置的多个充电模块1，每个充电模块1的后端分别设有与该充电模块中的液冷结构对应连通的进液接头15和出液接头14，此处的进液接头15和出液接头14优选地采用水路快插连接器，对应的，充电模块1的后端还设有接线端子13。为方便安装连接，同时，提高对各模块的液冷效果，在机架100的顶部设有集中的水冷散热器200，水冷散热器200上设有散热风扇，以保证水冷散热器的散热效果。使用时，通过主进液管300和主回液管400将各充电模块1的液冷结构与水冷散热器200对应连通，各充电模块1的进液接头15均连接在主进液管300上、出液接头14均连接在主回液管400上，上述的主进液管和主回液管通过水冷散热器200、水箱500及水泵600连通以形成液冷循环冷却回路，充电机的整个液冷系统工作原理如图3所示，利用主进液管300和主回液管400可实现集中快速冷却，充电模块形成各自独立的单元可直接安装在主进液管和主回液管上，安装、更换较为方便。
另外，如图3所示，对应液冷系统还配置有相应的监控系统700，监控系统700主要用于监控散热风扇是否故障、水箱液位是否正常，为保证整个液冷系统的正常工作。
充电机的各充电模块1的结构基本相同，如图4至图17所示，充电模块具体包括模块壳体10，模块壳体10具体为封闭壳体，形成封闭的安装腔，安装腔中固设有用于实现充电功能的功率元器件，在安装腔中还设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，而且，在封闭壳体中还设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机16。
模块壳体10为封闭结构，主要利用模块壳体中的液冷结构实现冷却散热，实现全封闭条件下的散热，完全解决了户外灰尘对模块内部的元器件的影响，并且，利用模块壳体中的内风机实现模块壳体内部的空气流动，有效避免液冷结构所存在的容易出现散热不均的问题，利用封闭条件下的液冷和风冷相配合的方式，实现对充电模块的有效冷却散热，可有效控制充电模块内部的温度，保证充电模块的正常工作，延长其使用寿命。
如图4、图5和图6所示，具体来讲，模块壳体10中的功率元器件包括并列布置的两个功率模组，即第一功率模组101和第二功率模组102，每个功率模组均包括两个并列布置的功率板，即第一功率板11和第二功率板21，两功率板具体均为功率PCB板，其上设有相应的发热件如电感、电容等，每个功率板均通过螺钉直接固定安装在模块壳体中。
如图11、图12、图16及图17所示，液冷结构具体包括与各功率板对应绝缘导热地贴合装配在一起的液冷板，每个功率板均配置有一个液冷板，对应每个功率模组来讲，第一液冷板12固定在第一功率板11上以形成第一功率板单元，第二液冷板22固定在第二功率板21上以形成第二功率板单元，在液冷板上设有供冷却液流过的液冷通道。
本实施例中，对应每个功率模组来讲，对应同一功率模组中的两功率板的两液冷板设置在相应两功率板的内侧，这样方便实现液冷板与模块壳体上的进液接头和回液接头的连接布置。具体来说，在功率板和液冷板上设有对应贯通的螺钉安装孔，如图15所示，在第二功率板上设有相应的螺钉安装孔210，安装时，使用穿过上述螺钉安装孔中的紧固螺钉实现功率板和液冷板的固定装配以实现液冷板和功率板之间的压紧贴合效果，保证有效的液冷散热。
另外，为满足有效贴合以及提高散热效果，对应功率板上的元器件的位置布置，将液冷板的边沿设计成相应的阶梯结构，如图11所示的第一液冷板12上的第一阶梯结构121以及如图16所示的第二液冷板22上的第二阶梯结构221。而且，在功率板上的发热件与相应的液冷板之间设有绝缘导热贴，具体使用时，可将绝缘导热贴粘贴在液冷板上，利用液冷板和功率板的固定装配，使发热件与相应的绝缘导热贴压紧贴合。
并且，在每个功率板上分别设有若干个MOS管，如图9和图14所示的两功率板上的MOS管5，固定在功率板上的相应液冷板对应各MOS管的位置处设有与MOS管5绝缘紧贴配合的凸起部，如图9、图12和图14、图17所示的相应液冷板上的凸起部7，本实施例中，具体在各MOS管与相应的贴合部之间设有绝缘导热布。
另外，为保证各MOS管和相应的凸起部的紧贴程度，各MOS管和相应的凸起部上夹装有用于使两者贴紧的U形卡，如图9和图14中的U形卡8，其可用弹性钢丝制成。本实施例中，具体在液冷板上于相应的凸起部两侧设有穿孔，如图11所示的第一液冷板上的第一穿孔122和图16所示的第二液冷板22上的第二穿孔222，将液冷板朝向功率板的方向定义为正面，从背面经申述穿孔传入的U形卡的卡装在各MOS管5和相应的凸起部7上以使两者贴紧，U形卡8的两个弹性臂中的一个弹性臂压紧在相应的MOS管上、另一个弹性臂则压紧在相应的凸起部上。为提高散热效果，可在凸起部中设有相应的冷却液流道。
如图7所示，本实施例中，在同一功率模组的间隔布置的两相邻功率板单元之间形成中间循环风道161，两个功率模组的中间循环风道161与两功率模组的两端部和模块壳体之间形成的端部风道162连通，上述的内风机16正对中间循环风道布置，以提高风冷效果。
使用时，由水泵600将水箱500中的冷却水泵入主进液管300中，通过主进液管300将冷却液送入各充电模块1中，流过充电模块内部的液冷结构的冷却液将功率元器件上散热的热量带走，实现液冷散热。同时，利用内风机16，迫使封闭的模块壳体内部的气体流动起来，形成风冷散热，有效避免局部散热不均的问题。利用水冷和风冷的配合，有效提高散热效果，进而可有效控制充电模块的整体温度。
本实施例中，充电机中包括多个沿上下方向依次布置的充电模块。在其他实施例中，充电机中的充电模块也可根据实际情况布置布置至少两个，充电模块可根据实际需要布置。
在本实施例中，利用主进液管和主回液管实现冷却液的流通，方便集中布线。在其他实施例中，也可分别设置相应的管道回路来实现对冷却液的回流冷却处理。当然，如果充电模块较少的话，也可以省去集中式的水冷散热器，而是对应每个充电模块分别设置相应的半导体制冷结构，来实现对液冷结构中的冷却液的散热冷却，半导体制冷结构可参见授权公告号为CN205946492U的实用新型专利中所公开的水冷型散热模组中的相应结构，在此不再赘述。
本实施例中，模块壳体中的功率元器件包括功率模组，功率模组具体包括功率板。在其他实施例中，功率元器件也可采用其他形式的元器件结构及安装方式，但是，只要在封闭的模块壳体中或者上在模块壳体上设有相应的液冷结构，并封闭的模块壳体中设置相应的内风机，利用水冷和风冷相配合的方式实现散热，就应当落入本发明的保护范围内。
本实施例中，液冷结构设在模块壳体中，方便贴合在功率板上的液冷板的固定安装。在其他实施例中，如果功率元器件采用其他结构，液冷结构也可根据实际结构需要设计在模块壳体中或者直接在模块壳体上设置相应的液冷结构。
本实施例中，同一功率模组的相邻两功率板单元可形成循环风道，在其他实施例中，也可以使两功率模组间隔布置以形成相应的循环风道，只要风道可循环以利用风冷散热即可。
本发明还提供一种充电模块的实施例，该实施例中的充电模块的结构与上述充电机实施例中的充电模块的结构相同，在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种充电模块，包括模块壳体，模块壳体中设有用于实现充电功能的功率元器件，模块壳体中或模块壳体上设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，其特征在于：模块壳体为封闭壳体，封闭壳体中设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机。
2.根据权利要求1所述的充电模块，其特征在于：所述功率元器件包括至少一个功率模组，功率模组具有至少一个功率板，液冷结构包括模块壳体中设有的与所述功率板对应绝缘导热地贴合装配在一起的液冷板，液冷板上设有供冷却液流过的液冷通道。
3.根据权利要求2所述的充电模块，其特征在于：所述功率元器件包括至少两个并列布置的功率模组，每个功率模组包括至少两个并列布置的功率板，各功率板连同固定在该功率板上的液冷板形成功率板单元，相邻功率模组和/或各功率模组中的相邻功率板单元间隔布置以在所述模块壳体中形成循环风道，所述内风机正对所述循环风道布置。
4.根据权利要求3所述的充电模块，其特征在于：各功率模组分别具有两个功率板，每个功率板上分别固定设置有一个所述的液冷板，对应同一功率模组中的两功率板的两液冷板设置在相应两功率板的内侧。
5.根据权利要求2或3或4所述的充电模块，其特征在于：所述功率板上设有若干MOS管，固定在功率板上的相应液冷板对应各MOS管的位置处设有与MOS管绝缘紧贴配合的凸起部，各MOS管和相应的凸起部上夹装有用于使两者贴紧的U形卡。
6.根据权利要求5所述的充电模块，其特征在于：所述各MOS管与相应的贴合部之间设有绝缘导热布。
7.根据权利要求2或3或4所述的充电模块，其特征在于：所述功率板上的发热件与所述液冷板之间设有绝缘导热贴。
8.一种充电机，包括至少两个充电模块，各充电模块分别包括模块壳体，模块壳体中设有用于实现充电功能的功率元器件，模块壳体中或模块壳体上设有用于对功率元器件进行液冷散热的液冷结构，其特征在于：模块壳体为封闭壳体，封闭壳体中设有用于对功率元器件进行风冷散热的内风机。
9.根据权利要求8所述的充电机，其特征在于：所述功率元器件包括至少一个功率模组，功率模组具有至少一个功率板，液冷结构包括模块壳体中设有的与所述功率板对应绝缘导热地贴合装配在一起的液冷板，液冷板上设有供冷却液流过的液冷通道。
10.根据权利要求9所述的充电机，其特征在于：所述功率元器件包括至少两个并列布置的功率模组，每个功率模组包括至少两个并列布置的功率板，各功率板连同固定在该功率板上的液冷板形成功率板单元，相邻功率模组和/或各功率模组中的相邻功率板单元间隔布置以在所述模块壳体中形成循环风道，所述内风机正对所述循环风道布置。
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