CN114211987A - 一种电池换电式充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池换电式充电桩，包括充电桩外壳、顶盖机构、一对液冷机构和触发机构；充电桩外壳内设置有开口朝上的充电腔,充电腔内竖直堆叠有至少三块通过电路连通的锂电池，充电腔下方设置有气密腔，一对液冷机构设置在充电腔的两侧相对端壁内，气密腔与液冷机构连通，顶盖机构设置在充电腔上侧开口处，触发机构设置在液冷机构上方并与顶盖机构连接，它通过设置摆动片，使原本长时间静置的冷却液在摆动片和气密腔通入的气体双重作用下提高冷却液内部的分子流动速率，从而使冷却液能够充分吸收充电腔所散发出的热量，提高散热效果。

Description

一种电池换电式充电桩

技术领域

本发明涉及充电桩领域，具体为一种电池换电式充电桩。

背景技术

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，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，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车或者电动车充电。

现有充电桩的散热通道一般设置在充电桩的下部，由于充电元件工作产生的热量流向是往上的，从而会使得充电桩上部的电子元器件温度上升，使得充电桩散热效果不好，无法快速排出充电桩散发的热量，导致局部高温，影响充电桩的使用寿命，因此传统散热设备散热效果不佳。

同时传统充电桩采用线缆连接充电的方式进行电力传输，这样的方式使得传统充电桩的灵活性较低，无法根据用户需求实时进行位置调整，实用性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池换电式充电桩，以解决上述背景技术中提出的传统散热设备散热效果不佳以及传统充电桩的安装灵活性较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种充电桩，包括充电桩外壳、顶盖机构、一对液冷机构和触发机构；充电桩外壳内设置有开口朝上的充电腔,充电腔内竖直堆叠有至少三块通过电路连通的锂电池，充电腔下方设置有气密腔，一对液冷机构设置在充电腔的两侧相对端壁内，气密腔与液冷机构连通，顶盖机构设置在充电腔上侧开口处，触发机构设置在液冷机构上方并与顶盖机构连接；顶盖机构用来将锂电池限制在充电腔内部空间，液冷机构将充电腔内部热量通过液体散出至外界，触发机构在充电腔内温度过高时将顶盖机构竖直弹出。

优选的，顶盖机构包括电磁铁吸附片、顶盖、散热窗口和散热装置；顶盖水平放置在充电桩外壳的上端面，电磁铁吸附片固定在电磁铁吸附片的上端面；电磁铁吸附片通电后吸附顶盖，限制电磁铁吸附片的水平位移；散热窗口设置在顶盖中部并将顶盖贯穿，使充电腔与外部气体连通，散热装置通过制造压力差使充电腔内的气体快速排出。

优选的，散热装置包括散热风扇,散热风扇由锂电池的电力驱动。

优选的，液冷机构包括弹性摆动片、连接软管、液冷腔和连接通道；液冷腔设置在充电腔两相对端壁内，弹性摆动片仅固定在液冷腔下端壁，弹性摆动片内设置有气体导流腔,连接软管固定安装在弹性摆动片上端，连接软管远离弹性摆动片的一端与触发机构连接，连接软管将气体导流腔与弹射装置连通；连接通道设置在气密腔与液冷腔的连通处，连接通道用来控制气密腔内气体通入液冷腔和气体导流腔内的通断。

优选的，连接通道包括交换通道、疏水透气膜式压力阀和导气通道；交换通道将气密腔和液冷腔底部连通，疏水透气膜式压力阀固定安装在交换通道内，疏水透气膜式压力阀将气密腔和液冷腔密封，导气通道的一端与疏水透气膜式压力阀连接，导气通道的另一端与气体导流腔的底部连通。

优选的，触发机构包括竖直滑动板、触发腔、弹力弹簧和限位装置；触发腔设置在液冷腔的正上方且开口朝上，竖直滑动板竖直滑动设置于触发腔内，竖直滑动板与触发腔的连接处密封，竖直滑动板位于触发腔之外的一端与顶盖机构固定连接，弹力弹簧的两端分别与竖直滑动板下端面和触发腔下端壁抵接；限位装置设置在触发腔竖直的一侧端壁内，限位装置限制竖直滑动板的竖直滑动，液体无法通过液冷腔进入气密腔内。

优选的，限制装置包括限位弹簧和限位卡块；限位卡块水平滑动设置于触发腔竖直的一侧端壁内，限位卡块延伸至触发腔的一端延伸至竖直滑动板内，在触发腔端壁内滑动形成限位腔，限位弹簧的两端分别与限位卡块位于限位腔内的一端和限位腔远离开口的一端抵接；限位卡块延伸至触发腔内的上下两侧为倾斜斜面。

优选的，弹性摆动片上存在有若干缝隙，液冷腔内液体可通过缝隙与气体导流腔内液体进行交换。

优选的，充电桩外壳外部端面竖直并列设置有三个充电输出接口，充电输出接口用来将锂电池电能转换至外部电动车。

优选的，液冷腔远离充电腔一侧端壁和靠近充电腔一侧端壁均设置有导电片，两个导电片分别与电磁铁吸附片电路的正负极接通，弹性摆动片为导电材质制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过在液冷腔内加装冷却液，使充电腔内的热量及时通过液冷腔内的冷却液排出，提高了充电腔内的热量排出。

2.将散热口设置在充电腔的上方，通过散热风扇实时将充电腔内热量带出，配合冷却液进行双重散热，使得散热效果更佳。

3.通过设置摆动片，使原本长时间静置的冷却液在摆动片和气密腔通入的气体双重作用下提高冷却液内部的分子流动速率，从而使冷却液能够充分吸收充电腔所散发出的热量，提高散热效果。

4.当充电腔温度持续升高，此时由气密腔进入液冷腔内的气体量升高使触发腔底部气压升高，同时充电腔的端壁向外侧发生弹性形变压迫摆动片与液冷腔外侧端壁抵接，从而使电磁铁吸附片短路丧失磁性，在触发腔底部气压和弹力弹簧的双重作用下将顶盖顶起，使充电腔上部完全与外部进行气体交换，进一步提升散热效果。

5.通过在充电腔内放置锂电池，使用锂电池进行充电作业，改变了原有电缆导电的充电方式，使充电桩无需在固定地点进行安装，其安装位置选择的自由度更高，提高用户的使用便捷度。

附图说明

图1为本发明实施例一的立体结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2 中A处的结构放大图；

图4为图2 中B处的结构放大图；

图5为图3 中C处的结构放大图；

图6为图2安装锂电池后的结构示意图；

图7为本发明实施例二温度控制方法流程图。

图中，充电桩外壳10；充电输出接口11；电磁铁吸附片12；充电腔13；气密腔14；顶盖20；竖直滑动板21；散热窗口22；散热风扇23；弹性摆动片30；气体导流腔31；连接软管32；液冷腔33；触发腔40；弹力弹簧41；限位弹簧42；限位腔43；限位卡块44；交换通道50；疏水透气膜式压力阀51；导气通道52；锂电池60。

具体实施方式

实施例一：

请参阅图1-6，本发明实施例的充电桩为电池换电式充电桩，该充电桩包括充电桩外壳10、顶盖机构、一对液冷机构和触发机构。充电桩外壳10内设置有开口朝上的充电腔13,充电腔13内竖直堆叠有至少三块通过电路连通的锂电池60，通过在充电腔13内放置锂电池60，使用锂电池60进行充电作业，改变了原有电缆导电的充电方式，使充电桩无需在固定地点进行安装，其安装位置选择的自由度更高，提高用户的使用便捷度。充电桩外壳10外部端面竖直并列设置有三个充电输出接口11，充电输出接口11用来将锂电池60电能转换至外部电动车。

顶盖机构设置在充电腔13上侧开口处，顶盖机构用来将锂电池60限制在充电腔13内部空间，顶盖机构包括电磁铁吸附片12、顶盖20、散热窗口22和散热装置，顶盖20水平放置在充电桩外壳10的上端面，电磁铁吸附片12固定在充电桩外壳10的上端面，电磁铁吸附片12通电后吸附顶盖20，限制顶盖20的竖直位移，散热窗口22设置在顶盖20中部并将顶盖20贯穿，使充电腔13与外部气体连通，散热装置通过制造压力差使充电腔13内的气体快速排出，该散热装置包括散热风扇23,散热风扇23由锂电池60的电力驱动，散热风扇23通电后始终处于工作状态。

充电腔13下方设置有气密腔14，一对液冷机构设置在充电腔13的两侧相对端壁内，气密腔14与液冷机构连通，触发机构设置在液冷机构上方并与顶盖机构连接，液冷机构将充电腔13内部热量通过液体散出至外界，触发机构在充电腔13内温度过高时将顶盖机构竖直弹出，使充电腔13上部完全与外部进行气体交换，进一步提升散热效果。该液冷机构包括弹性摆动片30、连接软管32、液冷腔33和连接通道，液冷腔33设置在充电腔13两相对端壁内，弹性摆动片30仅固定在液冷腔33下端壁，弹性摆动片30内设置有气体导流腔31, 弹性摆动片30上存在有若干缝隙，液冷腔33内液体可通过缝隙与气体导流腔31内液体进行交换，液冷腔33远离充电腔13一侧端壁和靠近充电腔13一侧端壁均设置有导电片，两个导电片分别与电磁铁吸附片12电路的正负极接通，弹性摆动片30为导电材质制成，液冷腔33上的两个导电片通过弹性摆动片30电性连接后形成闭合回路，将电磁铁吸附片12供电电路的正负极短路，使电磁铁吸附片12断电。连接软管32固定安装在弹性摆动片30上端，连接软管32远离弹性摆动片30的一端与触发机构连接，连接软管32将气体导流腔31与触发机构连通，连接通道设置在气密腔14与液冷腔33的连通处，连接通道用来控制气密腔14内气体通入液冷腔33和气体导流腔31内的通断，连接通道包括交换通道50、疏水透气膜式压力阀51和导气通道52，交换通道50将气密腔14和液冷腔33底部连通,疏水透气膜式压力阀51内设置有疏水透气膜，以阻挡液体通过，疏水透气膜式压力阀51固定安装在交换通道50内，疏水透气膜式压力阀51将气密腔14和液冷腔33密封，导气通道52的一端与疏水透气膜式压力阀51连接，导气通道52的另一端与气体导流腔31的底部连通。

触发机构包括竖直滑动板21、触发腔40、弹力弹簧41和限位装置。触发腔40设置在液冷腔33的正上方且开口朝上，竖直滑动板21竖直滑动设置于触发腔40内，竖直滑动板21与触发腔40的连接处密封，竖直滑动板21位于触发腔40之外的一端与顶盖20固定连接，弹力弹簧41的两端分别与竖直滑动板21下端面和触发腔40下端壁抵接，限位装置设置在触发腔40竖直的一侧端壁内，限位装置限制竖直滑动板21的竖直滑动，该限制装置包括限位弹簧42和限位卡块44，限位卡块44水平滑动设置于触发腔40竖直的一侧端壁内，限位卡块44延伸至触发腔40的一端延伸至竖直滑动板21内，在触发腔40端壁内滑动形成限位腔43，限位弹簧42的两端分别与限位卡块44位于限位腔43内的一端和限位腔43远离开口的一端抵接，限位卡块44延伸至触发腔40内的上下两侧为倾斜斜面。

充电桩使用前，锂电池60竖直并列堆叠在充电腔13内，液冷腔33内存满制冷液，该制冷液为绝缘液体，气密腔14内存有大量压缩气体，电磁铁吸附片12将顶盖20磁力吸附，散热风扇23与锂电池60通电，气体导流腔31内不存在气体，此时在液冷腔33内液体的压力下气体导流腔31竖直两侧端壁相互贴合。

充电桩使用时，用户通过充电输出接口11对电动车进行充电作业，散热风扇23持续工作进行散热作业，当锂电池60电量用尽后，工作人员手动使电磁铁吸附片12断电，而后手动将顶盖20竖直拉起，此时竖直滑动板21压迫限位卡块44的下端斜面将限位卡块44压入限位腔43内，从而使竖直滑动板21解除限位卡块44的限位限制，而后手动将充电腔13内的锂电池60取出并更换新的锂电池60，而后将顶盖20向下按压，使竖直滑动板21重新与限位卡块44卡接，而后工作人员手动使电磁铁吸附片12通电，而后用户即可通过充电输出接口11正常使用。

当充电腔13内的锂电池60散发热量过多时，此时充电腔13内温度升高，液冷腔33内靠近充电腔13一侧的液体温度高于远离充电腔13一侧的液体温度，一部分热量使气密腔14内温度升高，从而使气密腔14内气压升高，当气密腔14内气压高于疏水透气膜式压力阀51的限定气压后，气密腔14内气体一部分通过疏水透气膜式压力阀51进入液冷腔33内，另一部分通过导气通道52进入气体导流腔31内，进入液冷腔33内的气体形成气泡在液冷腔33快速上浮，从而对液冷腔33内部液体产生扰动作用，从而加速液冷腔33内高温部液体和低温部液体的交换；同时通过导气通道52进入气体导流腔31内部的气体将气体导流腔31撑开，此时气体导流腔31的两侧竖直端壁在瞬间向相互远离的方向移动，从而进一步对液冷腔33内液体进行扰动，从而进一步提高液冷腔33内高温液体和低温液体的交换速度，从而起到对充电腔13内降温的作用。进入液冷腔33内的气体逐渐通过弹性摆动片30上的缝隙并通过连接软管32进入触发腔40内，从而使触发腔40内气压升高，此时触发腔40内气压力逐渐升高，触发腔40内气压力与弹力弹簧41弹力之和始终大于限位卡块44与竖直滑动板21抵接时的摩擦力但小于限位卡块44与竖直滑动板21抵接时的摩擦力加上电磁铁吸附片12吸附力，当充电腔13内气压过大导致充电腔13内壁向外侧发生形变并推动弹性摆动片30与液冷腔33远离充电腔13一侧端壁抵接后，使电磁铁吸附片12电路正负极瞬间短路，此时电磁铁吸附片12断电，电磁铁吸附片12失去对顶盖20的磁性吸附力。此时触发腔40内气压力与弹力弹簧41弹力之和始终大于限位卡块44与竖直滑动板21抵接时的摩擦力，此时竖直滑动板21逐步向上移动，限位卡块44被压入限位腔43内，从而使竖直滑动板21脱离限制，此时竖直滑动板21在触发腔40内压力以及弹力弹簧41弹力作用下向上弹起，从而使充电腔13上方开口完全打开，此时充电腔13内向上散发的热量进一步散发，进一步完成对充电腔13内的降温作业。

当散热完毕后维护人员将顶盖20向下按压，从而使竖直滑动板21向下按压，此时竖直滑动板21向下重新与限位卡块44卡接，由于此时气密腔14内温度恢复正常，并由于液冷腔33内液体压力大于气密腔14内的气体压力，此时被压入液冷腔33内的气体向气密腔14的方向移动，通过气体导流腔31经由导气通道52进入疏水透气膜式压力阀51内，由于疏水透气膜式压力阀51隔绝液体进入，此时气体被重新压入气密腔14内存储。

本实施例具有如下技术效果：1.通过在液冷腔内加装冷却液，使充电腔内的热量及时通过液冷腔内的冷却液排出，提高了充电腔内的热量排出。2.将散热口设置在充电腔的上方，通过散热风扇实时将充电腔内热量带出，配合冷却液进行双重散热，使得散热效果更佳。3.通过设置摆动片，使原本长时间静置的冷却液在摆动片和气密腔通入的气体双重作用下提高冷却液内部的分子流动速率，从而使冷却液能够充分吸收充电腔所散发出的热量，提高散热效果。4.当充电腔温度持续升高，此时由气密腔进入液冷腔内的气体量升高使触发腔底部气压升高，同时充电腔的端壁向外侧发生弹性形变压迫摆动片与液冷腔外侧端壁抵接，从而使电磁铁吸附片短路丧失磁性，在触发腔底部气压和弹力弹簧的双重作用下将顶盖顶起，使充电腔上部完全与外部进行气体交换，进一步提升散热效果。5.通过在充电腔内放置锂电池，使用锂电池进行充电作业，改变了原有电缆导电的充电方式，使充电桩无需在固定地点进行安装，其安装位置选择的自由度更高，提高用户的使用便捷度。

实施例二：

与实施例一不同的是，结合图7所示，本实施例是基于物联网对充电桩温度进行控制，具体包括如下步骤：

S1、通过温度传感器实时检测充电桩的充电腔13内当前温度，并将其与第一温度阈值、第二温度阈值相比较，其中第二温度阈值大于第一温度阈值，具体设置值根据实际情况例如季节天气等，温度传感器可以设置为多组，其分布在充电腔13底壁和侧壁。

S2、若当前温度超过第一温度阈值时，判断充电腔13内锂电池60是否处于工作状态，且在充电腔13内锂电池60处于工作状态时启动散热风扇23，此为与实施例一的不同点，即本实施例散热风扇23并非一直开启以节约能源，实现了智能控温，其他与实施例一相同，而且这里散热风扇23由锂电池60驱动时不视为锂电池60处于工作状态；若充电腔13内锂电池60处于非工作状态时，则表明此时仅仅是环境温度略高，则不启动散热风扇23。

S3、若当前温度超过第二温度阈值时，判断充电腔13内锂电池60是否处于工作状态，且在充电腔13内锂电池60处于工作状态时还打开充电腔13顶部的顶盖20以实现快速降温，其打开方式同实施例一即为机械控温，在充电腔13内锂电池60处于非工作状态时仅启动散热风扇23。

如此所述，本实施例通过智能控制温与机械控温相结合，解决了现有技术对充电桩温度控制并不节能且控制效果也不佳的技术问题。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种充电桩，其特征在于，包括充电桩外壳（10）、顶盖机构、一对液冷机构和触发机构；

充电桩外壳（10）内设置有开口朝上的充电腔（13）,充电腔（13）内竖直堆叠有至少三块通过电路连通的锂电池（60），充电腔（13）下方设置有气密腔（14），一对液冷机构设置在充电腔（13）的两侧相对端壁内，气密腔（14）与液冷机构连通，顶盖机构设置在充电腔（13）上侧开口处，触发机构设置在液冷机构上方并与顶盖机构连接；

顶盖机构用来将锂电池（60）限制在充电腔（13）内部空间，液冷机构将充电腔（13）内部热量通过液体散出至外界，触发机构在充电腔（13）内温度过高时将顶盖机构竖直弹出。

2.根据权利要求1所述的一种充电桩，其特征在于，所述顶盖机构包括电磁铁吸附片（12）、顶盖（20）、散热窗口（22）和散热装置；

顶盖（20）水平放置在充电桩外壳（10）的上端面，电磁铁吸附片（12）固定在充电桩外壳（10）的上端面；电磁铁吸附片（12）通电后吸附顶盖（20），限制顶盖（20）的竖直位移；

散热窗口（22）设置在顶盖（20）中部并将顶盖（20）贯穿，使充电腔（13）与外部气体连通，散热装置通过制造压力差使充电腔（13）内的气体快速排出。

3.根据权利要求2所述的一种充电桩，其特征在于，所述散热装置包括散热风扇（23）。

4.根据权利要求1所述的一种充电桩，其特征在于，所述液冷机构包括弹性摆动片（30）、连接软管（32）、液冷腔（33）和连接通道；

液冷腔（33）设置在充电腔（13）两相对端壁内，弹性摆动片（30）仅固定在液冷腔（33）下端壁，弹性摆动片（30）内设置有气体导流腔（31）,连接软管（32）固定安装在弹性摆动片（30）上端，连接软管（32）远离弹性摆动片（30）的一端与触发机构连接，连接软管（32）将气体导流腔（31）与弹射装置连通；

连接通道设置在气密腔（14）与液冷腔（33）的连通处，连接通道用来控制气密腔（14）内气体通入液冷腔（33）和气体导流腔（31）内的通断。

5.根据权利要求4所述的一种充电桩，其特征在于，所述连接通道包括交换通道（50）、疏水透气膜式压力阀（51）和导气通道（52）；

交换通道（50）将气密腔（14）和液冷腔（33）底部连通，疏水透气膜式压力阀（51）固定安装在交换通道（50）内，疏水透气膜式压力阀（51）将气密腔（14）和液冷腔（33）密封，导气通道（52）的一端与疏水透气膜式压力阀（51）连接，导气通道（52）的另一端与气体导流腔（31）的底部连通。

6.根据权利要求4所述的一种充电桩，其特征在于，所述触发机构包括竖直滑动板（21）、触发腔（40）、弹力弹簧（41）和限位装置；

触发腔（40）设置在液冷腔（33）的正上方且开口朝上，竖直滑动板（21）竖直滑动设置于触发腔（40）内，竖直滑动板（21）与触发腔（40）的连接处密封，竖直滑动板（21）位于触发腔（40）之外的一端与顶盖机构固定连接，弹力弹簧（41）的两端分别与竖直滑动板（21）下端面和触发腔（40）下端壁抵接；

限位装置设置在触发腔（40）竖直的一侧端壁内，限位装置限制竖直滑动板（21）的竖直滑动，液体无法通过液冷腔（33）进入气密腔（14）内。

7.根据权利要求1所述的一种充电桩，其特征在于，所述限制装置包括限位弹簧（42）和限位卡块（44）；

限位卡块（44）水平滑动设置于触发腔（40）竖直的一侧端壁内，限位卡块（44）延伸至触发腔（40）的一端延伸至竖直滑动板（21）内，在触发腔（40）端壁内滑动形成限位腔（43），限位弹簧（42）的两端分别与限位卡块（44）位于限位腔（43）内的一端和限位腔（43）远离开口的一端抵接；

限位卡块（44）延伸至触发腔（40）内的上下两侧为倾斜斜面。

8.根据权利要求4所述的一种充电桩，其特征在于，所述弹性摆动片（30）上存在有若干缝隙，液冷腔（33）内液体可通过缝隙与气体导流腔（31）内液体进行交换。

9.根据权利要求1所述的一种充电桩，其特征在于，所述充电桩外壳（10）外部端面竖直并列设置有三个充电输出接口（11），充电输出接口（11）用来将锂电池（60）电能转换至外部电动车。

10.根据权利要求4所述的一种充电桩，其特征在于，所述液冷腔（33）远离充电腔（13）一侧端壁和靠近充电腔（13）一侧端壁均设置有导电片，两个导电片分别与电磁铁吸附片（12）电路的正负极接通，弹性摆动片（30）为导电材质制成。

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