CN217048337U - 换电站及其水冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及换电站的热管理技术领域，具体提供了一种换电站及其水冷系统，其中，所述换电站内设置有充电部，所述水冷系统包括至少一组水冷子系统，其中，所述水冷子系统包括：冷媒循环回路，其包括压缩机、冷凝器、节流部件以及作为蒸发器的盘管；冷却水循环回路，其包括器皿，所述器皿配置有管路，所述管路上设置有泵，以便：在所述泵的作用下，冷却水能够在所述器皿和所述充电部之间循环；其中，所述盘管的至少一部分能够浸没于盛放于所述器皿的冷却水内。通过这样的构成，能够谋求简化冷媒与冷却水的热交换形式。

Description

换电站及其水冷系统

技术领域

本实用新型涉及换电站的热管理技术领域，具体提供了一种换电站及其水冷系统。

背景技术

电动汽车作为一种新能源汽车，近年来得到了广泛的普及。与燃油车不同，电动汽车是以车载的动力电池作为动力来源的。动力电池作为一种二次电源，其能够通过为其补电的方式被反复使用。相应地，电动汽车可通过充电(快充、慢充)或者换电的方式来保证其续航能力。其中，换电的操作方式为：将需要补电的亏电电池从电动汽车上拆卸并在换电站内完成补电，换电站将其内储备的满电电池直接装载至电动汽车从而使电动汽车快速恢复其续航能力。

换电站作为服务机构，需要日常引入亏电电池并对其进行补电操作。而动力电池在补电期间(装于换电站内的电池架)，需要处于一个大致恒定的温度区间，为了应对这样的需求，通常在换电站内配置水冷系统对动力电池进行冷处理或者暖处理，如为了保证动力电池的冷处理水平，需要为水冷系统配置包含蒸发器的冷媒循环回路，同时在水冷系统和蒸发器之间增加包含水泵等在内的冷却水循环回路来保证冷量的获得。这样一来，便会存在这样的问题：由于冷却水循环回路的相关部件的配置会增加结构的复杂度。由于冷却水循环回路的水泵往往安装在里侧，因此会伴随着内部空间被占用以及维修方面的困难等缺陷。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

技术问题

为了至少一定程度地解决上述技术问题，提出本实用新型。

技术方案

有鉴于此，本实用新型第一方面提供了一种换电站的水冷系统，所述换电站内设置有充电部，所述水冷系统包括至少一组水冷子系统，其中，所述水冷子系统包括：冷媒循环回路，其包括压缩机、冷凝器、节流部件以及盘管；冷却水循环回路，其包括器皿，所述器皿配置有管路，所述管路上设置有泵，以便：在所述泵的作用下，冷却水能够在所述器皿和所述充电部之间循环；其中，所述盘管的至少一部分能够浸没于盛放于所述器皿的冷却水内。

通过这样的构成，能够谋求简化冷媒与冷却水的热交换形式。

具体而言，通过将作为蒸发器的盘管埋入器皿的水体(冷却水)从而实现冷媒与冷却水之间的热交换。这样一来，便可省略由于需要冷却水在包含蒸发器(包括壳体)的冷却水循环回路中流通所需要的内循环泵(相对于本实用新型中的泵用于实现冷却水在器皿和动力电池之间的外循环而言，如相应地，可将本实用新型中的泵称作外循环泵)，进而便可节省由此带来的安装区域。在此基础上，便会获得如结构复杂性减少、维修难度降低、部分的内部空间得以腾空等效果。

在取消了借助于冷却水的循环保证冷媒和冷却水之间的热交换的手段的前提下，本实用新型可以通过对器皿的容积进行调整来保证足够的蓄冷量，从而抵消由于蒸发器结构的更换导致的热传导效率的降低的现象，最终能够保证充电部的动力电池能够得到有效的冷/暖处理。

如可以借助于冷媒循环回路对器皿内的冷却水进行降温处理。在此基础上，可以在器皿内配置有加热部件，从而通过启动加热部件的方式对盛放于器皿内的冷却水进行升温处理。如果有需要，也可以在冷媒循环回路上配置换向阀，通过切换换向阀的方式来使冷凝器和作为蒸发器的盘管的功能互换，从而也借助于冷媒循环回路实现对冷却水的升温处理。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述水冷系统包括安装区域，所述泵设置于所述安装区域，其中，在“冷媒循环管路包括蒸发器，水冷子系统包括内循环泵，在所述内循环泵的作用下，冷却水在所述蒸发器和所述器皿之间流动”的情形下，至少所述内循环泵设置于所述安装区域。

通过这样的构成，给出了用于实现外循环的泵的一种安装方式、

具体而言，在通过包含内循环泵的管路将冷却水送达蒸发器的壳体内之后与蒸发器的盘管进行换热的情形下，需要配置前述的内循环泵因此需要预留出相应的安装区域。本实用新型由于节省了该部件，因此可以对该安装区域进行有效的利用。即在原先安装内循环泵以及相关管路的位置可以安装本实用新型的泵以及如电磁阀等相关部件，从而有望使得水冷系统的结构更为紧凑，抑或说，通过这样的构成实现了(外循环泵)的内置，从而方便水冷系统的一体运输与安装，减少二次安装的调试成本(在空间受限的情形下，通常会采用外循环泵外置的安装方式，这样的安装方式显然需要二次固定以及伴随于其的安装等操作)。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述管路包括回水管路，所述回水管路上设置有电磁阀，所述电磁阀设置于所述安装区域。

通过这样的构成，给出了管路的一种具体的形式。

如管路还包括出水管路，器皿内的冷却水经出水管路到达充电部，冷却水在对充电部的动力电池进行了冷/暖处理之后，经回水管路返回器皿。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述水冷子系统包括多个，对应于多个所述水冷子系统的器皿分开设置。

通过这样的构成，能够谋求通过多个水冷子系统来应对充电部的不同部分的热交换需求。

示例性地，充电部包括左右两个电池架，每个电池架内可以为多个动力电池提供补电服务。这样一来，可以相应地设置两个水冷子系统，且两个水冷子系统的器皿之间分开设置，每个水冷子系统负责充电部中的其中一个电池架的热交换需求。事实上，是得益于采用了盘管替代了包含壳体的蒸发器因而取消了内循环泵的手段，水冷系统的空间利用得到了明显的优化。这样一来，便可在不增加额外的内循环泵的基础上，直接将一个器皿(如大水箱)分为两个器皿(如小水箱)，在每个小水箱中直接埋入一个盘管便可通过各自配置的冷媒循环回路来满足相应的热交换需求。

这样一来，在其中一个小水箱的液位发生变化时，可以直接排除另一个电池架和相应的外部管路的嫌疑。如对于仅包括一个大水箱的形式而言，在水冷系统发生液位骤降的现象时，由于所有的液位变化集中在大水箱内，且液位骤降的原因较为复杂，因此会对具体支路的排查存在一定的困难，进而对整个水冷系统的运营效率造成一定的影响。此外，与仅包含一个大水箱的形式相比(如充电部包含多个电池架，每个电池架配置一个冷却水循环回路但是多个冷却水循环回路共用一个大水箱)，分置小水箱的组合构成方式还可以在减少发生水箱内液位扰动现象的概率。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述泵为定频泵。

通过这样的构成，给出了水冷系统中一种具体的泵配置形式。

在关联动力电池与器皿的管路中，终端的通路水口会随动力电池的数量不同而导致所通通经不同，这往往会造成主路通经远远大于所通支路的通经的情况，示例性地，假设充电部只插了一块动力电池，动力电池的通经仅为DN15，而主路的通经为DN40。假设充电部最多需要带7块动力电池，且动力电池内部本身有气密压力的限制，因此需要保持入口(管路中从器皿到动力电池的出水管路的下游侧)压力的恒定。为了实现这一要求，目前的处理方式是通过变频器来控制泵的转速来实时保持因通经变化引起的压力变化，具体地，需要配置变频器、电气元件、电子压力计来等来完成对压力的PID控制，此外，模拟量的控制与输入监控对PLC的扩展模块成本与空间也有一定要求。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述管路上设置有调压阀。

通过这样的构成，给出了水冷系统中与定频泵相适配的一种具体的结构形式。

在外循环泵采用定频泵的情形下，通过在定频泵的出口直接安装(机械)调压阀，使得定频泵可以定频地开启，不受作为末端的充电部内的动力电池的电池数量插拔所通通经的大小的限制。通过调压阀(自动)调节开度，也随即取消了如变频风机、变频器，压力计等相关的元件，从而节省了水冷系统的电控箱的预留空间。由于作为电控箱中最大排风发热体的无变频器被取消，可以根据实际情形取消电控箱的散热风扇，有望在保证同样的冷却效果的前提下，优化水冷系统的空间利用率、简化水冷系统的结构。从水冷系统的成本方面来看，这样的优化和简化具有明显的优势。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述充电部包括多个电池架，所述电池架能够容纳多个动力电池，所述管路包括对应于每个动力电池的多个支路，其中，每个所述支路上设置有压力检测部件和/或流量检测部件每个所述支路上设置有压力检测部件和/或流量检测部件。

通过这样的构成，给出了水冷系统的一种具体的结构形式。

如压力检测部件包括在支路的前后端(动力电池)分别安装的两个差压传感器，若通过一对差压传感器检测到某一支路的前后压力差大于某一设定值(如0.55bar)，则对应于该支路的动力电池的内部可能有泄露，因而可将该动力电池锁定为嫌疑电池。或者压力检测部件为配置于支路上的差压开关，差压可以根据动力电池的固定差压精确地判断内部是否存在泄露风险。

可以通过配置于支路上的流量开关及时地获知对应于相应的动力电池的支路的冷却水的流量，如可以根据检测到的实际流量来确定冷却水的插头是否插好等问题。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述管路的至少一部分所述支路上设置有压力开关。

通过这样的构成，给出了水冷系统中与定频泵相适配的一种具体的结构形式。

如可以在管路中对应于电池架内最下层的动力电池的支路上设置压力开关(如机械压力开关)以作为对动力电池的二次保护。在调压阀失效的情形下，可以作为第二层保护获知管路的压力，在压力高于设定值的情形下及时地关停泵，从而保证了水冷系统的可靠性。

对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述器皿设置有注水口、排气口和/或排污口；和/或所述器皿配置有液位计和/或液位保护开关。

通过这样的构成，给出了器皿的一种具体的结构形式。

如可通过注水口向器皿内加注冷却水，器皿内的气体能够经排气口排出，沉积于器皿下方的污物能够经所述排污口排出，液位计用于检测盛放于器皿内的冷却水的液位，如液位保护开关为低液位保护开关，低液位保护开关用于在盛放于器皿内的冷却水的液位到达某一低值时能够及时地检测到该状态，从而基于此启动向器皿补充冷却水的操作。

本实用新型第二方面提供了一种换电站，该换电站包括前述任一项所述的换电站的水冷系统。

可以理解的是，该换电站具有前述任一项所述的换电站的水冷系统的所有技术效果，在此不再赘述。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的换电站的水冷系统。附图中：

图1示出本实用新型一种实施例的换电站的水冷系统的结构示意图；以及

图2示出本实用新型一种实施例的包含水冷系统的换电站的结构示意图。

附图标记列表：

100、水冷系统；101、第一水冷子系统；102、第二水冷子系统；1水箱；11、出水管路；111、定频泵；112、调压阀；113、手阀a；114、手阀b；115、单向阀；116、Y形过滤器a；12、回水管路；121、第一电磁阀；122、手阀c；123、流量计；124、第一温度计；125、Y形过滤器b；2、冷媒循环回路；21、压缩机；22、冷凝器；23、电子膨胀阀；24、干燥过滤器；25、第二电磁阀；26、加热部件；31、注水口；32、排气口；33、排污口；34、液位计；35、第二温度计；36、低液位保护开关；4、盘管；5、电池架；51、动力电池；61、差压开关；62、流量开关；63、压力开关；64、自动排气阀。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，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，也可以是电连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，为了更好地说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节，本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的换电站内对电池架内的动力电池进行冷/暖处理的水冷系统的工作原理未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

参照图1和图2，图1示出本实用新型一种实施例的换电站的水冷系统的结构示意图，图2示出本实用新型一种实施例的包含水冷系统的换电站的结构示意图。如图1和图2所示，换电站包括水冷系统100，水冷系统包括第一水冷子系统101和第二水冷子系统102，两个水冷子系统的构成方式以及热交换处理能力大致相同。以其中的第一水冷子系统为例，其主要包作为器皿的水箱1、冷媒循环回路2和与二者均具有关联的盘管4。换电站包括充电部，充电部包括与两个水冷子系统对应的两个电池架5，每个电池架内能够容纳多个动力电池51并对其进行补电，对应于两个电池架的两个水冷子系统的水箱分开设置，由于水冷系统的冷/热总需求量与动力电池的规模大致适配，因此，分开设置之后的水箱的容积可以相应地减小，示例性地，一个水箱变更为两个分开设置的水箱之后，由于每个水箱仅用于应对一半的动力电池的冷/热量需求，因此容积可以减半。

在一种可能的实施方式中，冷媒循环回路2包括压缩机21、冷凝器22、作为节流部件的电子膨胀阀23以及用作蒸发器的、浸没于水箱内的盘管4，压缩机-冷凝器-电子膨胀阀-蒸发器-压缩机经冷媒管路依次连接形成冷媒循环回路。可选地，在冷媒管路上设置干燥过滤器24和第二电磁阀25。通过使冷媒循环回路运行从而通过盘管向盛放于水箱内的冷却水发放冷量，进而通过冷却水为动力电池发放冷量、实现对动力电池的冷处理。水箱内设置有单独的加热部件26(如加热部件为加热器或者加热管等)，通过启动加热部件可以对盛放于水箱内的冷却水进行加热从而向冷却水发放热量，进而通过冷却水为动力电池发放热量、实现对动力电池的暖处理。

在一种可能的实施方式中，水箱1内配置有管路，管路包括出水管路11和回水管路12，水箱内的冷却水经出水管路到达充电部并对充电部的动力电池进行了冷/暖处理之后，经回水管路返回水箱。

在一种具体的实施方式中，出水管路11上设置有定频泵111(泵)、(机械)调压阀112以及手阀(113、114)(分别为手阀a和手阀b)，此外，在定频泵和调压阀之间还设置有单向阀115，在靠近下游侧的手阀b114的上游侧的位置设置有Y形过滤器a116。

由于定频泵与水箱之间设置有手阀a，定频泵的出口处配置有单向阀，这样一来，在需要拆卸定频泵的情形下，可以避免由此导致的液体泄露现象。在机械调压阀预设置好压力的情形下便实现冷却水的自动调压，基于此，无论定频泵需要应对是一块还是五块动力电池，均可保证发放至对应于动力电池的支路的冷却水为恒定压力的输出。

在一种具体的实施方式中，回水管路12上设置有第一电磁阀121(电磁阀)、手阀c122、流量计123和第一温度计124，在靠近手阀c的下游侧的位置设置有Y形过滤器b125，第一电磁阀能够有效地防止定频泵关停后出现管路回液的问题。

在一种可能的实施方式中，每个电池架包括对应于多个动力电池的多个支路，每个支路上均设置有作为压力检测部件的压差开关61以及作为流量检测部件的流量开关62。

在一种具体的实施方式中，差压开关安装在对应于动力电池的支路的上游侧，流量开关安装在对应于动力电池的支路的下游侧，通过差压开关可判断支路内是否存在泄露风险，通过流量开关可判断出对应于支路的流量是否正常，如可进一步确定出是否存在插头未插好等问题。

在一种可能的实施方式中，在对应于最下层的动力电池的支路上设置有用作二次保护的压力开关63，这样一来，在调压阀失效的情形下，可以作为第二层保护获知管路的压力，从而在压力高于某设定值的前提下可及时地关停定频泵。此外，在管路上还设置自动排气阀64，以便将管路中冷却水的气体及时地排出水冷系统。

在一种可能的实施方式中，水箱的上方设置有注水口31和排气口32，可通过注水口向水箱内加注冷却水，水箱内的气体能够经排气口排出，水箱的下方设置有排污口33，沉积于器皿下方的污物能够经排污口从水箱内排出。此外，水箱还配置有用于检测盛放于其内的冷却水的液位和水温的液位计34和第二温度计35，以及配置有用于及时地“告知”水箱的低液位状态的低液位保护开关36等。如在水冷系统应对的是暖电池的需求时，当第二温度计在检测到水箱内的温度低于某设定值的情形下可开启加热部件对冷却水进行加热。以及在水冷系统应对的是冷电池的需求时，当第二温度计在检测到水箱内的温度高于某设定值的情形下可开启压缩机向埋设于水箱内的盘管发放冷量。

在不采用本实用新型的浸没于的水箱内的冷却水内的盘管的情形下，需要为冷媒循环回路配置包含壳体的蒸发器，并在蒸发器和水箱之间增加内循环管路，并在在内循环管路上增设内循环泵以保证冷却水在蒸发器和水箱之间流动。相应地，需要为内循环泵以及相关部件配置一个安装区域。而在本实用新型水冷系统中，通过将作为蒸发器的盘管埋设于水箱内，从而节省了水冷系统的内循环管路进而将包含在内循环管路中的内循环泵等部件的安装区域释放，在此基础上，便可将如作为外循环泵的定频泵等部件安装于该释放出的安装区域内，从而实现了外循环泵的内置，优化了水冷系统的空间布置形式。如在一种优选的实施方式中，可将前述的定频泵111以及第一电磁阀121设置于被释放出的安装区域，从而实现了定频泵和第一电磁阀的内置。

续前，由于传统的内循环管路被省略以及水冷系统的空间布置形式得以优化，因此可以将一个大水箱分置为两个或者多个小水箱。这样一来，一方面，可以从源头上降低在水箱内发生液面扰动现象的概率。另一方面，在其中一个小水箱出现液位变化的情形下，只需排查对应于该小水箱的动力电池是否发生内部泄露的情形即可，即：可以直接排除对应于其他小水箱的动力电池发生内部泄露情形的嫌疑，提高了换电站的运营效率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换电站的水冷系统，其特征在于，所述换电站内设置有充电部，所述水冷系统包括至少一组水冷子系统，其中，所述水冷子系统包括：

冷媒循环回路，其包括压缩机、冷凝器、节流部件以及盘管；

冷却水循环回路，其包括器皿，所述器皿配置有管路，所述管路上设置有泵，以便：

在所述泵的作用下，冷却水能够在所述器皿和所述充电部之间循环；

其中，所述盘管的至少一部分能够浸没于盛放于所述器皿的冷却水内。

2.根据权利要求1所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述水冷系统包括安装区域，所述泵设置于所述安装区域，

其中，在“冷媒循环管路包括蒸发器，水冷子系统包括内循环泵，在所述内循环泵的作用下，冷却水在所述蒸发器和所述器皿之间流动”的情形下，至少所述内循环泵设置于所述安装区域。

3.根据权利要求2所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述管路包括回水管路，所述回水管路上设置有电磁阀，所述电磁阀设置于所述安装区域。

4.根据权利要求1所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述水冷子系统包括多个，对应于多个所述水冷子系统的器皿分开设置。

5.根据权利要求1所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述泵为定频泵。

6.根据权利要求5所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述管路上设置有调压阀。

7.根据权利要求1所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述充电部包括多个电池架，所述电池架能够容纳多个动力电池，所述管路包括对应于每个动力电池的多个支路，

其中，每个所述支路上设置有压力检测部件和/或流量检测部件。

8.根据权利要求7所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述管路的至少一部分所述支路上设置有压力开关。

9.根据权利要求1所述的换电站的水冷系统，其特征在于，所述器皿设置有注水口、排气口和/或排污口；和/或

所述器皿配置有液位计和/或液位保护开关。

10.一种换电站，其特征在于，所述换电站配置有权利要求1至9中任一项所述的换电站的水冷系统。

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