CN107750113A - 散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器 - Google Patents

散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器，在散热控制方法中，监控单元进行以下步骤：步骤S10.通过与电动汽车的BMS模块通信获取充电机应输出的实际功率值；步骤S20.将实际功率值按照充电机内功率模块的数量进行均分，并控制每个功率模块按均值输出功率；步骤S30.根据均值确定外风机的转速值，以使转速值与实际功率值或均值正相关；步骤S40.根据所确定的转速值调节外风机的转速。实施本发明的技术方案，外风机可根据功率均分后的实际功率来调速运行，从而提高风道利用率、增长风机使用寿命、降低系统运行功耗。

Description

散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种充电机机柜的散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器。
背景技术
随着电动汽车的电池容量增大、充电速率增快，大功率直流充电机将成为市场的核心诉求，如何加大功率密度、提高系统散热效率成为行业内研究的新课题。从维护性、可靠性、成本等方面考虑，强迫风冷仍然是行业内采用的主流散热方案。强迫风冷散热系统中的风道、外风机、布局也成为了重点研究方向；从扩容、维护、成本、兼容方面考虑，直流充电行业内均采用内置AC/DC功率模块的系统集成方案，所以模块逻辑控制也成为散热系统设计的关键。
目前，市场上主流充电机的内部结构布局如图1所示，机柜底部的左右两侧进风，由功率模块的内置风机将其吸入到功率模块内部，然后通过机柜顶部的外风机将功率模块的出风送到机柜外，实现机柜的散热需求。对于作为充电机散热设备的外风机，其控制逻辑为：当电动汽车的BMS模块的充电需求功率小于一个功率模块的最大输出功率时，系统中只有一个功率模块(例如功率模块①)工作，其它三个功率模块处于待机状态；当BMS模块的充电需求功率大于一个功率模块的最大输出功率而小于两个功率模块的最大输出功率之和时，系统中只有两个功率模块(例如功率模块①、②)工作，其它两个功率模块处于待机状态，以此类推，即，BMS模块的充电需求功率较小时，仅有部分功率模块输出充电功率，其余三个功率模块皆处于待机状态。下面以只有功率模块①输出充电功率，其余三个功率模块皆处于待机状态的工况为例，来说明这种逻辑控制方法的弊端：
1.风道利用率低：仅功率模块①的内部风道实现了散热的功能，其余三个功率模块的内部风道皆处于无用状态，未能充分发挥所有风道的功能；
2.系统运行功耗大：为了确保功率模块①的散热需求，机柜顶部的直流风机将处于高速运行状态，如功率模块①的输出功率为满载，则此时外风机将满速运行，使得系统运行功耗增加，增大了客户的运营成本；
3.风机实际使用寿命短：由于外风机长期处于高速或满速运行状态，该外风机的实际使用寿命将大幅缩短，增大了客户的维护成本；
4.功率模块实际平均寿命短：由于每个功率模块使用频率不均等(功率模块①长期处于工作状态，工作时间远高于其它功率模块)，造成部分功率模块的寿命远低于平均寿命，致使充电机系统的故障率升高，可靠性需求急剧下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述存在风道利用率低、风机使用寿命短、系统运行功耗高等问题，提供一种充电机机柜的散热控制方法、充电机及其监控单元、存储器，能提高风道利用率、延长风机使用寿命、降低系统运行功耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种充电机机柜的散热控制方法，监控单元进行以下步骤：
步骤S10.通过与电动汽车的BMS模块通信获取充电机应输出的实际功率值；
步骤S20.将所述实际功率值按照充电机内功率模块的数量进行均分，并控制每个功率模块按均值输出功率；
步骤S30.根据所述均值确定外风机的转速值，以使所述转速值与所述实际功率值或所述均值正相关；
步骤S40.根据所确定的转速值调节所述外风机的转速。
优选地，在所述步骤S30中，根据以下公式确定外风机的转速值：
N＝Nmin+Pout/(n*Pmax)*Nmax，
其中，N为外风机的转速值，Nmin为外风机的最小转速，Nmax为外风机的最大转速，Pout为充电机应输出的实际功率值，n为功率模块的数量，Pmax为功率模块的最大输出功率。
优选地，所述外风机的最大转速为100％N满，所述外风机的最小转速为10％N满，其中，N满为外风机满功率输出时的转速。
本发明还构造一种存储器，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的方法。
本发明还构造一种充电机的监控单元，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序并实现权以上所述的方法。
本发明还构造一种充电机，包括机柜及设置在机柜内的外风机及多个功率模块，所述充电机还包括以上所述的监控单元。
优选地，所述外风机为直流调速风机。
优选地，所述多个功率模块依次竖置在机柜底部，所述外风机设置在机柜顶部。
优选地，所述多个功率模块依次横置在所述机柜的一侧，所述外风机设置在所述机柜的另一侧。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：
1.风道利用率高：当确定了充电机应输出的实际功率值后，该实际功率值会平均分配到充电机内所有的功率模块，所以，所有功率模块的内部风道均处于工作状态，充分发挥所有风道的功能；
2.充电机的运行功耗低：由于外风机的转速与实际功率值或均值正相关，所以，外风机可根据实际散热需求调节转速，减小了充电机的运行功耗，降低了客户的运营成本；
3.外风机实际使用寿命长：由于外风机可根据实际散热需求调节转速，并非长期处于高速或满速运行状态，因此，外风机的实际使用寿命将大幅提高，减小了客户的维护成本；
4.功率模块的实际平均寿命长：由于每个功率模块的使用频率相当，不会因部分功率模块的频繁使用而导致其寿命远低于平均寿命，因此，减小了功率模块的故障率，提升了充电机的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是现有技术充电机实施例一的结构示意图；
图2是本发明充电机机柜的散热控制方法实施例一的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是本发明充电机机柜的散热控制方法实施例一的流程图，在该实施例中，监控单元进行以下步骤：
步骤S10.通过与电动汽车的BMS模块通信获取充电机应输出的实际功率值；
在该步骤中，需说明的是，充电机在接收到开始充电的指令后，其监控单元开始与电动汽车的BMS模块进行通讯，从而可获取BMS模块的需求功率。然后，将该需求功率与充电机的最大输出功率(各个功率模块的最大输出功率之和)进行比较：若BMS模块的需求功率大于充电机的最大输出功率，则充电机应满载输出，即，各个功率模块均按最大输出功率输出；若BMS模块的需求功率小于充电机的最大输出功率，则充电机应输出的实际功率值为需求功率。
步骤S20.将实际功率值按照充电机内功率模块的数量进行均分，并控制每个功率模块按均值输出功率；
在该步骤中，首先需说明的是，每个功率模块内均设置一内置风机，通过功率模块的内部风道将功率模块内的热量排出到功率模块的外部，实现功率模块的散热。当确定了充电机应输出的实际功率值之后，可将该实际功率值除以功率模块的数量，以获取每个功率模块应输出的功率均值，并控制每个功率模块按均值输出功率。另外，内置风机由其对应的功率模块自行控制，控制逻辑例如为：功率模块输出的功率越大，内置风机的转速越高，呈现正比例关系。
步骤S30.根据均值确定外风机的转速值，以使转速值与实际功率值或均值正相关；
在该步骤中，外风机的主要作用是将机柜内各个功率模块排出的热量排出到外环境中。另外，该外风机为可调速风机，例如为直流调速风机，而且，该外风机的转速与充电机的实际功率值或均值正相关，即，充电机应输出的实际功率值越大，外风机的转速越高；充电机应输出的实际功率值越小，外风机的转速越低。
步骤S40.根据所确定的转速值调节外风机的转速。
实施该实施例的技术方案，在确定了充电机应输出的实际功率值后，由于将充电机应输出的实际功率值平均分配给每个功率模块，各个功率模块的运行工况相同，功耗及内部风道相当，所以，风道的利用率相比仅开启部分功率模块的情况较高，功率模块的实际平均寿命较长。另外，根据该每个功率的均值确定外风机的转速值，且该转速值与实际功率值或均值正相关，然后根据所确定的转速值调节外风机的转速，这样，外风机便可根据实际散热需求来进行调速运行，当充电机内每个功率模块应输出的均值功率较大时，散热需求较大，外风机的转速相应地就较高；当充电机内每个功率模块应输出的均值功率较小时，散热需求较小，外风机的转速相应地就较低。因此，可减小充电机的运行功耗，延长外风机的寿命。
在一个优选实施例中，在所述步骤S30中，根据公式1确定外风机的转速值：
N＝Nmin+Pout/(n*Pmax)*Nmax，公式1
其中，N为外风机的转速值，Nmin为外风机的最小转速，Nmax为外风机的最大转速，Pout为充电机应输出的实际功率值，n为功率模块的数量，Pmax为功率模块的最大输出功率，其中，Poutt/n即为均值。例如，在一个具体实施例中，Nmax＝100％N满，Nmin＝10％N满，其中，N满为外风机满功率输出时的转速，即外风机满速运行。
下面以一个实施例来说明充电机机柜内的外风机的控制逻辑：结合图1，若功率模块的数量为四个，每个功率模块的最大输出功率为20kW，启动充电时，电动汽车BMS模块的需求功率为20kW，外风机的最小转速为10％N满、最大转速为100％N满。启动充电前，监控单元与电动汽车的BMS模块进行通讯，获取充电机应输出的实际功率值为20kW。按功率模块均分控制的策略，监控单元控制每个功率模块的实际输出功率为5kW。按外风机调速控制的策略，根据公式1可得，N＝10％N满+20/(4*20)*100％N满＝35％N满，监控单元控制外风机的转速为35％N满。该实施例相比于仅一个功率模块(例如功率模块①)满功率输出，其余功率模块皆处于待机状态，外风机满速运行的情况，功率模块①由满载运行状态优化为25％满载运行状态，且外风机由100％满速运行状态优化为35％满速运行状态，因此，具有以下有益效果：
1.风道利用率高：四个功率模块的内部风道均处于工作状态，充分发挥所有风道的功能；
2.充电机的运行功耗低：外风机可根据实际散热需求调节转速，减小了充电机的运行功耗，降低了客户的运营成本；
3.外风机实际使用寿命长：由于外风机可根据实际散热需求调节转速，并非长期处于高速或满速运行状态，因此，外风机的实际使用寿命将大幅提高，减小了客户的维护成本；
4.功率模块的实际平均寿命长：由于每个功率模块的使用频率相当，不会因部分功率模块的频繁使用而导致其寿命远低于平均寿命，因此，减小了功率模块的故障率，提升了充电机的可靠性。
本发明还构造一种存储器，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上实施例的方法。
本发明还构造一种充电机的监控单元，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序并实现以上实施例的方法。
本发明还构造一种充电机，包括机柜及设置在机柜内的外风机、监控单元及多个功率模块，其中，监控单元为上述实施例的监控单元。优选地，外风机为直流调速风机。
在一个具体实施例中，多个功率模块依次竖置在机柜底部，外风机设置在机柜顶部。在该实施例中，机柜底部的左右两侧进风，由功率模块的内置风机将其吸入到功率模块内部，然后通过机柜顶部的外风机将功率模块出风送到机柜外，实现系统的散热需求。
在另一个具体实施例中，多个功率模块依次横置在机柜的一侧，例如，左侧，外风机设置在机柜的另一侧，例如，右侧。在该实施例中，机柜的一侧进风，由功率模块的内置风机将其吸入到功率模块内部，然后通过机柜另一侧的外风机将功率模块出风送到机柜外，实现系统的散热需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种充电机机柜的散热控制方法，其特征在于，监控单元进行以下步骤：
步骤S10.通过与电动汽车的BMS模块通信获取充电机应输出的实际功率值；
步骤S20.将所述实际功率值按照充电机内功率模块的数量进行均分，并控制每个功率模块按均值输出功率；
步骤S30.根据所述均值确定外风机的转速值，以使所述转速值与所述实际功率值或所述均值正相关；
步骤S40.根据所确定的转速值调节所述外风机的转速。
2.根据权利要求1所述的充电机机柜的散热控制方法，其特征在于，在所述步骤S30中，根据以下公式确定外风机的转速值：
N＝Nmin+Pout/(n*Pmax)*Nmax，
其中，N为外风机的转速值，Nmin为外风机的最小转速，Nmax为外风机的最大转速，Pout为充电机应输出的实际功率值，n为功率模块的数量，Pmax为功率模块的最大输出功率。
3.根据权利要求2所述的充电机机柜的散热控制方法，其特征在于，所述外风机的最大转速为100％N满，所述外风机的最小转速为10％N满，其中，N满为外风机满功率输出时的转速。
4.一种存储器，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任意一项所述的方法。
5.一种充电机的监控单元，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序并实现权利要求1-3中任意一项所述的方法。
6.一种充电机，包括机柜及设置在机柜内的外风机及多个功率模块，其特征在于，所述充电机还包括权利要求5所述的监控单元。
7.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述外风机为直流调速风机。
8.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述多个功率模块依次竖置在机柜底部，所述外风机设置在机柜顶部。
9.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述多个功率模块依次横置在所述机柜的一侧，所述外风机设置在所述机柜的另一侧。
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