CN109703403A - 一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，包括蒸气压缩式制冷系统和两个冷却回路，蒸气压缩式制冷系统的冷凝器一侧设有风扇，蒸气压缩式制冷系统的蒸发器为三介质板式换热器，三介质板式换热器内设有一个冷程和两个热程，冷程设置于蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，各热程一一对应地设置于各冷却回路中，各冷却回路中均设有翅片管散热器和泵体，各翅片管散热器被夹设于风扇和冷凝器之间。本发明的有益效果是：在压缩制冷的同时，通过风冷技术将各翅片管散热器和冷凝器进行逐级冷却，提高了制冷能效比，降低了能耗；并且提高了各个液冷终端的冷却速度，冷却效率高，无启动准备时间。

Description

一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置

技术领域

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置。

背景技术

大功率充电，即HPC，由于具有车辆充电时间短、排队时间短等优点，因此大功率充电的市场空间会越来越大。

在温度方面，当采用大功率充电的时间，单位时间里传输的能力会增加，进而线缆及端子的温升会增加很多，那么需要添加冷却系统，以保证充电安全。

例如，如图1所示的一种现有技术的大功率充电冷却系统17中，左侧回路为制冷回路：气态制冷剂通过压缩机9，被压缩成高温液体，然后经过冷凝器1降温为常温液体，经过过滤器10过滤杂质后通过膨胀阀11，在蒸发器18汽化为气态，再经过气液分离器8流回压缩机9，压缩机9再将气态制冷剂压缩为高温液体，以此循环往复。

右侧回路为冷却回路4：蒸发器18位于冷却回路4右边的水箱19中，制冷剂在蒸发器18中汽化吸热，带走水箱19中的热量，为水箱19内的冷却液体降温，达到冷却效果。水箱19冷却后的液体通过泵体6，从大功率充电冷却系统17的出水口流出，流入充电装置20的功率模块中，接着带走充电装置20的功率模块热量的热水从充电装置20的功率模块回水口流回水箱19，进行降温，再通过泵体6从大功率充电冷却系统17的出水口流出，依次循环往复。

综上所述，现有技术的大功率充电冷却系统17采用单一的压缩制冷和水箱19内蒸发器18换热的技术方案，能效比低，能耗大。

另外，蒸发器18为水箱19降温的方式需要较长的启动时间来使得水箱19温度下降到目标温度，无法快速制冷，不适用于超过350kW的大功率快速充电系统。具体地，由于充电速度很快，10min内，大功率快速充电系统即可将车辆电池充满，而相配套的冷却装置的启动时间需要1-2min的话，设计上不合理的，即启动时间长，冷却速度慢，冷却效率低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种在压缩制冷的同时，通过风冷技术将各翅片管散热器和冷凝器进行逐级冷却，提高了制冷能效比，降低了能耗；三介质板式换热器替换了现有技术的水箱散热的结构，提高了各个液冷终端的冷却速度，冷却效率高，无启动准备时间的大功率充电冷却装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其包括蒸气压缩式制冷系统和两个冷却回路，蒸气压缩式制冷系统的冷凝器一侧设有风扇，蒸气压缩式制冷系统的蒸发器为三介质板式换热器，三介质板式换热器内设有一个冷程和两个热程，冷程设置于蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，各热程一一对应地设置于各冷却回路中，各冷却回路中均设有翅片管散热器和泵体；两个冷却回路中均连通有液冷终端；在每个冷却回路中，热程出口通过泵体连通至液冷终端的输入口，液冷终端的输出口通过翅片管散热器连通至热程进口，各翅片管散热器被夹设于风扇和冷凝器之间；两个液冷终端分别为大功率充电系统中的连接器液冷模块和功率柜液冷模块。

本发明的蒸气压缩式制冷系统中的制冷剂在三介质板式换热器的冷程中汽化吸热，带走各热程中的热量，为热程内的冷却介质降温，达到冷却效果。各热程被冷却后的介质通过泵体输送至液冷终端的输入口，接着带走液冷终端热量的介质从液冷终端的输出口进入至翅片管散热器中进行散热。经翅片管散热器散热后的介质再进入热程中，继续进行循环往复。其中，两个冷却回路相互独立。本发明采用并联的方式为连接器液冷模块和功率模块进行冷却，相互之间并不受影响，制冷量损耗小，换热效果好。其中，三介质板式换热器3走的三种介质分别为蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中的制冷剂和两个冷却回路4中的冷却介质。

另外，各翅片管散热器被夹设于风扇和冷凝器之间，翅片管散热器排除热量相较于冷凝器较低，故位于风扇的上风口，而散热量较高的冷凝器，位于风扇的下风口。因为翅片管散热器的排热量比较低，所以风先经过翅片管散热器，风的温升不大，然后再经过冷凝器，利于风以较低的温度对冷凝器进一步散热降温。本发明在压缩制冷的同时，通过风冷技术将各翅片管散热器和冷凝器进行逐级冷却，提高了制冷能效比，降低了能耗。

另外，三介质板式换热器替换了现有技术的水箱散热的结构，提高了各个液冷终端的冷却速度，冷却效率高，无启动准备时间；可即时为冷却液降温，没有启动准备时间，即开即用，适用于大功率充电使用场景。

另外，本发明可应用为大功率充电系统中的冷却装置，相较于现有技术的大功率充电冷却系统，本发明采用一台冷却装置即可满足大功率充电系统的所有冷却需求，无需为功率柜液冷模块和作为用户终端的连接器液冷模块(包含液冷线缆)分别设计独立的冷却回路。本发明采用三介质板式换热器，可同时为两个独立的冷却回路提供冷却功能；可以实现为两种不同的冷却介质提供制冷功能。

本专利方案相较于现有技术方案，在每一个冷却回路中都添加了翅片管散热器，正常使用环境下，翅片管散热器先对回流的高温冷却液进行初次降温，再通过三介质板式换热器降至目标温度，有效提高设备能效比；尤其在温度较低的环境中使用时，仅仅通过翅片管散热器和能耗极低的风扇即可达到降温效果，无需开启压缩制冷，非常节能。

具体地，各翅片管散热器的翅片管呈排管布置，且在同一平面上共同铺设成散热组合件，风扇、散热组合件和冷凝器依次层叠设置；风扇便于对各个翅片管散热器进行均匀散热，散热效果好。本发明的翅片管散热器和冷凝器采用层叠排布方式，在增加功能的同时，并不增加设备体积，结构简单。

进一步地，冷却装置还包括机箱，机箱内层叠设置有三个框架，风扇、散热组合件和冷凝器分别设置在三个框架内；一体化设置，缩小了体积，便于安装，避免结构干涉。

作为优选，功率柜液冷模块的冷却液为水和丙二醇的混合溶液，达到降低水溶液的冰点，并具有防冻裂能力；连接器液冷模块的冷却液为绝缘油，绝缘效果好，适用于对绝缘要求高的连接器液冷模块的冷却。

进一步地，在蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，冷程的出口依次通过气液分离器和压缩机连通至冷凝器的进口，冷凝器的出口依次通过过滤器和膨胀阀连通至冷程的进口。在环境温度较低时，本发明可以关闭压缩机，仅仅通过翅片管散热器和能耗极低的风扇即可达到冷却降温的效果，进一步提高了设备的能效比。

进一步地，各冷却回路中均设有缓冲罐，缓冲罐连通于翅片管散热器和热程之间。缓冲罐起缓冲作用，以便于抵消管路中水热胀冷缩产生的体积差；并且还可防止温度瞬间变化而产生的骤冷骤热。

进一步地，冷却装置还包括控制器，在每个冷却回路中，泵体出口至缓冲罐进口之间并联连通有主回路和短流支路，液冷终端和翅片管散热器连通于主回路中，短流支路中连通有电控比例阀；在同一主回路中，液冷终端的进出口处均设有温度传感器，液冷终端的进口管路中设有流量计，各温度传感器和流量计均信号连接至控制器，控制器用于根据接收的流量信号控制电控比例阀的开度，以及根据接收的温度信号控制压缩机的输出功率。

控制器根据液冷终端的进口处的温度传感器测出的冷却介质温度实时控制压缩机的输出功率，以使液冷终端的进口处冷却介质温度趋于一恒定值，以保证液冷终端输入介质的额定输入温度。

同理，控制器根据流量计测出的流量实时控制液冷终端的进口管路中的流速趋于一恒定值。本发明根据实时的流速，电控比例阀控制短流支路的流速，来实现主回路的流速动态调节功能，以保证液冷终端输入介质的额定输入流量，无需采用变频水泵(或油泵)，成本低，结构简单，设备可靠性高。

本发明的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置的有益效果是：

1.本发明在压缩制冷的同时，通过风冷技术将各翅片管散热器和冷凝器进行逐级冷却，提高了制冷能效比，降低了能耗。

2.三介质板式换热器替换了现有技术的水箱散热的结构，提高了各个液冷终端的冷却速度，冷却效率高，无启动准备时间；可即时为冷却液降温，没有启动准备时间，即开即用，适用于大功率充电使用场景。

3.本发明采用三介质板式换热器，可同时为两个独立的冷却回路提供冷却功能；可以实现为两种不同的冷却介质提供制冷功能。

4.本专利方案相较于现有技术方案，在每一个冷却回路中都添加了翅片管散热器，正常使用环境下，翅片管散热器先对回流的高温冷却液进行初次降温，再通过三介质板式换热器降至目标温度，有效提高设备能效比；尤其在温度较低的环境中使用时，仅仅通过翅片管散热器和能耗极低的风扇即可达到降温效果，无需开启压缩制冷，非常节能。

5.本发明的翅片管散热器和冷凝器采用层叠排布方式，在增加功能的同时，并不增加设备体积，结构简单。

6.冷却装置还包括机箱，机箱内层叠设置有三个框架，风扇、散热组合件和冷凝器分别设置在三个框架内；一体化设置，缩小了体积，便于安装，避免结构干涉。

7.本发明采用并联的方式为连接器液冷模块和功率模块进行冷却，相互之间并不受影响，制冷量损耗小，换热效果好。

8.在环境温度较低时，本发明可以关闭压缩机，仅仅通过翅片管散热器和能耗极低的风扇即可达到冷却降温的效果，进一步提高了设备的能效比。

9.各冷却回路中均设有缓冲罐，缓冲罐连通于翅片管散热器和热程之间。缓冲罐起缓冲作用，以便于抵消管路中水热胀冷缩产生的体积差；并且还可防止温度瞬间变化而产生的骤冷骤热。

10.控制器根据液冷终端的进口处的温度传感器测出的冷却介质温度实时控制压缩机的输出功率，以使液冷终端的进口处冷却介质温度趋于一恒定值，以保证液冷终端输入介质的额定输入温度。同理，控制器根据流量计测出的流量实时控制液冷终端的进口管路中的流速趋于一恒定值。本发明根据实时的流速，电控比例阀控制短流支路的流速，来实现主回路的流速动态调节功能，以保证液冷终端输入介质的额定输入流量，无需采用变频水泵(或油泵)，成本低，结构简单，设备可靠性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术的大功率充电冷却系统的工艺流程示意图；

图2是本发明的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置的工艺流程示意图；

图3是本发明的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置的风扇、翅片管散热器和冷凝器的结构布置图。

其中:1.冷凝器；2.风扇；3.三介质板式换热器，301.冷程，302.热程；4.冷却回路，401.主回路，402.短流支路；5.翅片管散热器；6.泵体；7.液冷终端；8.气液分离器；9.压缩机；10.过滤器；11.膨胀阀；12.缓冲罐；13.电控比例阀；14.温度传感器；15.流量计；16.机箱；17.大功率充电冷却系统；18.蒸发器；19.水箱；20.充电装置；21.第一换热器；22.第二换热器。

其中，图中箭头方向为流体输送方向。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图2-图3所示的本发明的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置的具体实施例，其包括蒸气压缩式制冷系统和两个冷却回路4，蒸气压缩式制冷系统的冷凝器1一侧设有风扇2，蒸气压缩式制冷系统的蒸发器为三介质板式换热器3，三介质板式换热器3内设有一个冷程301和两个热程302，冷程301设置于蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，各热程302一一对应地设置于各冷却回路4中，各冷却回路4中均设有翅片管散热器5和泵体6；两个冷却回路4中均连通有液冷终端7；在每个冷却回路4中，热程302出口通过泵体6连通至液冷终端7的输入口，液冷终端7的输出口通过翅片管散热器5连通至热程302进口，各翅片管散热器5被夹设于风扇2和冷凝器1之间；两个液冷终端7分别为大功率充电系统中的连接器液冷模块和功率柜液冷模块。

本实施例的蒸气压缩式制冷系统中的制冷剂(冷媒)在三介质板式换热器3的冷程301中汽化吸热，带走各热程302中的热量，为热程302内的冷却介质降温，达到冷却效果。各热程302被冷却后的介质通过泵体6输送至液冷终端7的输入口，接着带走液冷终端7热量的介质从液冷终端7的输出口进入至翅片管散热器5中进行散热。经翅片管散热器5散热后的介质再进入热程302中，继续进行循环往复。其中，两个冷却回路相互独立。本实施例采用并联的方式为连接器液冷模块和功率模块进行冷却，相互之间并不受影响，制冷量损耗小，换热效果好。其中，三介质板式换热器3走的三种介质分别为蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中的制冷剂和两个冷却回路4中的冷却介质。

另外，各翅片管散热器5被夹设于风扇2和冷凝器1之间，翅片管散热器5排除热量相较于冷凝器1较低，故位于风扇2的上风口，而散热量较高的冷凝器1，位于风扇2的下风口。因为翅片管散热器5的排热量比较低，所以风先经过翅片管散热器5，风的温升不大，然后再经过冷凝器1，利于风以较低的温度对冷凝器1进一步散热降温。本实施例在压缩制冷的同时，通过风冷技术将各翅片管散热器5和冷凝器1进行逐级冷却，提高了制冷能效比，降低了能耗。

另外，三介质板式换热器3替换了现有技术的水箱19散热的结构，提高了各个液冷终端7的冷却速度，冷却效率高，无启动准备时间；可即时为冷却液降温，没有启动准备时间，即开即用，适用于大功率充电使用场景。

另外，本实施例可应用为大功率充电系统中的冷却装置，相较于图1中的现有技术的大功率充电冷却系统17，本实施例采用一台冷却装置即可满足大功率充电系统的所有冷却需求，无需为功率柜液冷模块和作为用户终端的连接器液冷模块(包含液冷线缆)分别设计独立的冷却回路。本实施例采用三介质板式换热器3，可同时为两个独立的冷却回路4提供冷却功能；可以实现为两种不同的冷却介质提供制冷功能。本实施例采用并联的方式为连接器液冷模块和功率模块进行冷却，相互之间并不受影响，制冷量损耗小，换热效果好。

本专利方案相较于现有技术方案，在每一个冷却回路4中都添加了翅片管散热器5，正常使用环境下，翅片管散热器5先对回流的高温冷却液进行初次降温，再通过三介质板式换热器3降至目标温度，有效提高设备能效比；尤其在温度较低的环境中使用时，仅仅通过翅片管散热器5和能耗极低的风扇2即可达到降温效果，无需开启压缩制冷，非常节能。

具体地，各翅片管散热器5的翅片管呈排管布置，且在同一平面上共同铺设成散热组合件，风扇2、散热组合件和冷凝器1依次层叠设置；风扇2便于对各个翅片管散热器5进行均匀散热，散热效果好。本实施例的翅片管散热器5和冷凝器1采用层叠排布方式，在增加功能的同时，并不增加设备体积，结构简单。

进一步地，冷却装置还包括机箱16，机箱16内层叠设置有三个框架，风扇2、散热组合件和冷凝器1分别设置在三个框架内；一体化设置，缩小了体积，便于安装，避免结构干涉。

作为优选，功率柜液冷模块的冷却液为水和丙二醇的混合溶液，达到降低水溶液的冰点，并具有防冻裂能力；连接器液冷模块的冷却液为绝缘油，绝缘效果好，适用于对绝缘要求高的连接器液冷模块的冷却。

进一步地，在蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，冷程301的出口依次通过气液分离器8和压缩机9连通至冷凝器1的进口，冷凝器1的出口依次通过过滤器10和膨胀阀11连通至冷程301的进口。在环境温度较低时，本实施例可以关闭压缩机，仅仅通过翅片管散热器5和能耗极低的风扇2即可达到冷却降温的效果，进一步提高了设备的能效比。

进一步地，各冷却回路4中均设有缓冲罐12，缓冲罐12连通于翅片管散热器5和热程302之间。缓冲罐12起缓冲作用，以便于抵消管路中水热胀冷缩产生的体积差；并且还可防止温度瞬间变化而产生的骤冷骤热。

进一步地，冷却装置还包括控制器，在每个冷却回路4中，泵体6出口至缓冲罐12进口之间并联连通有主回路401和短流支路402，液冷终端7和翅片管散热器5连通于主回路401中，短流支路402中连通有电控比例阀13；在同一主回路401中，液冷终端7的进出口处均设有温度传感器14，液冷终端7的进口管路中设有流量计15，各温度传感器14和流量计15均信号连接至控制器，控制器用于根据接收的流量信号控制电控比例阀13的开度，以及根据接收的温度信号控制压缩机9的输出功率。

控制器根据液冷终端7的进口处的温度传感器14测出的冷却介质温度实时控制压缩机9的输出功率，以使液冷终端7的进口处冷却介质温度趋于一恒定值，以保证液冷终端7输入介质的额定输入温度。

同理，控制器根据流量计15测出的流量实时控制液冷终端7的进口管路中的流速趋于一恒定值。本实施例根据实时的流速，电控比例阀13控制短流支路402的流速，来实现主回路401的流速动态调节功能，以保证液冷终端7输入介质的额定输入流量，无需采用变频水泵(或油泵)，成本低，结构简单，设备可靠性高。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：包括蒸气压缩式制冷系统和两个冷却回路(4)，所述蒸气压缩式制冷系统的冷凝器(1)一侧设有风扇(2)，所述蒸气压缩式制冷系统的蒸发器为三介质板式换热器(3)，所述三介质板式换热器(3)内设有一个冷程(301)和两个热程(302)，所述冷程(301)设置于蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，各热程(302)一一对应地设置于各冷却回路(4)中，各冷却回路(4)中均设有翅片管散热器(5)和泵体(6)；两个冷却回路(4)中均连通有液冷终端(7)；在每个冷却回路(4)中，所述热程(302)出口通过泵体(6)连通至液冷终端(7)的输入口，所述液冷终端(7)的输出口通过翅片管散热器(5)连通至热程(302)进口，各翅片管散热器(5)被夹设于风扇(2)和冷凝器(1)之间；两个液冷终端(7)分别为大功率充电系统中的连接器液冷模块和功率柜液冷模块。

2.根据权利要求1所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：各翅片管散热器(5)的翅片管呈排管布置，且在同一平面上共同铺设成散热组合件，所述风扇(2)、散热组合件和冷凝器(1)依次层叠设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：所述冷却装置还包括机箱(16)，所述机箱(16)内层叠设置有三个框架，所述风扇(2)、散热组合件和冷凝器(1)分别设置在三个框架内。

4.根据权利要求1所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：所述功率柜液冷模块的冷却液为水和丙二醇的混合溶液，所述连接器液冷模块的冷却液为绝缘油。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：在蒸气压缩式制冷系统的制冷回路中，所述冷程(301)的出口依次通过气液分离器(8)和压缩机(9)连通至冷凝器(1)的进口，所述冷凝器(1)的出口依次通过过滤器(10)和膨胀阀(11)连通至冷程(301)的进口。

6.根据权利要求5所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：各冷却回路(4)中均设有缓冲罐(12)，所述缓冲罐(12)连通于翅片管散热器(5)和热程(302)之间。

7.根据权利要求6所述的一种能效比高、冷却效率高的大功率充电冷却装置，其特征在于：所述大功率充电冷却装置还包括控制器，在每个冷却回路(4)中，所述泵体(6)出口至缓冲罐(12)进口之间并联连通有主回路(401)和短流支路(402)，所述液冷终端(7)和翅片管散热器(5)连通于主回路(401)中，所述短流支路(402)中连通有电控比例阀(13)；在同一主回路(401)中，所述液冷终端(7)的进出口处均设有温度传感器(14)，所述液冷终端(7)的进口管路中设有流量计(15)，流量计(15)和各温度传感器(14)均信号连接至控制器，所述控制器用于根据接收的流量信号控制电控比例阀(13)的开度，以及根据接收的温度信号控制压缩机(9)的输出功率。