CN114242328A - 一种液冷充电枪及线缆用液冷源 - Google Patents

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Abstract

一种液冷充电枪及线缆用液冷源，包括冷却单元、动力单元、机箱、直流电源、控制单元；该液冷充电枪及线缆用液冷源去除了传统的储液箱结构，在冷却单元中设置了多个微通道散热器，利用多个微通道散热器及管路存储冷却液，因此具有体积小巧的优点，可使液冷源完美集成在充电桩内部；另外冷却单元中设置的微通道散热器具有极佳的散热性能，在较小功率散热风扇的驱动下，即可达到良好的散热效果，因此充电桩长时间工作时冷却液的温度也会得到良好控制，可长时间持续有效对充电枪的导电端子及线缆的导体进行液冷降温，充分满足了超级快速充电系统对液冷源的体积、降温效率、工作能耗、及工作可靠性的要求。

Description

一种液冷充电枪及线缆用液冷源
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种液冷充电枪及线缆用液冷源。
背景技术
电动汽车因无尾气排放，不污染环境的优点而得到快速发展，成为汽车领域未来的发展方向。目前制约电动汽车发展的因素主要有两个：一是电池续航能力短；二是充电用时长。电池续航能力短的问题需通过锂电池技术的发展，提高锂电池能量密度来解决，但相应的也进一步延长了锂电池的充电时间。
采用大电流快速充电可显著缩短锂电池的充电时间，但过大的充电电流会导致充电枪的导电端子及线缆的导体发热严重，使用液冷技术可以解决充电枪导电端子及线缆导体承载大电流充电时的高温问题，但相应的必须配套使用充电枪及线缆的专用液冷源，才可以保证直流液冷充电枪及线缆承载500A-1200A范围内的充电电流而不致过热，但目前缺少专门配套用于充电枪及线缆的专用液冷源。
现有的液冷源是用微型液压站代用的，微型液压站的结构包括储油箱、动力泵、散热片、风扇；其中储油箱在微型液压站的下部，它所占的空间大约是整个微型液压站体积的三分之一，因此导致现有液冷源存在整体体积大的问题，无法集成在充电桩内部；同时现有液冷源在工作过程中，还存在散热效果不佳、功耗高的问题，连续工作时冷却液的温度会持续升高，无法有效对充电枪的导电端子及线缆的导体有效降温，因此导致充电系统的可靠性较低。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种液冷充电枪及线缆用液冷源，包括冷却单元、动力单元、机箱、直流电源、控制单元；该液冷充电枪及线缆用液冷源，其特点是去除了传统的储液箱结构，在冷却单元中设置了多个微通道散热器，利用多个微通道散热器的微通道及液冷线缆的管路存储的冷却液，让冷却液加速循环流动进行快速冷热交换，达到理想的液冷降温效果。因此具有体积小巧的优点，可使液冷源完美集成在充电桩内部；另外冷却单元中设置的微通道散热器具有极佳的散热性能，用较小功率散热风扇的驱动，即可达到良好的散热效果，因此在充电过程中可持续有效对充电枪的导电端子及线缆导体进行液冷降温，极大提高了充电系统的稳定性和可靠性。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种液冷充电枪及线缆用液冷源，包括冷却单元、动力单元、机箱、直流电源、控制单元；机箱包括机箱顶板、机箱右侧板、机箱左侧板、机箱底板、冷却单元支撑板；机箱顶板、冷却单元支撑板通过丝杆固定连接，构成冷却单元固定架；机箱右侧板、机箱左侧板、机箱底板固定连接，构成机箱支撑架；冷却单元固定架与机箱支撑架固定连接，构成机箱；液冷充电枪及线缆用液冷源在实际装配时，首先将冷却单元固定设置在冷却单元固定架中，动力单元固定设置在冷却单元支撑板的下面，使冷却单元、动力单元、支撑架三为一体，然后再将冷却单元固定架与机箱支撑架固定连接，此种结构具有装配简单、组装效率高的优点；直流电源、控制单元分别固定设置在机箱右侧板和左侧板的外面；冷却单元与动力单元通过冷却液管路连接，液冷源上的液冷线缆进液管和液冷线缆出液管均设置有阀门接头，阀门接头分别连接充电枪的正负电缆电极的进液口和出液口。直流电源、控制单元、动力单元电性连接。
当充电桩给电动汽车充电时，液冷源的控制单元接到充电桩的指令，液冷源的控制单元启动动力单元，驱动冷却液经液冷源上连接的液冷线缆进液管进入充电枪的DC+液冷线缆，到达充电枪的DC+端子内部，然后进入充电枪的DC-端子后返流到DC-液冷线缆，带热的冷却液经液冷线缆出液管回到液冷源的冷却单元散热冷却后，又到液冷源的动力单元，液泵驱动冷却液周而复始的在液冷充电枪及线缆和液冷源之间循环流动进行冷热交换，持续对充电枪的导电端子及线缆导体进行液冷降温，使充电枪的导电端子及线缆的导体承载600A的充电电流不会过热，其温升始终保持在40K以下，从根本上解决了大电流超级快速充电时充电枪导电端子及线缆导体发热的高温问题。
进一步的，冷却单元包括散热模组A、散热模组B、散热风扇。散热风扇固定设置在散热模组A与散热模组B之间；散热风扇工作时，其进风及出风均通过散热模组，充分利用了流动气流带出散热模组的热，因此具有较高的热交换效率。
进一步的，散热模组A、散热模组B均包括两个微通道散热器，两个微通道散热器以上下叠置的方式固定连接；散热模组A、散热模组B各设置两个微通道散热器，其目的是因为在本液冷源的结构设计中，取消了储液箱，为保证液冷充电枪及线缆用液冷源有适量的冷却液，因此在散热模组A、散热模组B各设置两个微通道散热器；另外，设置多个微通道散热器可以在有限的体积内相应增加了散热面积，使其具有极佳的散热效果，实现了液冷源的小体积和散热效果的完美统一，因此使液冷源可以集成在充电桩内部使用。
散热模组A上设有散热模组A进液口、排气口、散热模组A液路串接口、散热模组A出液口；散热模组A进液口连接液冷线缆出液管，液冷线缆的出液管在与液冷线缆连接端设有阀门接头，散热模组A上的排气口固定设置有排气阀门，散热模组A液路串接口通过冷却液管路连接，散热模组A出液口通过冷却液管路连接至散热模组B；散热模组B上设有散热模组B进液口、散热模组B液路串接口、散热模组B出液口；散热模组B进液口通过冷却液管路与散热模组A出液口连接，散热模组B液路串接口通过冷却液管路连接，散热模组B出液口通过冷却液管路与动力单元连接。
在充电过程中液冷充电枪及线缆流出的高温冷却液，从散热模组A进液口进入第一个微通道散热器，第一次经散热风扇和散热器片对流散热冷却后，经散热模组A液路串接口进入模组A的第二个微通道散热器，第二次经散热风扇和散热器片对流散热冷却后进入模组B的第一个微通道散热器，第三次经散热风扇和散热器片对流散热冷却后，经散热模组B液路串接口进入模组B的第二个微通道散热器，第四次经散热风扇和散热器片对流散热冷却，完成冷却液在散热模组A和模组B中的连续四次循环降温；降温后的冷却液从散热模组B出液口流出，进入动力单元，动力单元驱动经四次降温后的冷却液周而复始连续不断对充电枪的导电端子及线缆导体液冷降温，一直到充电完成。
进一步的，动力单元包括电机、液泵，电机与控制单元电性连接；电机、液泵传动连接；液泵上设有进液口、出液口；进液口设置有液泵进液接头A、液泵进液接头B，液泵进液接头A与液泵进液口连接，液泵进液接头B与液泵进液接头A连接，液泵进液接头B设有两个接口，其中一个接口与散热模组B出液口通过冷却液管路连接，液泵进液接头B的另一个接口连接加液管，加液管端部连接有加液阀门，加液阀门固定于机箱顶板；液泵出液口设置连接有液泵出液接头，液泵出液接头连接液泵出液管，液泵出液管的另一端设有液泵出液管接头，液泵出液管接头固定于机箱顶板，液冷线缆进液管连接于液泵出液管接头；液冷线缆进液管与液冷线缆的电极连接部位设有阀门接头。
进一步的，散热模组A的散热模组A进液口附近固定设置有温度传感器，其与控制单元电性连接。
进一步的，液泵的出液口设置有压力传感器，其与控制单元电性连接。
进一步的，控制单元与充电桩电性连接和通信连接。
进一步的，液冷源内部的冷却液管路采用聚四氟乙烯波纹管；液泵出液管、液冷源连接液冷线缆的进液管和出液管采用聚四氟乙烯波纹管，波纹管外壁设置有阻燃玻璃纤维网。
进一步的，机箱前后均设置有防护板，防护板上阵列设置有通孔。
进一步的，冷却液选用变压器油、硅油、电子氟化液、乙二醇防冻液中的一种。
当充电桩的液冷充电枪插入电动汽车的充电插座充电准备就绪，充电桩发出指令给液冷源的控制单元，液冷源的控制单元启动液泵工作，液泵驱动系统中的冷却液流动，冷却液经过液冷枪的线缆导体和液冷枪的端子，带热的冷却液流出液冷线缆，回到液冷源的冷却单元散热后又回到液泵，液泵驱动冷却液周而复始的循环流动，在液冷充电枪及线缆和液冷源之间进行冷热交换，一直到充电完成。液冷源上的温度传感器检测冷却液流出液冷线缆的温度，液冷源的控制单元根据冷却液流出液冷线缆的温度来控制电机和散热风扇转速，当温度超过设定温度时，控制单元会控制提高电机的转速和风扇的转速，来加大冷却液的循环流量和通过散热模组A和散热模组B的风量，从而提高散热效果，确保从液冷线缆流出的冷却液带热温度低于55°C，此控制过程采用闭环PID控制；很好的解决了大电流超级快速充电过程中充电枪端子及线缆导体的高温问题。压力传感器用于监测系统的压力，防止冷却液压力过高，造成液冷源出现管路故障。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种液冷充电枪及线缆用液冷源，包括冷却单元、动力单元、机箱、直流电源、控制单元；该液冷充电枪及线缆用液冷源，最大的特点是不设储液箱，因此具有体积小巧的优点，可使液冷源完美集成在充电桩内部；另外冷却单元中设置的微通道散热器具有极佳的散热性能，利用微通道散热器和液冷线缆中存储的极少冷却液，在较小功率的动力泵和散热风扇的驱动下，在闭环系统中周而复始极快的冷热交换即可达到极佳的散热效果，不仅解决了大电流超级快速充电高温问题，同时满足了充电系统对液冷源的体积、降温效率、工作能耗、及工作可靠性的要求。
附图说明
图1为液冷充电枪及线缆用液冷源外观示意图；
图2为液冷充电枪及线缆用液冷源整体结构示意图；
图3为机箱结构示意图；
图4为冷却单元结构爆炸示意图；
图5为冷却单元结构示意图一；
图6为冷却单元结构示意图二；
图7为动力单元结构示意图。
图中：1、冷却单元；1.1、散热模组A；1.1.1、散热模组A进液口；1.1.2、温度传感器；1.1.3、排气口；1.1.3.1、排气阀门；1.1.4、散热模组A液路串接口；1.1.5、散热模组A出液口；1.2、散热模组B；1.2.1、散热模组B进液口；1.2.2、散热模组B液路串接口；1.2.3、散热模组B出液口；1.3、散热风扇；2、动力单元；2.1、电机；2.2、液泵；2.2.1、液泵进液接头A；2.2.2、液泵进液接头B；2.2.3、液泵出液接头；2.2.4、压力传感器；3、机箱；3.1、机箱顶板；3.2、机箱右侧板；3.3、机箱左侧板；3.4、机箱顶板；3.5、冷却单元支撑板；4、直流电源；5、控制单元。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
一种液冷充电枪及线缆用液冷源，包括冷却单元1、动力单元2、机箱3、直流电源4、控制单元5；机箱3包括机箱顶板3.1、机箱右侧板3.2、机箱左侧板3.3、机箱底板3.4、冷却单元支撑板3.5；机箱顶板3.1、冷却单元支撑板3.5通过丝杆固定连接，构成冷却单元固定架；机箱右侧板3.2、机箱左侧板3.3、机箱底板3.4固定连接，构成机箱支撑架；冷却单元固定架与支撑架固定连接，构成机箱3；机箱3前后设置有防护板，防护板上阵列设置有通孔；动力单元2固定设置在冷却单元支撑板3.5的下面；
冷却单元1包括散热模组A1.1、散热模组B1.2、散热风扇1.3，散热风扇1.3固定设置在散热模组A1.1与散热模组B1.2之间；散热模组A1.1、散热模组B1.2均包括两个微通道散热器，两个微通道散热器以上下叠置的方式固定连接；散热模组A1.1上设有散热模组A进液口1.1.1、排气口1.1.3、散热模组A液路串接口1.1.4、散热模组A出液口1.1.5；散热模组A进液口1.1.1液冷线缆出液管，液冷线缆出液管的端部设有阀门接头，散热模组A进液口1.1.1附近固定设置有温度传感器1.1.2。排气口1.1.3设置有排气阀门1.1.3.1，散热模组A液路串接口1.1.4通过冷却液管路连接，散热模组A出液口1.1.5通过冷却液管路连接至散热模组B1.2；散热模组B1.2上设有散热模组B进液口1.2.1、散热模组B液路串接口1.2.2、散热模组B出液口1.2.3；散热模组B进液口1.2.1通过冷却液管路与散热模组A出液口1.1.5连接，散热模组B液路串接口1.2.2通过冷却液管路连接，散热模组B出液口1.2.3通过冷却液管路与动力单元2连接，冷却单元1固定设置在冷却单元固定架中；
动力单元2包括电机2.1、液泵2.2，电机2.1与控制单元5电性连接，电机2.1、液泵2.2传动连接；液泵2.2上设有进液口、出液口；进液口设置有液泵进液接头A2.2.1、液泵进液接头B2.2.2；进液接头A2.2.1一端连接液泵进液口，另外一端连接液泵进液接头B2.2.2，液泵进液接头B2.2.2上设有两个接口，其中一个接口通过冷却液管路连接散热模组B出液口1.2.3；液泵进液接头B2.2.2另外一个接口连接加液管，加液管的端部设有加液阀门1.5，加液阀门1.5固定于机箱顶板3.1；液泵出液口设置连接有液泵出液接头2.2.3，液泵出液接头2.2.3连接至液泵出液管接头，液泵出液管接头固定于机箱顶板3.1，液冷线缆进液管与液泵出液管接头连接，液冷线缆进液管与液线缆接触端设有阀门接头；液泵2.2的出液口设置有压力传感器2.2.4；
冷却单元1固定设置在冷却单元固定架中，动力单元2设置固定在冷却单元支撑板3.5的下面，使冷却单元1、动力单元2、支撑架三为一体，然后再将冷却单元固定架与机箱支撑架固定连接；
直流电源4、控制单元5分别固定设置在机箱右侧板3.2和机箱左侧板3.3的外侧面；冷却单元1与动力单元2通过冷却液管路连接；直流电源4、与散热风扇1.3电性连接；控制单元5与动力单元2和直流电源4电性连接；控制单元5与充电桩通信连接；
液冷源内部的冷却液管路采用聚四氟乙烯波纹管；液冷线缆进液管2.2.7、液冷线缆出液管1.1.7采用聚四氟乙烯波纹管，波纹管外壁设置有阻燃玻璃纤维网。
液冷系统中冷却液的加注：首先将液冷源上连接的液冷线缆进液管2.2.7上的端部接头阀门2.2.8连接DC+液冷线缆电极的进液口，打开液冷线缆进液管的阀门2.2.8；液冷源上连接的液冷线缆出液管1.1.7，其端部接头阀门1.1.8连接DC-液冷线缆电极的出液口，打开液冷线缆出液管的阀门1.1.8；打开液冷源的排气阀门1.1.3.1；打开加液阀门1.5；加液阀门1.5和排气阀门1.1.3.1上分别连接临时用加液软管；加液阀门1.5上的加液软管插入容器的冷却液中，排气阀门1.1.3.1上的加液软管插入容器与冷却液不接触，启动液泵2.2，液泵2.2会自动把冷却液吸入系统中，一直到排气阀门1.1.3.1上连接的软管有冷却液满管流出，然后关闭排气阀门1.1.3.1和加液阀门1.5，加液完成取下临时用的加液软管。液冷源冷却模组A、冷却模组B、管路、液冷充电枪及线缆均充满了冷却液。
在电动汽车充电前液冷源先开启液泵2.2和风扇1.3，液冷源的液泵2.2驱动系统中的冷却液在闭环系统中流动，流动的冷却液由液冷源的液冷线缆进液管2.2.7进入DC+液冷线缆，到充电枪的DC+端子，再到充电枪DC-端子，然后回流到DC-电缆，带热的冷却液经DC-电极出液口连接的液冷线缆出液管1.1.7回到液冷源的散热模组A 1.1的第一个微通道散热器，再经散热模组A1.1液路串接口1.1.4进入第二个微通道散热器，完成冷却液在散热模组A中散热降温；从散热模组A1.1出液口流出的冷却液进入散热模组B的第一个微通道散热器，再经散热模组B液路串接口进入第二个微通道散热器，完成冷却液在散热模组B1.2中的再次散热降温后回到液泵2.2；液泵驱动冷却液在液冷线缆和充电枪及液冷源之间周而复始的循环流动进行冷热交换，对充电枪的导电端子及线缆的导体进行液冷降温，充电过程中保证充电枪的导电端子及线缆导体的温度始终保持在55°C以下，一直到完成充电。
充电过程中，液冷源的压力传感器2.2.4、温度传感器1.1.2动态监测液冷源的工作状态，并将工况信息传递到充电桩的控制系统，无论是液冷源的系统压力还是冷却液的温度出现异常，充电桩都会中断电动汽车充电，保证充电系统的安全。充电的过程中充电枪的导电端子和线缆导体的温升始终保持在40K以下，从液冷线缆流出的冷却液的温度低于55°C，确保充电系统安全可靠的运行。
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.种液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：包括冷却单元（1）、动力单元（2）、机箱（3）、直流电源（4）、控制单元（5）；
机箱（3）包括机箱顶板（3.1）、机箱右侧板（3.2）、机箱左侧板（3.3）、机箱底板（3.4）、冷却单元支撑板（3.5）；机箱顶板（3.1）、冷却单元支撑板（3.5）通过丝杆固定连接，构成冷却单元固定架；机箱右侧板（3.2）、机箱左侧板（3.3）、机箱底板（3.4）固定连接，构成支撑架；冷却单元固定架与支撑架固定连接，构成机箱（3）；
冷却单元（1）固定设置在冷却单元固定架中；动力单元（2）固定设置在冷却单元支撑板（3.5）的下面；直流电源（4）、控制单元（5）分别固定设置在机箱右侧板（3.2）、机箱左侧板（3.3）的外侧面；冷却单元（1）与动力单元（2）通过冷却液管路连接；直流电源（4）、控制单元（5）、动力单元（2）电性连接。
2.根据权利要求1所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：冷却单元（1）包括散热模组A（1.1）、散热模组B（1.2）、散热风扇（1.3）；散热风扇（1.3）固定设置在散热模组A（1.1）与散热模组B（1.2）之间。
3.根据权利要求2所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：散热模组A（1.1）、散热模组B（1.2）均包括两个微通道散热器，两个微通道散热器以上下叠置的方式固定连接；
散热模组A（1.1）上设有散热模组A进液口（1.1.1）、排气口（1.1.3）、散热模组A液路串接口（1.1.4）、散热模组A出液口（1.1.5）；散热模组A进液口（1.1.1）用于连接液冷线缆出液管；排气口（1.1.3）固定设置有排气阀门（1.1.3.1）；散热模组A液路串接口（1.1.4）通过冷却液管路连接；散热模组A出液口（1.1.5）通过冷却液管路连接至散热模组B（1.2）；
散热模组B（1.2）上设有散热模组B进液口（1.2.1）、散热模组B液路串接口（1.2.2）、散热模组B出液口（1.2.3）；散热模组B进液口（1.2.1）通过冷却液管路与散热模组A出液口（1.1.5）连接；散热模组B液路串接口（1.2.2）通过冷却液管路连接；散热模组B出液口（1.2.3）通过冷却液管路与动力单元（2）连接。
4.根据权利要求3所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：动力单元（2）包括电机（2.1）、液泵（2.2）；电机（2.1）与控制单元（5）电性连接，电机（2.1）与液泵（2.2）传动连接；液泵（2.2）上设有进液口、出液口；进液口设置有液泵进液接头A（2.2.1）、液泵进液接头B（2.2.2）；进液接头A（2.2.1）一端连接液泵进液口，另外一端连接液泵进液接头B（2.2.2），液泵进液接头B（2.2.2）上设有两个接口，其中一个接口通过冷却液管路连接散热模组B出液口（1.2.3），液泵进液接头B（2.2.2）另外一个接口连接加液管，加液管的端部设有加液阀门，加液阀门固定于机箱顶板（3.1）；液泵出液口设置连接有液泵出液接头（2.2.3），液泵出液接头（2.2.3）与液冷线缆进液管连接。
5.根据权利要求3所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：散热模组A（1.1）的散热模组A进液口（1.1.1）附近固定设置有温度传感器（1.1.2），其与控制单元（5）电性连接。
6.根据权利要求4所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：液泵（2.2）的出液口设置有压力传感器（2.2.4），其与控制单元（5）电性连接。
7.根据权利要求5或6所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：控制单元（5）与充电桩电性连接和通信连接。
8.根据权利要求4所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：液冷源内部的冷却液管路采用聚四氟乙烯波纹管，波纹管的外壁设置有阻燃玻璃纤维网。
9.根据权利要求1所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：机箱（3）前后设置有防护板，防护板上阵列设置有通风孔。
10.根据权利要求3所述液冷充电枪及线缆用液冷源，其特征是：冷却液可选用变压器油、硅油、电子氟化液、乙二醇防冻液中的一种。
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