CN109969022A - 一种节能环保大功率充电桩及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能环保大功率充电桩及其冷却方法，涉及充电桩冷却技术领域，该充电桩包括依次连接的充电模块、若干电缆组件和充电枪，电缆组件内设置有冷却回路，电缆组件上设置有连通孔a和连通孔b，连通孔a和连通孔b均用于使冷却回路与电缆组件的外界连通。其冷却方法是向连通孔a内通入低温气体，低温气体流经冷却回路的过程中对电缆组件进行冷却，其后低温气体经连通孔b排出，在电缆组件周围形成低温环境，冷却充电桩的其他部件。该充电桩及其冷却方法，能有效的对充电桩进行冷却，特别是能针对性的冷却充电电缆组件及充电枪等充电组件进行冷却，其冷却效果好，同时节能环保，建设和运行费用低，满足充电桩长期稳定运行的需要。

Description

一种节能环保大功率充电桩及其冷却方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电技术领域，具体为一种节能环保大功率充电桩及其冷却方法。

背景技术

充电桩是固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电的装置。其输入端与交流电网直接连接，输出端上设置有充电枪，用户可利用充电枪直接对电动汽车充电。随着新能源汽车的普及，对充电桩的要求也越来越高，快速充电桩亦成为系能汽车充电技术的发展趋势。为了缩减充电时间，近年来，国外车企都纷纷开始布局大功率充电桩。然而，要实现大功率直流充电需要从电压和电流两个方面来进行提升，这将导致充电桩内产生更多的热量，其温度会急剧升高。

为保证充电桩的正常运行，避免温度过高造成其损坏，必需对充电桩进行冷却。现有的大部分充电站通常没有设置专门的制冷系统，只在其内各充电桩的充电电源柜加装强制排风扇进行降温，而这种降温冷却方式无法对充电电缆组件进行降温，充电电缆组件仍然容易因温度过高而损坏，造成充电桩故障频繁，无法稳定使用。在部分充电站内装设工业级制冷机，以乙二醇为冷媒对整个充电站进行制冷。但工业级制冷机占用空间大，装机费用高，极大的增加了充电站的建设成本；同时该种方式的制冷效果有限，无法冷却位于充电站外的充电枪等充电组件；需定期停机检修；另外，工业级制冷机的能耗大，长期运行费用高，还需要定期停机检修，无法长期不间断运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能环保大功率充电桩及其冷却方法，能有效的对充电桩进行冷却，特别是能针对性的冷却充电电缆组件及充电枪等充电组件进行冷却，其冷却效果好，同时节能环保，建设和运行费用低，满足充电桩长期稳定运行的需要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种节能环保大功率充电桩，包括充电模块、充电枪和若干电缆组件，所述充电模块和充电枪之间通过若干所述电缆组件连接，其特征在于，所述电缆组件内设置有冷却回路，所述电缆组件上设置有连通孔a和连通孔b，所述连通孔a和连通孔b均用于使所述冷却回路与所述电缆组件的外界连通。

进一步的，还包括空压机和制冷装置，所述制冷装置的输入端与所述空压机连接，其输出端与所述连通孔a连通，所述制冷装置用于对流经其内的空气制冷冷却。

进一步的，还包括太阳能电池板和储能装置，所述太阳能电池板和空压机均与所述储能装置电联，所述储能装置用于储存电能并对所述空压机供电。

进一步的，还包括温控装置，所述温控装置用于对所述电缆组件和充电模块的温度进行实时检测，并用于控制所述空压机的流量和所述制冷装置的启停。

进一步的，还包括冷却管道，所述冷却管道的一端与所述连通孔b连通，其另一端连接至所述充电模块。

进一步的，所述电缆组件包括气冷电缆，所述气冷电缆包括电力线，所述电力线包括由内向外依次设置的绞合导体、绝缘包带层、编织层和绝缘层，所述绞合导体由直径不超过0.5mm的铜线绞合制成，所述绞合导体内设置有粗通气管和若干细通气管，所述粗通气管设置于所述绞合导体的轴心位置，所述细通气管均布设置于靠近所述绞合导体的边缘位置。

进一步的，所述电力线成对设置，所述电缆组件还包括护套层、包带层、接地线、一对控制线和一对通信线，所述控制线、电力线、通信线和接地线均设置于所述包带层内，所述护套层套接于所述包带层外。

进一步的，所述电缆组件包括若干电力线接线柱和若干电力线接线端子，所述电力线接线柱和电力线接线端子分别与所述电力线的两端连接，所述电力线接线柱用于使所述粗通气管和若干细通气管相连通，所述电力线接线端子用于使所述粗通气管和若干细通气管均与外界连通。

一种节能环保大功率充电桩的冷却方法是，向连通孔a内通入低温气体，低温气体流经冷却回路的过程中对电缆组件进行冷却，其后低温气体经连通孔b排出，在电缆组件周围形成低温环境，冷却充电桩的其他部件。

进一步的，经所述连通孔b排出的低温气体先在管道的引导下针对充电桩的主要热源进行冷却，再扩散形成低温环境。

本发明的有益效果是：

1.在充电桩内设置带有冷却回路的电缆组件，通过向其内通入低温气体，实现对电缆组件的针对性冷却，同时在热传递的作用下，实现了对与电缆组件相连的充电枪的冷却。电缆组件的冷却回路的出气端通过管路连通至充电模块，低温气体完成电缆组件的散热后又针对性的对充电模块进行冷却，其后低温气体扩散，使充电桩壳体内形成低温环境，对充电桩整体进行冷却。上述设置解决了现有技术中充电桩的冷却散热难以冷却充电枪和充电电缆的问题，同时优先冷却电缆组件，再冷却充电模块，最后冷却充电桩整体这种分层级针对性的冷却，可优化能源的使用，以更低的能耗达到更好的冷却效果。

2. 设置空压机3和制冷装置4，可直接制备该充电桩冷却所需的带压低温气体，其结构简单，成本较低。

3.设置太阳能电池板和储能装置，太阳能电池板可吸收太阳能，并将其转换成电能储存在储能装置内，在使用时由储能装置内的电能对空压机进行供电；同时，该充电桩内还设置有温控装置，温控装置可对充电电缆和电源模块的温度进行实时检测，根据检测的结果控制空压机的流量以及控制制冷装置的启停，可以使得能源的利用更为优化，达到节能环保的目的。

4.电缆组件由气冷电缆、两个接线端子和两个接线柱组成。在该气冷电缆中作为主要发热源的电力线内设置有冷却通道，通入低温气体可直接对电力线进行冷却，增强了对电缆的散热效能。上述冷却通道由铜管制成，一方面因铜材质的导热性能良好，可以很好的进行热传导，对电力线的冷却更好；另一方面铜材质本身具备良好的导电性能，可直接参与导电。在冷却用铜管管身上轧制有环形纹路，使其可以进行适当的弯曲，满足了电缆对弯曲性能的要求。电力线内设置有芳纶纱编织层，可以将电力线所受的力传递至芳纶砂编织层进行吸收，有利于维持电力线的内部结构，保证其内部的冷却通道畅通。电力线的两端分别与接线柱和接线端子连接后，使得电力线内部的冷却通道形成了冷却回路，冷却气体在单根电力线中经过来回流动，产生两次热交换过程，具有更好的冷却效率。

附图说明

图1为本发明一种节能环保大功率充电桩的结构示意图；

图2为气冷电缆的断面结构示意图；

图3为电力线的结构示意图；

图4为电力线接线柱的结构示意图；

图5为电力线接线端子的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种节能环保大功率充电桩，包括充电模块8、充电枪5和若干电缆组件6，充电模块8和充电枪5之间通过若干电缆组件6连接，上述充电模块8为充电桩自有部件，用于将外界电源转换成适合于新能源汽车充电的电源，当充电枪5连接到新能源汽车上时，外部电源经充电模块8和电缆组件6对该新能源汽车充电。本发明的电缆组件6内设置有冷却回路，电缆组件6上设置有连通孔a和连通孔b，连通孔a和连通孔b均用于使冷却回路与电缆组件6的外界连通。该节能环保大功率充电桩的冷却方法是，向连通孔a内通入低温气体，低温气体流经冷却回路的过程中对电缆组件6进行冷却，其后低温气体经连通孔b排出，在电缆组件6周围形成低温环境，冷却充电桩的其他部件。在实施时，充电桩还包括有壳体，壳体上部设置有透气孔，包括充电模块8、电缆组件6在内的充电桩各部件均集中设置于该壳体内。上述经连通孔b排出的低温气体会充斥在该壳体内，并将多余的气体从壳体上部的透气孔排出，使得充电桩的壳体内部形成并维持低温环境，有效对其内部的各部件进行冷却，达到对整个充电桩冷却的目的。上述冷却过程中，冷却气体优先针对性的对电缆组件6进行冷却，因充电枪5与电缆组件6直接连接，故同时亦对充电枪5进行针对性的冷却，解决了现有技术中，难以冷却充电枪和充电电缆的问题。

在连通孔b的一端连通设置有通气管7，通气管7的另一端连接至充电模块8，当低温气体流经电缆组件6后，优先对充电桩内发热效应高的充电模块8进行冷却，之后再对其他部件冷却，该分层次冷却的方式可优化能源的使用，以更低的能耗达到更好的冷却效果。具体实施时，充电模块8内亦设置有散热风道，通气管7与充电模块8的散热风道连通，使得冷却效率更高。

该节能环保大功率充电桩还设置有空压机3和制冷装置4。制冷装置4的输入端与空压机3连接，其输出端与连通孔a连通。该制冷装置4包括制冷腔，利用空调制冷原理或半导体制冷法等制冷方式使得该制冷腔内形成低温环境。在使用时，空压机3产生压缩空气，该压缩空气进入制冷装置4的制冷腔内，在热交换作用下被冷却形成低温气体。即该设置可制备上述冷却过程中所需的带压低温气体，并使其通过连通孔a完成上述冷却过程，其结构简单，成本较低。

为实现节能环保的目的，该充电桩还设置有太阳能电池板1和储能装置2，太阳能电池板1和空压机3均与储能装置2电联。具体实施时，该储能装置2包括锂电池包、电源管理模块和充放电模块，太阳能电池板1吸收太阳能，在电源管理模块和充放电模块的作用下将其转换成电能储存在锂电池包内，并在需要使用时对空压机3供电。同时，该充电桩内还设置有温控装置9。温控装置9包括温度传感器和控制器，利用温度传感器对充电电缆6和电源模块8的温度进行实时检测，并将数据反馈给控制器，控制器根据检测的结果控制空压机3的流量以及控制制冷装置4的启停，以使得能源的利用更为优化。

具体实施时，上述电缆组件6包括气冷电缆、两个电力线接线柱和两个电力线接线端子。

如图2所示，该气冷电缆包括护套层61、包带层62、接地线66、一对电力线64、一对控制线63和一对通信线65。其中控制线63、电力线64、通信线65和接地线66均设置于包带层62内，护套层61套接于包带层62外。

如图3所示，电力线64包括由内向外依次设置的绞合导体644、绝缘包带层643、编织层642和绝缘层641。绞合导体644内设置有粗通气管646和若干细通气管645，粗通气管646设置于绞合导体644的轴心位置，细通气管645均布设置于靠近绞合导体644的边缘位置。通过向粗通气管646和细通气管645内通入冷却气体，可实现对电力线64的冷却。

具体实施时，绞合导体644由直径不超过0.5mm的铜线绞合制成。粗通气管646和细通气管645均选用铜材质制成，一方面因铜材质的导热性能良好，可以很好的进行热传导，对电力线64进行冷却；另一方面铜材质本身具备良好的导电性能，可与绞合导体644一起参与导电。在粗通气管646和细通气管645的管身上均轧制有环形纹路，使其可以进行适当的弯曲，满足电缆对弯曲性能的要求。进一步的，编织层642选用芳纶纱编织制成，其编织密度大于95%。具体实施时，选用Dtex8050芳纶纱进行编制，该材质密度小，拉伸模量高，断裂强度较高、断裂延伸率较低，特别是在较高的温度下，已然能保持其固有特性，利用芳纶纱进行编制，可以将电力线所受的力传递至芳纶砂编织层进行吸收，有利于维持电力线的内部结构，保证其内部的冷却通道畅通。

上述电力线接线柱和电力线接线端子分别与电力线64的两端连接，电力线接线柱可使粗通气管646和若干细通气管645相连通，电力线接线端子可使粗通气管646和若干细通气管645均与外界连通。电力线64、电力线接线端子和电力线接线柱三者连接后，即于其内部形成冷却回路。在对充电桩进行冷却时，低温气体经过连通孔a进入接线端子，并依次经过接线端子、粗通气管646、接线柱、细通气管645、接线端子后再通过连通孔b排出，上述过程中，冷却气体在单根电力线中经过来回流动，事实上与电力线内部产生两次热交换，其散热效率更高，冷却效率更好。

如图4所示，电力线接线柱的一端封闭，其另一端开口，电力线接线柱内从其开口端向内依次设置有安装腔a、交换腔a102和接线柱空腔105，安装腔内设置有密封环槽a101，接线柱空腔105靠近交换腔a102的一端设置有通气锥a103，通气锥a103的另一端设置于安装腔a内，电力线接线柱内还设置有流通槽104，交换腔a102与接线柱空腔105通过流通槽104连通。如图5所示，电力线接线端子的一端封闭，其另一端开口，电力线接线端子内从其开口端向内依次设置有安装腔b、交换腔b和接线端子空腔，安装腔b内设置有密封环槽b201，接线柱空腔b靠近交换腔b的一端设置有通气锥b203，通气锥b203的另一端设置于安装腔b内，电力线接线端子上还设置有进气孔204和出气孔202，进气孔204用于使接线端子空腔与外界连通，出气孔202用于使交换腔b与外界连通。

具体实施时，电力线64的一端插入设置于安装腔a内，其绞合导体644的端部设置于交换腔a102内，其细通气管645的端部与交换腔a102连通，其粗通气管646的端部套接在通气锥a103的锥面上，使得粗铜管646与接线柱空腔105连通而与交换腔a102隔绝；电力线64的另一端插入设置于安装腔b内，其绞合导体644的端部设置于交换腔b内，其细通气管645的端部与交换腔b连通，其粗通气管646的端部套接在通气锥b203的锥面上，使得粗铜管646与接线端子空腔连通而与交换腔b隔绝。在进行冷却时，低温气体由进气孔204进入，依次流经接线端子空腔、粗通气管646、接线柱空腔105、流通槽104、交换腔a102、若干细通气管645、交换腔b后经出气孔202排出。在密封环槽a101和密封环槽b201内均设置有密封圈，使得电力线64与接线柱以及与接线端子之间形成密封连接，有效防止低温气体逸出，提高冷却气体的利用率，保证对电缆组件6的冷却效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种节能环保大功率充电桩，包括充电模块（8）、充电枪（5）和若干电缆组件（6），所述充电模块（8）和充电枪（5）之间通过若干所述电缆组件（6）连接，其特征在于，所述电缆组件（6）内设置有冷却回路，所述电缆组件（6）上设置有连通孔a和连通孔b，所述连通孔a和连通孔b均用于使所述冷却回路与所述电缆组件（6）的外界连通。

2.根据权利要求1所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，还包括空压机（3）和制冷装置（4），所述制冷装置（4）的输入端与所述空压机（3）连接，其输出端与所述连通孔a连通，所述制冷装置（4）用于对流经其内的空气制冷冷却。

3.根据权利要求2所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，还包括太阳能电池板（1）和储能装置（2），所述太阳能电池板（1）和空压机（3）均与所述储能装置（2）电联，所述储能装置（2）用于储存电能并对所述空压机（3）供电。

4.根据权利要求3所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，还包括温控装置（9），所述温控装置（9）用于对所述电缆组件（6）和充电模块（8）的温度进行实时检测，并用于控制所述空压机（3）的流量和所述制冷装置（4）的启停。

5.根据权利要求1所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，还包括冷却管道（7），所述冷却管道（7）的一端与所述连通孔b连通，其另一端连接至所述充电模块（8）。

6.根据权利要求1所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，所述电缆组件（6）包括气冷电缆，所述气冷电缆包括电力线（64），所述电力线（64）包括由内向外依次设置的绞合导体（644）、绝缘包带层（643）、编织层（642）和绝缘层（641），所述绞合导体（644）由直径不超过0.5mm的铜线绞合制成，所述绞合导体（644）内设置有粗通气管（646）和若干细通气管（645），所述粗通气管（646）设置于所述绞合导体（644）的轴心位置，所述细通气管（645）均布设置于靠近所述绞合导体（644）的边缘位置。

7.根据权利要求6所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，所述电力线（64）成对设置，所述电缆组件（6）还包括护套层（61）、包带层（62）、接地线（66）、一对控制线（63）和一对通信线（65），所述控制线（63）、电力线（64）、通信线（65）和接地线（66）均设置于所述包带层（62）内，所述护套层（61）套接于所述包带层（62）外。

8.根据权利要求6所述的一种节能环保大功率充电桩，其特征在于，所述电缆组件（6）包括若干电力线接线柱和若干电力线接线端子，所述电力线接线柱和电力线接线端子分别与所述电力线（64）的两端连接，所述电力线接线柱用于使所述粗通气管（646）和若干细通气管（645）相连通，所述电力线接线端子用于使所述粗通气管（646）和若干细通气管（645）均与外界连通。

9.根据权利要求1所述的一种节能环保大功率充电桩的冷却方法，其特征在于，向连通孔a内通入低温气体，低温气体流经冷却回路的过程中对电缆组件（6）进行冷却，其后低温气体经连通孔b排出，在电缆组件（6）周围形成低温环境，冷却充电桩的其他部件。

10.根据权利要求9所述的一种节能环保大功率充电桩的冷却方法，其特征在于，经所述连通孔b排出的低温气体先在管道的引导下针对充电桩的主要热源进行冷却，再扩散形成低温环境。