CN117400762A - 一种全浸没液冷的大功率充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全浸没液冷的大功率充电系统，包括充电桩、充电枪和充电线缆，所述充电枪通过充电线缆与充电桩连接，所述充电桩包括充电模块、冷却模块、总线模块和控制模块，所述总线模块包括供电总线、通讯总线和输出总线和液冷总线，所述液冷总线包括两路流路，一路流向充电模块内对充电模块内部的功率组件进行浸没液冷，另外一路经充电线缆流向充电枪，对充电线缆以及充电枪、充电插座的插针插孔连接处进行浸没液冷。本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，将充电模块、充电线缆和充电枪均采用浸没液冷方式散热的单相的全浸没液冷的结构，提高系统的散热效率，确保高功率充电时各部件的温度在可控范围内，提高了系统的可靠性和性能。

Description

一种全浸没液冷的大功率充电系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车直流充电桩技术领域，特别涉及一种全浸没液冷的大功率充电系统。

背景技术

充电焦虑是影响新能源汽车发展和普及的主要原因之一，大功率快速充电技术具有功率高、充电时间短等优点，近年来发展迅猛，已成为国际研究热点之一。当大功率充电设备处于高电压、大电流工况时，充电桩内的充电模块(电压转换和整流模块)、充电线缆和充电枪等元器件会产生较大的热量，若系统散热能力不足，设备温升会在短时间内迅速增加引起热安全问题，难以满足长时间连续使用的要求。

目前，通常采用空气冷却(风冷)的方式对充电设备进行散热。在风冷方式中，风扇高速转动产生气流，使气流快速经过发热器件的表面，从而带走热量。然而，这种方式的散热能力有限，且容易在电子器件表面积灰，影响设备可靠性和寿命。此外，风扇高速运转会产生很大的噪音，影响用户的充电体验。

液体冷却技术指通过液体工质与热源直接或间接接触带走热量的冷却方式，较空气冷却而言，具有更高的换热系数，具备解决高电压、大电流、高功率应用场景精准温控问题的潜力。目前，国内外多家新能源汽车供应商已推出自己的“液冷超充”解决方案。

如中国专利CN219600949U公开的一种大功率液冷超级充电桩，该专利所述一种在充电插针内部同轴心安装液冷管道的充电枪和充电线缆结构，液冷管道和充电插针之间填充有金刚石-铜合金复合材料，通过绝缘硅油在通道内循环流动带走充电插针的热量。

上述专利中充电模块仍采用风冷模块。针对充电桩内部功率模块的散热，中国专利CN 115891709A所述一种充电设备和充电系统，充电模块内的功率组件通过液冷板进行散热，液冷板和外壳围成用于容纳电路板组件的密闭空间，防止外界的灰尘、水汽等杂质对电路板组件产生影响，能提升充电设备的工作安全性和可靠性。另外，该专利中通过一种柔性导热材料传递不同充电模块之间的热量，提升整体散热性能。

上述专利以及大部分该技术领域的相关技术均采用间接式的冷却方式，相较于直接接触式的浸没液冷而言，间接式冷却方式可以采用热物性更好、成本更低的非绝缘工质(如水)，但冷却管道与发热部件增加了隔离层的热阻，降低了散热性能，还存在冷却液泄露隐患。

中国实用新型专利CN213880694U公开的一种液冷充电桩，该专利所述一种浸没PCB板和发热元件的功率模块，属于浸没液冷功率模块的一种实现方式，但该专利仅着眼于功率模块，并未提及冷却液的工作流程及实现方式，也并未考虑充电桩、线缆和充电枪的冷却方式。

中国专利CN115009066A公开了一种浸泡式超级充电桩的一体化冷却系统及方法，该专利提出了一种直接将功率模块放置于相变冷却液箱中的充电系统，利用工质相变带走热量，该系统属于相变浸没液冷充电系统，但该系统的充电线缆仍用间接式冷却，即在充电电芯之间额外铺设冷却液管路，其换热性能相较于直接浸没冷却较差，相同充电电流工况下，需要使用更粗的电缆。此外，相变系统存在压力波动大、控制难、易泄漏等技术难题，实施难度大。

鉴于大功率充电系统的散热需求和技术的可行性，单相的全浸没液冷充电系统具有较大的市场潜力，所述单相，指的是本系统冷却液仅在液相工作，不产生蒸气，目前在现有技术中,还未有专利或文献记载相关方案。

这些问题表明当前技术在大功率充电系统的散热方面还存在一些挑战，需要进一步的研究和创新来解决这些问题，以推动新能源汽车充电技术的发展和普及。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种全浸没液冷的大功率充电系统，公开了一种充电模块、充电线缆和充电枪均采用浸没液冷方式散热的单相的全浸没液冷的大功率充电系统，确保充系统的高功率充电时各部件的温度在可控范围内，安全可靠，容易实施。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全浸没液冷的大功率充电系统，包括充电桩、充电枪和充电线缆，所述充电枪通过充电线缆与充电桩连接，所述充电桩包括：

充电模块，用于将市电输入转化为待充电所需的电压和功率；

冷却模块，包括储液池和动力泵和换热装置，在所述储液池内设置绝缘冷却工质；

总线模块，包括供电总线、通讯总线和输出总线和液冷总线，所述供电总线为系统输入端，所述输出总线为系统输出端，所述通讯总线连接充电桩内的传感器与控制单元，进行充电模块内部数据读取与设备控制，所述液冷总线包括回液管和进液管，所述进液管包括两路流路，一路流向充电模块内对充电模块内部的功率组件进行浸没液冷，另外一路经充电线缆流向充电枪，对充电线缆以及充电枪、充电插座的插针插孔连接处进行浸没液冷，两路流路经回液管汇总后经换热装置作用返回至储液池；

控制模块，用于监控统各部件参数并进行智能调控，同时将参数传递给管理者和用户。

进一步的，所述充电枪为浸没液冷充电枪，所述充电枪至少包括充电枪外壳、充电芯插孔和信号芯插孔，所述充电枪外壳与所述充电插座的插针护套采用活塞式密封结构密封连接，所述充电插座的插针与所述充电枪的充电芯插孔、信号芯插孔插接连接，所述充电芯插孔为内外层结构，外层结构为外护套以及外护套外侧的密封圈，内层结构为电芯插接孔和弹簧密封销子，外护套的内壁面和电芯插接孔的外壁面构成一圆环状通道，所述弹簧密封销子在插针的挤压下将该圆环状通道与充电线缆中的冷却液通道连通，所述弹簧密封销子在自然状态下复位将该圆环状通道与冷却液通道断开。

进一步的，所述充电线缆为浸没液冷充电线缆，所述充电线缆至少包括两个液冷电芯通道和一根信号电芯。

进一步的，所述充电线缆包括外保护层、冷却液通道和电芯，所述电芯包括充电电芯和信号电芯，所述充电电芯的外侧通过柔性绝缘材料做柔性固定并浸没在冷却液通道中，在所述外保护层内壁与冷却液通道、信号电芯之间填充柔性绝缘材料，所述充电电芯包括充电电芯正极和充电电芯负极，在所述充电电芯正极和所述充电电芯负极的外侧均设置冷却液通道。

进一步的，所述充电模块包括连接背板和外壳，所述外壳和连接背板围成密闭的液冷容纳腔，所述功率组件设置在该液冷容纳腔内部，所述充电模块的对外接口设置在所述连接背板上。

进一步的，所述总线模块设置在所述充电桩内部，所述充电模块从充电桩前端沿具有导向功能的滑轨被推入充电桩，在所述总线模块上设置有与连接背板上对外接口对应的连接口，所述总线模块上的连接口与所述连接背板上的对外接口采用盲插连接结构对应连接。

进一步的，所述充电模块的对外接口包括第一盲插快速连接器、盲插网口、盲插输出电源插头、盲插取电插头和第二盲插快速连接器，所述总线模块对应设置第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口，所述第一盲插快速连接器与所述第一接口盲插连接、所述第二盲插快速连接器与所述第五接口盲插连接进行充电模块液冷容纳腔内液冷流体的流入和流出，所述盲插网口与所述第二接口盲插连接进行通信连接，所述盲插输出电源插头与所述第三接口盲插连接、所述盲插取电插头与所述第四接口盲插连接进行电气连接。

进一步的，所述充电桩上设置出线箱，所述出线箱用于将充电电芯、信号线、冷却工质管路封装为至少一根充电线缆并从出线箱伸出连接至充电枪。

进一步的，在所述进液管和充电模块、进液管和出线箱之间有第一调节阀，所述第一调节阀用于调节进入每个充电模块和充电线缆的绝缘冷却工质流量。

进一步的，所述冷却模块中的换热装置包括风机和风液换热器盘管，所述风机用于对风液换热器盘管处的绝缘冷却工质进行换热；或者，所述冷却模块中的换热装置包括液液换热器和外置冷源，外置冷源的冷却流体与液液换热器中的绝缘冷却工质热流体换热，经冷却模块中的换热装置换热后的绝缘冷却工质流向储液池，在所述储液池上设置气压平衡阀。

相对于现有技术，本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统具有以下优势：

(1)本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，将充电模块、充电线缆和充电枪均采用浸没液冷方式散热的单相的全浸没液冷的大功率充电系统，提高系统的散热效率，确保高功率充电时各部件的温度在可控范围内，实现了对大功率充电系统的高效散热和智能管理，提高了系统的可靠性和性能。

(2)本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，通过优化带有密封功能的浸没液冷充电枪结构，通过充电枪外壳与充电插座的插针护套之间采用活塞式密封结构密封连接，确保连接点的密封性，防止液冷流体泄漏，结合插针挤压弹簧密封销子打开充电枪内液体通路以及弹簧密封销在自然状态下复位关闭充电枪内液体通路的设计，使得液冷系统能够在充电时开启，而在非充电下关闭，实现了对液冷流体的有效控制，结构紧凑，减少零部件的设置，确保充电过程安全可靠，同时提高设备的性能和寿命。

(3)本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，通过在充电电芯的正极和负极外侧各设置一个冷却液通道，结合充电枪与充电插座连接处密封形成液冷流体的流动流道，能够有效地带走充电电芯在工作过程中产生的热量，降低充电电芯的温度，提高散热效果，有助于维持充电系统的稳定性和安全性。

(4)本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，通过采用模块化易插拔的连接结构进行充电模块与充电桩上总线模块的连接，使得充电模块能够快速、轻松地安装到或从充电桩中移除，提高了系统的易用性和维护性，同时。将连接背板作为对外接口的集中位置，简化了系统的安装和维护，便于总线模块上的连接口与所述连接背板上的对外接口的对准装配，减少了安装过程中的复杂性，使得连接过程更为便捷，同时确保了可靠的连接。

(5)本发明所述的全浸没液冷的大功率充电系统，通过出线箱实现电和液冷工质的整合，形成至少一根充电线缆，既提高线缆的耐久性和安全性，防止外部环境对其中的组件造成损害，又保证了充电线缆以及充电枪冷却散热的可靠性，维持充电设备的温度在安全范围内，提高了充电效率和设备寿命。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请所述全浸没液冷的大功率充电系统的结构性示意图；

图2是本申请所述充电模块一种实现方式的部分剖视结构示意图；

图3是本申请所述浸没液冷充电桩的一种实现方式中总线模块的各接口与充电模块连接背板上各连接器的连接性示意图；

图4是本申请所述浸没液冷充电枪的结构性示意图；

图5是本申请所述浸没液冷充电枪与新能源汽车充电插针的连接性示意图；

图6是本申请所述浸没液冷充电线缆的一种实现方式的截面形状；

图7为本申请所述浸没液冷充电系统无外部冷源时的一种实现方式的流程图；

图8为本申请所述浸没液冷充电系统有外部冷源时的一种实现方式的流程图；

附图标记说明：

1、充电模块；11、连接背板；12、外壳；13、功率组件；14、填充块；101、第一盲插快速连接器；102、盲插网口；103、盲插输出电源插头；104、盲插取电插头；105、第二盲插快速连接器；2、冷却模块；21、风机；22、风液换热器盘管；23、气压平衡阀；24、绝缘冷却工质；25、储液池；26、动力泵；27、液液换热器；3、总线模块；31、供电总线；32、回液管；33、进液管；34、通讯总线；35、输出总线；301、第一接口；302、第二接口；303、第三接口；304、第四接口；305、第五接口；4、控制模块；5、出线箱；6、第一调节阀；7、市电供电电缆；8、充电线缆；801、外保护层；802、柔性绝缘材料；803、冷却液通道；804、充电电芯；805、信号电芯；9、充电枪；91、充电枪外壳；92、充电芯插孔；93、信号芯插孔；901、密封圈；902、外护套；903、电芯插接孔；904、弹簧密封销子；10、充电插座；1001、插针护套；1002、插针。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段及达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本发明的实施例进行详细说明。

需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1～8所示，本申请公开了一种全浸没液冷的大功率充电系统，包括充电桩、充电枪9和充电线缆8，所述充电枪9通过充电线缆8与充电桩连接，所述充电桩包括：

充电模块1，用于将市电输入转化为待充电所需的电压和功率；

冷却模块2，包括储液池25和动力泵26和换热装置，在所述储液池25内设置绝缘冷却工质24；

总线模块3，包括供电总线31、通讯总线34和输出总线35和液冷总线，所述供电总线31为系统输入端，所述输出总线35为系统输出端，所述通讯总线34连接充电桩内的传感器与控制单元，实现充电模块内部数据读取与设备控制，所述液冷总线包括回液管32和进液管33，所述进液管33包括两路流路，一路流向充电模块1内对充电模块1内部的功率组件13进行浸没液冷，另外一路经充电线缆8流向充电枪9，对充电线缆8以及充电枪9、充电插座10的插针插孔连接处进行浸没液冷，两路流路经回液管32汇总后经换热装置作用返回至储液池25；

控制模块4，用于监控统各部件参数并进行智能调控，同时将参数传递给管理者和用户。

本申请公开了一种全浸没液冷的大功率充电系统，由充电桩、充电枪9及其充电线缆8组成，充电桩至少包括充电模块1、冷却模块2、总线模块3、控制模块4，充电模块1用于将市电输入转化为待充电所需的电压和功率，在充电模块1内部设置功率组件13，所述功率组件13包括AC/DC模块、DC/DC模块、滤波器、过热过流保护模块、控制模块、通信模块和传感器等结构；冷却模块2设置为包含储液池25、动力泵26以及换热装置的液冷供液结构，所述动力泵26用于驱动绝缘冷却工质24循环，储液池25为储存绝缘冷却工质24容器，所述换热装置实现绝缘冷却工质24与环境的热交换，提供用于系统发热部件冷却所需的冷量；所述总线模块3，指充电系统的供电总线31、输出总线35、通讯总线34、液冷总线(简称“四总线”)，供电总线31通过市电供电电缆7将充电桩市电与充电模块1电源连接，为系统电源输入侧；所有充电模块1的输出端挂载在输出总线35上，输出总线35为系统输出端，输出所需电压与功率；通讯总线34连接充电桩内的传感器与为控制单元，实现充电模块内部数据读取与设备控制；液冷总线为工质管道，包括进液管33和回液管32，绝缘冷却工质24从进液管33统一补给，流经充电模块1或充电枪9后，从回液管32回到冷却模块2的换热装置换热后流回储液池25内，完成一次循环。通过冷却模块2结合总线模块3中的回液管32和进液管33，形成两路液冷流路，在控制模块4的作用下，所述控制模块为系统的控制中枢，由微处理器模块、传感器模块、通讯模块、数字电表等组成，主要功能为实时监控系统各部件参数进行智能调控，同时将一些关键参数(如充电功率、电芯温度等)传递给管理者和用户，将一路绝缘冷却工质24的液冷流体流向充电模块1，对充电模块1中的功率组件13进行浸没液冷，带走功率组件13产生的热量后流向回液管32，将另外一路绝缘冷却工质24的液冷流体流向经充电线缆8流向充电枪9，吸收充电线缆8中电芯过流产生的热量后再流经充电枪9与充电插座10连接的腔室带走插头插孔连接的产热，然后再经充电线缆8流向回液管32，回液管32中的绝缘冷却工质24吸收了系统中发热元件的热量，为热流体，这部分热流体流过冷却模块2中的换热装置进行冷却，最终形成冷流体再回到储液池25内，从而完成绝缘冷却工质24的一次液冷循环。

本申请所述的全浸没液冷的大功率充电系统，公开了一种充电模块1、充电线缆8和充电枪9均采用浸没液冷方式散热的单相的全浸没液冷的大功率充电系统，提高系统的散热效率，确保高功率充电时各部件的温度在可控范围内，实现了对大功率充电系统的高效散热和智能管理，提高了系统的可靠性和性能。

作为本申请的较佳示例，所述充电模块1包括连接背板11和外壳12，所述外壳12和连接背板11围成密闭的液冷容纳腔，所述功率组件13设置在该液冷容纳腔内部，所述充电模块1的对外接口设置在所述连接背板11上。所述连接背板11用于充电模块1和其他部件的电气连接、通讯连接和液体管路连接。该设置通过外壳12和连接背板11围成密闭的液冷容纳腔，防止外部物质(如灰尘、水分等)进入充电模块1，从而减少对内部元件的污染和腐蚀。将功率组件13设置在该液冷容纳腔内部，密闭结构有助于维持液冷系统的稳定工作环境，对功率组件13进行浸没液冷，有效地吸收功率组件13产生的热量，提高了散热效率。将连接背板11作为对外接口的集中位置，简化了系统的安装和维护，使得电气连接、通讯连接和液体管路连接都能够更容易地实现，促使了不同系统组件之间更紧密的协同工作，提高了系统整体的一致性、协调性和可靠性。

作为本申请的较佳示例，在所述充电模块1的液冷容纳腔内部设置若干个填充块14。作为优选，所述填充块14为低密度的固体材料。通过设置多个填充块14放置于充电模块1的液冷容纳腔内部，占据充电模块1的内部空间，减少充电模块1内部绝缘冷却工质24的用量。

作为本申请的较佳示例，所述总线模块3设置在所述充电桩内部，所述充电模块1从充电桩前端沿具有导向功能的滑轨被推入充电桩，在所述总线模块3上设置有与连接背板11上对外接口对应的连接口，所述总线模块3上的连接口与所述连接背板11上的对外接口采用盲插连接结构对应连接(盲插连接结构，指用户能够在使用时无需仔细分辨接口，只需要对准接口推入就能插入并成功连接的结构)。

通过采用模块化易插拔的连接结构进行充电模块1与充电桩上总线模块3的连接，使得充电模块能够快速、轻松地安装到或从充电桩中移除，提高了系统的易用性和维护性，同时便于总线模块3上的连接口与所述连接背板11上的对外接口的对准装配，减少了安装过程中的复杂性，使得连接过程更为便捷，同时确保了可靠的连接。

作为本申请的较佳示例，所述充电模块1的对外接口包括第一盲插快速连接器101、盲插网口102、盲插输出电源插头103、盲插取电插头104和第二盲插快速连接器105，所述总线模块3对应设置第一接口301、第二接口302、第三接口303、第四接口304、第五接口305，所述第一盲插快速连接器101与所述第一接口301盲插连接、所述第二盲插快速连接器105与所述第五接口305盲插连接进行充电模块1液冷容纳腔内液冷流体的流入和流出，所述盲插网口102与所述第二接口302盲插连接进行通信连接，所述盲插输出电源插头103与所述第三接口303盲插连接、所述盲插取电插头104与所述第四接口304盲插连接进行电气连接。作为本申请的具体示例，所述第一盲插快速连接器101与总线模块3“四总线”中的回液管32对插连接，所述第一接口301设置在所述回液管32上，所述第二盲插快速连接器105与总线模块3“四总线”中的进液管33对插连接，所述第五接口305设置在所述进液管33上，所述盲插网口102与总线模块3“四总线”中的通讯总线34插接连接，所述第二接口302设置在所述通讯总线34上，所述盲插输出电源插头103与总线模块3“四总线”中的输出总线35对插连接，所述第三接口303设置在所述输出总线35上，所述盲插取电插头104与总线模块3“四总线”中的供电总线31对插连接，所述第四接口304设置在所述供电总线31上。

该设置通过多功能的对外接口和灵活的连接方式，实现了充电模块1与总线模块3之间的紧密协同工作，使得液冷系统、通信系统和电气系统能够高效地配合，从而提高了充电桩系统的整体性能和可靠性。

作为本申请的较佳示例，所述充电桩上设置出线箱5，所述出线箱5用于将充电电芯、信号线、冷却工质管路封装为至少一根充电线缆8并从出线箱5伸出连接至充电枪9。作为本申请的具体示例，所述出线箱5为引出充电线缆8的一个封闭容器，由整流器、过滤器等设备组成，主要功能为电、液整合，确保从充电桩输出稳定的电压电流和较纯的冷却工质。

该设置通过出线箱5实现电和液冷工质的整合，形成至少一根充电线缆8，既提高线缆的耐久性和安全性，防止外部环境对其中的组件造成损害，又保证了充电线缆8以及充电枪9冷却散热的可靠性，维持充电设备的温度在安全范围内，提高了充电效率和设备寿命。

作为本申请的较佳示例，所述充电线缆8为浸没液冷充电线缆，所述充电线缆8至少包括两个液冷电芯通道和一根信号电芯。具体的，作为本申请的具体示例，如图6所示，所述充电线缆8包括外保护层801、冷却液通道803和电芯，所述电芯包括充电电芯804和信号电芯805，所述充电电芯804的外侧通过柔性绝缘材料802做柔性固定并浸没在冷却液通道803中，在所述外保护层801内壁与冷却液通道803、信号电芯805之间填充柔性绝缘材料802。所述充电电芯804包括充电电芯正极和充电电芯负极，在所述充电电芯正极和所述充电电芯负极的外侧均设置冷却液通道803。作为优选，在所述充电电芯804的四周设置数个绝缘具有一定强度的网状支撑结构，将充电电芯804撑起的同时强化对流换热，提高散热效果。作为本申请的示例，所述柔性绝缘材料802可以为天然橡胶。

该设置公开了一种浸没液冷充电线缆的结构，通过在充电电芯804的正极和负极外侧各设置一个冷却液通道803，结合充电枪9与充电插座10连接处密封形成液冷流体的流动流道，能够有效地带走充电电芯在工作过程中产生的热量，降低充电电芯的温度，提高散热效果，有助于维持充电系统的稳定性和安全性。

作为本申请的较佳示例，所述充电枪9为浸没液冷充电枪。作为本申请的具体示例，如图4所示，所述充电枪9至少包括充电枪外壳91、充电芯插孔92和信号芯插孔93，所述充电枪外壳91与所述充电插座10的插针护套1001采用活塞式密封结构密封连接，所述充电插座10的插针1002与所述充电枪9的充电芯插孔92、信号芯插孔93插接连接，所述充电芯插孔92为内外层结构，外层结构为外护套902以及外护套902外侧的密封圈901，内层结构为电芯插接孔903和弹簧密封销子904，外护套902的内壁面和电芯插接孔903的外壁面构成一圆环状通道，所述弹簧密封销子904在插针1002的挤压下将该圆环状通道与充电线缆8中的冷却液通道803连通，所述弹簧密封销子904在自然状态下复位将该圆环状通道与冷却液通道803断开。作为本申请的示例，所述密封圈901为橡胶密封圈，所述密封圈901在所述外护套902的外壁上嵌设多个，充电芯插孔92内部设置一个弹簧密封销子904。当充电枪9和新能源汽车充电插座10配合时，插针护套1001内壁面、外护套902和橡胶密封圈901形成活塞式密封，新能源汽车上的插针护套1001先挤压充电电芯外护套902外部的密封圈901达到密封效果，随着充电枪9的继续插入，新能源汽车上的插针1002顶住弹簧密封销子904累计一定的位移量后，充电枪9内关闭的液体通路打开，液冷流体充盈在外护套902和电芯插接孔903围成的环状空间内，实现插针插孔连接处的浸没液冷。

该设置公开了一种带有密封功能的浸没液冷充电枪结构，通过充电枪外壳91与充电插座10的插针护套1001之间采用活塞式密封结构密封连接，确保连接点的密封性，防止液冷流体泄漏，结合插针1002挤压弹簧密封销子904打开充电枪9内液体通路以及弹簧密封销子904在自然状态下复位关闭充电枪9内液体通路的设计，使得液冷系统能够在充电时开启，而在非充电下关闭，实现了对液冷流体的有效控制，结构紧凑，减少零部件的设置，确保充电过程安全可靠，同时提高设备的性能和寿命。

作为本申请的较佳示例，在所述进液管33和充电模块1、进液管33和出线箱5之间有第一调节阀6，所述第一调节阀6用于调节进入每个充电模块1和充电线缆8的绝缘冷却工质24流量。作为本申请的具体示例，所述第一调节阀6与控制模块4内的控制微处理器连接，根据不同充电模块的不同运行状态、充电功率进行流量调节，实现系统的动态调控。通过设置的第一调节阀6，可以精确地控制绝缘冷却工质24进入充电模块1和充电线缆8的流量，确保系统中冷却工质的适量流动，有效地管理设备在充电过程中产生的热量，防止过热，提高能效，减少不必要的能源浪费，保持系统在安全和有效的温度范围内运行。

作为本申请的较佳示例，在所述储液池25上设置气压平衡阀23，所述气压平衡阀23用于平衡储液池25内与外界环境的压力，平衡绝缘冷却工质24温度变化或部份蒸发带来的压力波动。作为本申请的示例，考虑到充电过程中绝缘冷却工质24始终与电芯接触，其必须具备良好的绝缘性，在本实施方式中优选绝缘导热油或电子氟化液，其中导热油的导热系数略大于氟化液但黏度更大，需要消耗更多的泵功。动力泵26承担整个充电系统的冷却工质动力输入，驱动冷却工质在系统中循环达到散热目的。

作为本申请的较佳示例，所述冷却模块2中的换热装置包括风机21和风液换热器盘管22，所述风机21用于对风液换热器盘管22处的绝缘冷却工质24进行换热，风液换热器盘管22内换热后的绝缘冷却工质24流向储液池25。作为本申请的较佳示例，所述风液换热器盘管22和所述储液池25设置在充电桩背部，所述动力泵26和风液换热器的换热风机21集成PID控制，根据回液管32的回液温度调节风机21风速和动力泵26功率，使系统功耗匹配充电功率，达到节能的目的。通过在控制模块4内控制集成有智能控制功能，能够根据用户的实际充电需求自动调节每个充电模块负载、动力泵功率和风机转速，优化系统能效。

该设置公开了一种无外部冷源的充电系统结构，充电系统在没有外部冷源的环境下工作时，如图7所示，液冷流体从储液池25被动力泵26泵入进液管33，进液管内的液冷流体由两个主要流向：流向1，液冷流体从进液管33经连接背板11上的第二盲插快速连接器105进入充电模块1，流动过程请参阅图2和图7，通过对流换热吸收功率组件13的热量，然后经由第一盲插快速连接器101流动至回液管32；流向2，液冷流体从进液管33经出线箱5进入充电电芯正极的冷却液通道803中吸收电芯过流产生的热量，然后流经充电枪9中充电芯插接孔903与外护套902之间的圆环状通道带走插头插孔连接的产热，随后到达充电电芯负极的冷却液通道803吸收电芯过流产生的热量，继续流动到出线箱5后到达回液管32；回液管32中的液冷流体吸收了系统中发热元件的热量，为热流体，这部分热流体流过冷却模块2的风液换热器盘管22，热量被风机21产生的气流通过对流换热带走，风液换热器盘管22中的绝缘冷却工质24成为冷流体并回到储液池25中。上述过程完成一次液冷流体的循环。

作为本申请的较佳示例，所述冷却模块2中的换热装置包括液液换热器27和外置冷源，外置冷源的冷却流体与液液换热器27中的绝缘冷却工质24热流体换热。作为本申请的示例，所述外置冷源可以为充电站的冷水机组，也可以来自自然冷源，如河水。该设置公开了一种具有外部冷源的充电系统结构，当本申请的充电系统在有外部冷源的环境中工作时，如图8所示，相比于如图7所示的无外部冷源的充电系统结构，冷却模块2的风液换热器更换为液液换热器27，直接使用外部冷源冷却热流体而无需额外风机。本申请所述的全浸没液冷的大功率充电系统，将成为一个无风机的全浸没液冷充电系统，具有噪音小，能耗少的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，包括充电桩、充电枪(9)和充电线缆(8)，所述充电枪(9)通过充电线缆(8)与充电桩连接，所述充电桩包括：

充电模块(1)，用于将市电输入转化为待充电所需的电压和功率；

冷却模块(2)，包括储液池(25)和动力泵(26)和换热装置，在所述储液池(25)内设置绝缘冷却工质(24)；

总线模块(3)，包括供电总线(31)、通讯总线(34)和输出总线(35)和液冷总线，所述供电总线(31)为系统输入端，所述输出总线(35)为系统输出端，所述通讯总线(34)连接充电桩内的传感器与控制单元，进行充电模块内部数据读取与设备控制，所述液冷总线包括回液管(32)和进液管(33)，所述进液管(33)包括两路流路，一路流向充电模块(1)内对充电模块(1)内部的功率组件(13)进行浸没液冷，另外一路经充电线缆(8)流向充电枪(9)，对充电线缆(8)以及充电枪(9)、充电插座(10)的插针插孔连接处进行浸没液冷，两路流路经回液管(32)汇总后经换热装置作用返回至储液池(25)；

控制模块(4)，用于监控统各部件参数并进行智能调控，同时将参数传递给管理者和用户。

2.根据权利要求1所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电枪(9)为浸没液冷充电枪，所述充电枪(9)至少包括充电枪外壳(91)、充电芯插孔(92)和信号芯插孔(93)，所述充电枪外壳(91)与所述充电插座(10)的插针护套(1001)采用活塞式密封结构密封连接，所述充电插座(10)的插针(1002)与所述充电枪(9)的充电芯插孔(92)、信号芯插孔(93)插接连接，所述充电芯插孔(92)为内外层结构，外层结构为外护套(902)以及外护套(902)外侧的密封圈(901)，内层结构为电芯插接孔(903)和弹簧密封销子(904)，外护套(902)的内壁面和电芯插接孔(903)的外壁面构成一圆环状通道，所述弹簧密封销子(904)在插针(1002)的挤压下将该圆环状通道与充电线缆(8)中的冷却液通道(803)连通，所述弹簧密封销子(904)在自然状态下复位将该圆环状通道与冷却液通道(803)断开。

3.根据权利要求1或2所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电线缆(8)为浸没液冷充电线缆，所述充电线缆(8)至少包括两个液冷电芯通道和一根信号电芯。

4.根据权利要求3所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电线缆(8)包括外保护层(801)、冷却液通道(803)和电芯，所述电芯包括充电电芯(804)和信号电芯(805)，所述充电电芯(804)的外侧通过柔性绝缘材料(802)做柔性固定并浸没在冷却液通道(803)中，在所述外保护层(801)内壁与冷却液通道(803)、信号电芯(805)之间填充柔性绝缘材料(802)，所述充电电芯(804)包括充电电芯正极和充电电芯负极，在所述充电电芯正极和所述充电电芯负极的外侧均设置冷却液通道(803)。

5.根据权利要求1或2或4所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电模块(1)包括连接背板(11)和外壳(12)，所述外壳(12)和连接背板(11)围成密闭的液冷容纳腔，所述功率组件(13)设置在该液冷容纳腔内部，所述充电模块(1)的对外接口设置在所述连接背板(11)上。

6.根据权利要求5所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述总线模块(3)设置在所述充电桩内部，所述充电模块(1)从充电桩前端沿具有导向功能的滑轨被推入充电桩，在所述总线模块(3)上设置有与连接背板(11)上对外接口对应的连接口，所述总线模块(3)上的连接口与所述连接背板(11)上的对外接口采用盲插连接结构对应连接。

7.根据权利要求6所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电模块(1)的对外接口包括第一盲插快速连接器(101)、盲插网口(102)、盲插输出电源插头(103)、盲插取电插头(104)和第二盲插快速连接器(105)，所述总线模块(3)对应设置第一接口(301)、第二接口(302)、第三接口(303)、第四接口(304)、第五接口(305)，所述第一盲插快速连接器(101)与所述第一接口(301)盲插连接、所述第二盲插快速连接器(105)与所述第五接口(305)盲插连接进行充电模块(1)液冷容纳腔内液冷流体的流入和流出，所述盲插网口(102)与所述第二接口(302)盲插连接进行通信连接，所述盲插输出电源插头(103)与所述第三接口(303)盲插连接、所述盲插取电插头(104)与所述第四接口(304)盲插连接进行电气连接。

8.根据权利要求1或6或7所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述充电桩上设置出线箱(5)，所述出线箱(5)用于将充电电芯、信号线、冷却工质管路封装为至少一根充电线缆(8)并从出线箱(5)伸出连接至充电枪(9)。

9.根据权利要求1所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，在所述进液管(33)和充电模块(1)、进液管(33)和出线箱(5)之间有第一调节阀(6)，所述第一调节阀(6)用于调节进入每个充电模块(1)和充电线缆(8)的绝缘冷却工质(24)流量。

10.根据权利要求1或9所述的全浸没液冷的大功率充电系统，其特征在于，所述冷却模块(2)中的换热装置包括风机(21)和风液换热器盘管(22)，所述风机(21)用于对风液换热器盘管(22)处的绝缘冷却工质(24)进行换热；或者，所述冷却模块(2)中的换热装置包括液液换热器(27)和外置冷源，外置冷源的冷却流体与液液换热器(27)中的绝缘冷却工质(24)热流体换热，经冷却模块(2)中的换热装置换热后的绝缘冷却工质(24)流向储液池(25)，在所述储液池(25)上设置气压平衡阀(23)。