CN209426597U - 一种液冷充电模块及充电桩 - Google Patents

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王建基
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马文超
刘爱忠
黄厚诚
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Abstract

本实用新型公开了一种液冷充电模块及充电桩，包括：AC/DC整流单元、DC/DC转换单元以及液体冷却单元；所述AC/DC整流单元的输出端与DC/DC转换单元的输入端连接，所述DC/DC转换单元的输出为负载供电；所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元分别与液体冷却单元连接。本实用新型有益效果：没有用强迫风冷的散热方式，解决了噪音问题，同时避免了因风机损坏而增加充电模块故障率的问题。

Description

一种液冷充电模块及充电桩
技术领域
本实用新型涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种液冷充电模块及充电桩。
背景技术
随着国家新能源汽车业务的快速发展，越来越多的电动汽车应用到人们的日常生活中。电动汽车充电可分为交流充电跟直流充电两种方式，直流充电是快充，是国家电网公司规划主导的充电方式，直流充电桩中包含多个标准化的直流充电模块。目前业界充电模块普遍采用强迫风冷散热方式，一方面带来严重的噪声污染，另一方面由于风道需求，机壳防护等级只做到IP20，导致风冷模块虽然功率密度可以做高，但低防护等级带来的可靠性差、失效率高问题十分突出。
针对充电模块因防护等级导致的可靠性差、失效率高的问题，目前普遍采用的处理措施是通过PCB覆胶以及采用人工定期清理维护的办法。
PCB覆胶对于模块防护等级的提升有限，而且使产品返修检测变得特别困难。人工定期清理维护，增加了运维人员的工作量，提升了维护成本。针对充电模块因风扇导致的噪音污染，目前尚未有有效地处理办法。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述难题，提供了一种高防护高功率密度一种液冷充电模块及充电桩，在不降低充电模块功率密度的基础上采用了液体冷却方式，既提高了充电模块的防护等级，又避免了因充电模块风机带来的噪音污染；并且在尺寸上兼容主流的风冷充电模块，便于推广与使用。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
在一个或多个实施方式中公开的一种液冷充电模块，包括：AC/DC整流单元、DC/DC转换单元以及液体冷却单元；所述AC/DC整流单元的输出端与DC/DC转换单元的输入端连接，所述DC/DC转换单元的输出为负载供电；所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元分别与液体冷却单元连接。
进一步地，所述液体冷却单元包括：冷却铝板和扣板；冷却铝板内有液体循环流动，冷却铝板与扣板之间涂抹导热介质。
进一步地，所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元中的功率MOS与功率二极管通过导热介质与扣板接触，所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元中的磁性元器件嵌到扣板里面，通过导热介质与扣板连接。
进一步地，所述导热介质为导热硅胶。
进一步地，所述AC/DC整流单元采用三相维也纳拓扑，通过控制器进行全数字控制。
进一步地，所述DC/DC转换单元采用三电平LLC作为主拓扑，通过DSPF28035进行全数字控制。
在一个或多个实施方式中公开的一种充电桩，包括：上述的任一种液冷充电模块。
本实用新型的有益效果：
1、没有用强迫风冷的散热方式，解决了噪音问题，同时避免了因风机损坏而增加充电模块故障率的问题。
2、提升了模块的防护等级，防护等级做到IP65，降低了模块故障率，易于维护，节省了人力成本。
附图说明
图1是一种高防护高功率密度液冷充电模块原理框图；
图2是前级AC/DC电路图；
图3是后级DC/DC电路图；
图4是液体冷却单元结构示意图；
其中，
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
在一种或多种实施方式中，公开了一种高防护高功率密度液冷充电模块，如图1所示，包括：包括AC/DC整流单元、DC/DC转换单元和液体冷却单元。AC/DC整流单元和DC/DC转换单元依次连接，AC/DC整流单元的输出连接DC/DC转换单元的输入，DC/DC转换单元的输出直接为负载供电。AC/DC整流单元与DC/DC转换单元与冷却铝板接触，通过热传递来散热，从而实现系统的热传递。
三相交流电经AC/DC整流单元整流，变成580V-800V连续可调的直流电。AC/DC整流单元采用三相维也纳拓扑，采用DSPF28035进行全数字控制，效率高，功率因数接近1。DC/DC转换单元将前级产生的电压转换成200V-750V连续可调的电压给电动汽车充电。DC/DC转换单元采用三电平LLC作为主拓扑，采用采用DSPF28035进行全数字控制，具有高的效率与高的稳定性。
AC/DC整流单元与DC/DC转换单元中的功率MOS与功率二极管通过导热硅胶与扣板紧贴，将功率MOS与功率二极管的热量导到扣板上，AC/DC整流单元与DC/DC转换单元中磁性元器件如PFC电感、LLC谐振电感与LLC主变压器等嵌到扣板里面，通过导热硅胶与扣板连接，即保证了绝缘性能又能进行热传递。由于采用了扣板加冷却铝板的散热方式，系统可以实现把体积做小，提高了系统的功率密度，可以在尺寸上兼容现有主流充电模块。
由于没有风机，可以将外壳进行全封闭，实现了高的防护等级，从而避免了因环境污染导致模块损坏率提高的问题，提高了系统的稳定性。
如图2所示，AC/DC整流单元是这样的：包括输入电感L1、L2、L3；整流作用的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6；用于输出滤波稳压的母线电容C1、C2。输入电感L1、L2、L3前端接三相电输入，后端连接串联的整流二极管，L1连接D1的阳极和D4的阴极，L2连接D2的阳极和D5的阴极，L3连接D3的阳极和D6的阴极。输出电容C1的负极和电容C2的正极连接即输出电压参考零点GND，输出电容C1的正极与整流二极管D1、D3、D5的阴极接在一起作为输出电压+V，输出电容C2的负极与整流二极管的D2、D4、D6的阳极连接作为输出电压-V。输出端+400、Vgnd、-400连接后级开关电源主回路的输入。
如图3所示，所述的DC/DC转换单元是这样的：由输入部分、功率开关电路、谐振电路与变压器次级输出整流电路组成。输入部分电路是前级整流电路的输出+400连接输入电容的C3的正极，-400连接输入电容C4的负极,Vgnd连接输入电容C3的负极与输入电容C4的正极。功率开关电路由8个功率MOS管与4个功率二极管组成的三电平全桥拓扑。谐振电路由谐振电容C5、谐振电感L4与主变压器T1构成，谐振频率100k。变压器次级输出整流电路
采用全桥整流电路，由4个快恢复二极管D11、D12、D13、D14组成，经过一级电容滤波，转换成直流电为负载供电。
如图4所示，液体冷却单元由冷却铝板与扣板组成，冷却铝板内有液体循环流动，冷却铝板与扣板之间涂抹适量的导热硅胶，将功率MOS、功率二极管以及大功率磁性元器件贴在扣板上，进行热传递，即保证了散热，又可以实现把模块体积缩小，提高系统的功率密度。
AC/DC整流单元与DC/DC转换单元中的功率MOS与功率二极管通过导热硅胶与扣板紧贴，将功率MOS与功率二极管的热量导到扣板上，AC/DC整流单元与DC/DC转换单元中磁性元器件如PFC电感、LLC谐振电感与LLC主变压器等嵌到扣板里面，通过导热硅胶与扣板连接，即保证了绝缘性能又能进行热传递。由于采用了扣板加冷却铝板的散热方式，系统可以实现把体积做小，提高了系统的功率密度，可以在尺寸上兼容现有主流充电模块。由于没有风机，可以将外壳进行全封闭，实现了高的防护等级，从而避免了因环境污染导致模块损坏率提高的问题，提高了系统的稳定性。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种液冷充电模块，其特征在于，包括：AC/DC整流单元、DC/DC转换单元以及液体冷却单元；所述AC/DC整流单元的输出端与DC/DC转换单元的输入端连接，所述DC/DC转换单元的输出为负载供电；所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元分别与液体冷却单元连接。
2.如权利要求1所述的一种液冷充电模块，其特征在于，所述液体冷却单元包括：冷却铝板和扣板；冷却铝板内有液体循环流动，冷却铝板与扣板之间涂抹导热介质。
3.如权利要求2所述的一种液冷充电模块，其特征在于，所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元中的功率MOS与功率二极管通过导热介质与扣板接触，所述AC/DC整流单元和DC/DC转换单元中的磁性元器件嵌到扣板里面，通过导热介质与扣板连接。
4.如权利要求3所述的一种液冷充电模块，其特征在于，所述导热介质为导热硅胶。
5.如权利要求1所述的一种液冷充电模块，其特征在于，所述AC/DC整流单元采用三相维也纳拓扑，通过控制器进行全数字控制。
6.如权利要求1所述的一种液冷充电模块，其特征在于，所述DC/DC转换单元采用三电平LLC作为主拓扑，通过DSPF28035进行全数字控制。
7.一种充电桩，其特征在于，包括：权利要求1-6任一项所述的一种液冷充电模块。
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CN112217257A (zh) * 2020-10-21 2021-01-12 阳光电源股份有限公司 一种充电桩

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