CN109302834A - 一种液冷循环直流充电桩系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液冷循环直流充电桩系统，解决了现有装置体积大、效率低、噪声大的问题。所述系统包含液冷循环装置、充电模块、监控模块。监控模块用于监测所述充电模块的功率和所述液冷循环装置的温度、控制通断液冷循环装置中的冷却液、调节冷却液的流量；充电模块用于为电动汽车充电；液冷循环装置用于输送和回流冷却液、通过冷却液散热对充电模块制冷。所述监控模块监控充电模块，反馈调节液冷循环装置工作。本申请的系统具有制冷效率高、节约能源、有效防止液体造成的腐蚀、有效降低噪音、有效降低装置体积、提高功率密度的优点。

Description

一种液冷循环直流充电桩系统

技术领域

本申请涉及电动汽车充电设备技术领域，具体涉及液冷循环系统的直流充电桩。

背景技术

充电模块电源是直流充电桩的核心部件，也是主要的发热源，高温会导致元器件性能改变甚至失效，从而导致整个直流充电桩故障。高功率密度的大功率小体积必然导致产生的热量更集中更难散热。充电模块是高集成的电力电子模块，传统的风冷散热无法保证完全密封，灰尘小颗粒物进入模块会影响产品寿命。大量风扇的使用也会产生噪音。风扇寿命也制约系统的稳定性，因此研发更高效的散热方式，更封闭的密封环境，更小的噪音，更长的使用寿命，更具可靠性的直流充电桩是迫切需要的。

发明内容

本发明提供一种液冷循环直流充电桩系统，解决了现在装置体积大、效率低、噪声大的问题。

本申请实施例提出的一种液冷循环直流充电桩系统，包含：液冷循环装置、充电模块、监控模块。所述监控模块，用于监测所述充电模块的功率和所述液冷循环装置的温度，控制通断液冷循环装置中的冷却液，调节冷却液的流量。所述充电模块，包含发热器件，用于电动车充电；所述液冷循环装置，用于输送和回流冷却液、通过冷却液散热对充电模块中的发热器件和或敏感部位制冷。

进一步地，所述液冷循环装置包含箱体、电泵、流速阀、液冷模块、热交换模块。所述箱体用于储存冷却液。所述电泵，用于从箱体中吸出冷却液，注入所述流速阀。所述流速阀，用于控制进入液冷模块的冷却液流量。所述液冷模块，用于将冷却液输送到充电模块的发热点，为充电模块液冷散热。所述热交换模块包含热交换散热器、热交换散热风扇，用于为从液冷模块流出的冷却液降温。降温后的冷却液流入所述箱体。

进一步地，所述监控模块包含采集模块、控制模块。所述采集模块，用于采集液冷循环装置的温度数据。所述控制模块，用于根据所述采集模块提供的数据，控制通断液冷循环装置中电泵，控制流速阀流量。

进一步地，所述液冷循环装置可存在多个液冷模块，共用一个箱体和电泵。用同步分流阀向所述多个液冷模块平均分流冷却液。

优选地，所述存储冷却液的箱体为不锈钢板材，上置加液口、排液口、液位显示计和液位报警器。

优选地，所述冷却液最低承受温度-35℃，最高承受温度108℃。

优选地，所述液冷循环装置中的各个模块部件之间的管道接头均为不锈钢材料。

优选地，所述液冷模块的外壳采用搅拌摩擦焊工艺一体冷板，经过压力气密测试，无水道夹杂和裂纹测试。

进一步地，所述液冷模块的内部包含输送冷却液的管道。优选地，所述热交换散热器采用整体铝结构。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：所述监控模块监控充电模块数据，根据充电模块数据反馈调节液冷循环装置工作，使液冷循环装置工作效率与充电模块的充电功率匹配，提高制冷效率，节约能源。所述旋转式自吸电泵、同步分流阀、管道接头均采用不锈钢，有效防止液体造成的腐蚀。本发明构成的直流充电桩液冷循环系统，液冷冷却方式液体的换热系数更高，表面热流密度更高，单位体积的导热能力更好，体积更加小巧，功率密度可以做到更高，全铝整体液冷基板采用搅拌摩擦焊工艺一体冷板接触热阻和扩散热阻更小，热传递阻力更小，可以完全密封，防护等级更高，模块没有风冷风扇，噪音更小，使用寿命更长，发热器件升温更小，产品可靠性更高。所述散热模块体积小，可以有效降低装置体积，提高功率密度

附图说明

图1为液冷循环直流充电桩系统的实施例示意图；

图2为液冷循环直流充电桩系统的液冷循环装置实施例结构图；

图3为液冷循环直流充电桩系统的监控模块实施例示意；

图4为液冷模块实施例立体图；

图5为液冷模块实施例剖面图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请的具体实施方式。

图1为液冷循环直流充电桩系统的实施例示意图。

本实施例提出的一种液冷循环直流充电桩系统，包含：液冷循环装置102、充电模块100、监控模块101。所述监控模块，用于监测所述充电模块的功率和所述液冷循环装置的温度、控制通断液冷循环装置中的冷却液、调节冷却液的流量。所述充电模块，包含发热器件，用于电动车充电。所述液冷循环装置，用于输送和回流冷却液、通过冷却液散热对充电模块中的发热器件和或敏感部位制冷。

所述充电模块，可以是电动汽车充电桩，也可以是电动自行车充电桩，这里不做特别限定。

所述发热器件，是指在充电过程中将电能转化为热损耗导致温升的器件，主要包括充电模块中的电源和电感部件。

所述敏感部位，是指在温升超过门限时造成功能降级的电路部位。所述敏感部位，例如包括功率开关器件、整流变压器、电抗器绝缘绕组、与半导体器件连接处、塑料绝缘线等。

图2为液冷循环直流充电桩系统的液冷循环装置实施例结构图。

本实施例中的液冷循环装置，用于完成为冷却液输送、充电模块制冷、冷却液散热、冷却液回流。装置包含箱体108、旋转式自吸电泵106、流速阀107、液冷模块110、热交换模块113。所述箱体，用于储存冷却液。所述旋转式自吸电泵，用于将冷却液从箱体中吸出注入同步分流阀。所述流速阀，用于控制进入液冷模块的冷却液流量。所述液冷模块，用于将冷却液输送到充电模块的发热点，为充电模块液冷散热。所述热交换模块包含热交换散热器111、热交换散热风扇112，用于为从液冷模块流出的冷却液降温。降温后的冷却液流入所述箱体。

本发明实施例提供的液冷循环装置包含同步分流阀109。所述同步分流阀，用于将流入的冷却液平均分流至多个液冷模块，便于多个液冷模块共用一个箱体和电泵。用同步分流阀调节多个液冷模块保证进入充电模块的流量一致性。

例如，一种液冷循环装置在工作时，储存冷却液的箱体内预灌防冻冷却液，插入箱体中的旋转式自吸电泵经吸入口吸入冷却液，经过同步分流阀分流后进入液冷充电模块的液冷模块中，冷却液在一体冷板水道中与发热器件产生的热量进行交换，从出口排出后汇流进入热交换散热器，热交换散热器中有很多弯曲管道，热交换散热风扇强迫风冷冷却铝管道表面，通过热传递也降低冷却液的温度，最终回流冷却液储存箱中循环利用。

优选地，所述存储冷却液的箱体上置加液口、排液口、液位显示计和液位报警器。

优选地，所述冷却液使用汽车级防冻液，所述冷却液最低承受温度-35℃，最高承受温度108℃。汽车级防冻液可在各种气候条件下正常使用，不会导致水泵和水管道冻裂。

优选地，所述液冷循环装置中的各个模块、部件之间的管道接头均为不锈钢材料。例如，冷却液储存箱的箱体、旋转式自吸电泵、同步分流阀、管道接头均采用不锈钢材料，防止液体造成腐蚀。

优选地，所述热交换散热器采用整体铝结构；所述热交换器散热风扇采用大口径静音风扇。

本实施例，利用液冷循环装置给直流充电桩充电模块发热器件散热冷却，配合相应的冷却液存储箱，自吸电泵，进出管道等构成直流充电桩液冷循环系统，液冷方式导热率更高，密封性更好，噪音更小，使用寿命更长。

图3为液冷循环直流充电桩系统监控模块实施例示意图。

本实施例中的监控模块包含采集模块103、控制模块105。所述采集模块，用于采集液冷循环装置的温度数据，传输至控制模块。所述控制模块，用于根据计算模块和采集模块提供的数据、控制液冷循环装置中电泵的通断、控制流速阀的流量；

进一步地，所述监控模块通过控制流速阀，调节液冷循环装置中冷却液的流速大小。

所述发热器件，是输出功率大的电子元器件。随着充电速度加快，电流和电压也会直线增高，这就导致了充电桩电感模块功率增大。电感、电源等元件热量快速且大量地产生。

所述采集模块，例如，是具有采集液冷循环装置温度数据功能的电路。优选地，所述采集模块采集所述液冷循环装置与发热器件接触部的冷却液温度；和或，采集所述液冷循环装置与敏感部位的接触部的冷却液温度。

所述中心控制器，例如，是具有分析器件损耗数据和液冷循环装置温度数据、控制电泵通断，流速阀流速调节功能的电路。

当电泵开通时，降温功能开启；当流速阀流量加大时，降温速度变快。

当充电模块的效率越高时，发热器件(例如IGBT、MOSFET、二极管、电感)的损耗越小，液冷循环装置的温度低，当温度低于设定值，电泵停止工作、流速阀关闭。

当充电模块的效率越低时，发热器件的损耗越大，液冷循环装置的温度高，当温度超过设定值，电泵开启、流速阀导通。温度升高时，增加流速阀的流速、冷却液流量增加。温度降低时，减小流速阀的流速，冷却液流量减小。

进一步地，本申请的监控模块的实施例中还包含计算模块；所述计算模块，用于根据充电模块的电压和电流计算充电模块功率，并根据充电模块功率计算出功率器件的发热量，传输至控制模块。所述计算模块，例如是包含采集充电模块电流电压数据、计算电功率、发热量数据功能的电路。

当充电模块的效率变化时，发热量变化。例如，家用的交流电使用慢充模式需要6-8h充满；实际应用中一般电动汽车使用直流快充可在1～2H内充满，。但是随着充电速度加快，电流和电压也会直线增高，这就导致了充电桩电感模块功率增大。当充电模块效率下降时，所述计算模块计算发热量上升，则控制模块打开电泵，启动所述热冷循环装置。当充电模块效率上升时，所述计算模块计算发热量下降，则关闭电泵，停止所述热冷循环装置。因此当本申请包含计算模块时，能够预测热量上升、及时开启制冷功能，便于降温；并能够预测热量下降，及时关闭制冷功能，实现节能。

图4为液冷模块立体图。

液冷模块，例如，采用搅拌摩擦焊工艺一体冷板114，经过压力气密测试，无水道夹杂和裂纹测试。液冷循环装置采用搅拌摩擦焊工艺一体冷板，常温常态下进行焊接，不需要开坡口、不需要填料、不需要抽真空、不需要气体保护。

所述液冷模块的外壳是一个防腐蚀金属一体冷板，内部有冷却液管道，安装在充电桩发热器件中。

所述搅拌摩擦焊工艺，是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。

所述压力气密测试、无水道夹杂和裂纹测试都是用于确保液冷模块密闭性的测试。

图5为液冷模块剖面图。

本实施例表示液冷模块包含一体冷板114和管道115。

所述液冷模块内部有输送冷却液的管道，在一体冷板中通过。需要说明的是，液冷模块内部管道形状是根据充电模块内发热器件分布位置确定的。液冷模块采用双面冷却的方式，将充电模块中的发热器件和或敏感部位分散布置在水冷板两侧面上，内部管道呈多次折返状态，弯弯曲曲经过多个发热点，有效利用冷却面积。管道入口和出口设置在同侧，方便管道连接和维护。

液冷充电模块的液冷循环装置体积小，可以有效降低充电模块的体积。一体冷板表面粗糙度要求较高，发热器件与其接触热阻更小，传热性能更好。液冷方式的传热效率高，发热器件的温升小，可以提高产品的可靠性。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，包含：液冷循环装置、充电模块、监控模块；

所述监控模块，用于监测所述充电模块的功率和所述液冷循环装置的温度，控制通断液冷循环装置中的冷却液，调节冷却液的流量；

所述充电模块，包含发热器件，用于电动车充电；

所述液冷循环装置，用于输送和回流冷却液、通过冷却液散热对所述充电模块中的发热器件制冷。

2.根据权利要求1所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述液冷循环装置包含：箱体、电泵、流速阀、液冷模块、热交换模块；

所述箱体，用于储存冷却液；

所述电泵，用于从箱体中吸出冷却液，注入所述流速阀；

所述流速阀，用于控制进入液冷模块的冷却液流量；

所述液冷模块，用于将冷却液输送到充电模块的发热点，为充电模块液冷散热；

所述热交换模块，包含热交换散热器、热交换散热风扇，用于为从液冷模块流出的冷却液降温；

降温后的冷却液流入所述箱体。

3.根据权利要求1或2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述监控模块包含：采集模块、控制模块；

所述采集模块，用于采集液冷循环装置的温度数据；

所述控制模块，用于根据所述采集模块提供的数据，控制通断液冷循环装置中的电泵、控制流速阀流量。

4.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述液冷循环装置包含多个液冷模块，共用一个箱体和电泵；用同步分流阀向所述多个液冷模块平均分流冷却液。

5.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述箱体为不锈钢板材，上置加液口、排液口、液位显示计和液位报警器。

6.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述冷却液最低承受温度-35℃，最高承受温度108℃。

7.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述液冷循环装置中的各个模块部件之间的管道接头均为不锈钢材料。

8.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述液冷模块的壳体采用搅拌摩擦焊工艺一体冷板，所述液冷模块的内部包含输送冷却液的管道。

9.根据权利要求2所述的液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述热交换散热器采用整体铝结构。

10.根据权利要求8所述液冷循环直流充电桩系统，其特征在于，所述液冷模块的壳体经过压力气密测试，无水道夹杂和裂纹测试。