一种充电桩及充电桩散热控制方法与流程

本发明涉及充电桩领域，具体的涉及一种充电桩及充电桩散热控制方法。

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充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

由于充电桩是大功率能量转换装置，在充电时充电桩内部会产生大量的热量，若热量不能够有效排出，则会对充电桩元器件的使用寿命产生影响，甚至会出现火灾爆炸等安全隐患。一般采用将充电桩中的发热元件与散热器结合的方式，利用散热器将发热元件上的热量发散，起到对充电桩的散热作用。

申请号201110424870.8的发明公开了一种功率模块用复合式散热器及复合式散热器组件，所述复合式散热器包括一基板、一第一散热单元和一第二散热单元，所述基板的一侧面上设置至少一个功率模块；第一散热单元为由多个间隔排列的散热片构成的第一散热片组，所述第一散热片组位于所述基板的另一侧面上；第二散热单元包括多根热管和第二散热片组，所述热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述蒸发段设于所述基板内且靠近所述功率模块；所述绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，包含延伸部和折弯部；所述冷凝段上设置有第二散热片组。该发明的复合式散热器仅使用热管散热技术将散热器中的热量带出，散热方式单一，当电器元件发热较大时，散热效果较差。其次，该方法需要一直使用风机进行散热，对电能消耗较大。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种充电桩及充电桩散热控制方法，使得所述充电桩对其内部发热较大的电器元件具有风冷、液冷以及喷射冷却的综合散热效果。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种充电桩，所述充电桩包括桩体、显示模块、控制模块、充电回路模块、计收费模块和充电插头，所述桩体包括散热柜，所述散热柜包括发热体容纳部、冷媒散热部和空气冷却部；冷媒散热部位于发热体容纳部下方，空气冷却部位于冷媒散热部上方；发热体容纳部用于放置充电桩中的主要发热电路；冷媒散热部用于放置向所述发热体容纳部提供冷源的主冷却装置；空气冷却部用于放置冷却空气的空气冷却装置。

所述发热体容纳部中设置有散热模块，发热电路设置在所述散热模块上，贯穿所述散热模块内部设置有制冷板；所述冷媒散热部中设置的主冷却装置包括散热风机、散热器、液泵和液箱，管路依次导通所述散热器、液泵和液箱，所述冷媒散热部中的主冷却装置中的冷媒通过流经所述制冷板对散热模块进行降温。

所述散热模块包括散热体、散热罩和散热板；在所述散热板的上表面设置有发热电路；所述散热体具有多个散热片；所述散热体中具有安装空间；所述散热罩设置在对应发热电路上，且所述散热体中的安装空间设置为能够使所述散热罩卡置在所述安装空间上；在所述散热板的内部设置第一制冷板，在所述散热体的内部设置第二制冷板。

所述第一制冷板或第二制冷板为由多个并列排布的散热管紧挨在一起组成的整体；在发热体容纳部中还设置有出风扇，用于向第一制冷板和第二制冷板之间吹风，所述第一制冷板和第二制冷板热管的截面积在自迎风侧向背风侧的方向上呈逐渐减小。

所述管路从液箱引出后，并并行地与所述第一制冷板的一端和第二制冷板的一端连接；第一制冷板的另一端及第二制冷板的另一端管路与散热器的冷媒入口连接。

所述管路在从液箱中引出后，按照第一制冷板或第二制冷板具有的散热管的数量，分出相同数量的支路，每一个支路分别接入第一制冷板和第二制冷板中对应的散热管中，且每个制冷板中相邻的两个散热管中冷媒的流向相反。

所述主冷却装置中的冷媒液体为粘度为5~50cs的二甲基硅油；发热体容纳部中的管道上设置有喷嘴，用于将管路中的二甲基硅油喷射在散热体上。

所述喷嘴为喷射液体的喷嘴，在与喷嘴对应的一侧，设置集液口、集液管以及单向阀，用于回流收集喷嘴喷射出的二甲基硅油；或者

所述喷嘴为雾化喷嘴，能够喷射出雾化液滴状的二甲基硅油。

所述空气冷却部中设置有风道、进风扇、半导体制冷器、集液槽和出风口，在出风口的下部、位于发热体容纳部的侧壁上，设置有出风扇；所述风道沿空气冷却部的上表面设置；风道的风口截面积从进风扇方向至出风扇方向逐渐缩小；所述半导体制冷器设置在所述风道的顶壁的上表面，用于通过风道的顶壁对风道内的空气进行强制降温。

一种充电桩散热控制方法，所述方法包括：

步骤1：开始充电；

步骤2：温度检测装置实时检测散热模块的温度是否大于第一温度阈值，若是，执行步骤3，若否，继续执行步骤2；

步骤3：启动液泵和散热风机，之后执行步骤4；

步骤4：在预设的第一时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第一温度阈值，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤6；

步骤5：判断当前散热模块的温度是否小于第四温度阈值，若是，则关闭液泵和散热风机，之后执行步骤2，若否，则执行步骤4，其中，所述第四温度阈值小于第一温度阈值；

步骤6：温度检测装置实时检测散热模块的温度是否大于第二温度阈值，若是，则开启进风扇、出风扇以及半导体制冷器，之后执行步骤7，若否，则执行步骤4；

步骤7：在预设的第二时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第二温度阈值，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤9；

步骤8：判断当前散热模块的温度是否小于第五温度阈值，若是，则关闭进风扇、出风扇以及半导体制冷器，之后执行步骤6，若否，则执行步骤7，其中，所述第五温度阈值小于第二温度阈值；

步骤9：温度检测装置检测散热模块的温度是否大于第三温度阈值，若是，则开启喷嘴，并将半导体制冷器的冷却温度设置为冷媒液体的露点温度，之后执行步骤10，若否，则执行步骤7；

步骤10：在预设的第三时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第三温度阈值，若是，则执行步骤11，若否，则执行步骤12；

步骤11：判断当前散热模块的温度是否小于第六温度阈值，若小于，则关闭喷嘴，之后执行步骤9，若高于，则执行步骤10，其中，所述第六温度阈值小于第三温度阈值；

步骤12：停机报警；

其中，所述第二温度阈值大于第一温度阈值，第三温度阈值大于第二温度阈值。

本发明的有益效果是：（1）采用双层制冷板对散热模块进行冷却，提高了对发热电路的冷却效果；（2）采用风冷、液冷及喷射冷却相结合的方法对发热电路进行降温，散热降温效果多样化，更加适应于不同的电路发热情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种充电桩的散热柜在a方向上的结构示意图；

图2为本发明提供的一种充电桩的散热柜中的发热体容纳部在b方向上的结构示意图；

图3为本发明提供的一种充电桩的散热柜中在a方向上的管路布局的结构简图；

图4为本发明提供的一种充电桩的散热柜中散热模块在c方向上的结构示意图；

图5本发明提供的一种充电桩的散热柜在b方向上的结构示意图；

图6为本发明提供的一种充电桩散热控制方法流程示意图。

附图标记说明

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

11、发热体容纳部；12、冷媒散热部；13、空气冷却部；21、散热体；211、散热片；22、散热罩；23、散热板；24、导热坡面；25、集液口；31、第一制冷板；311、下散热管；32、第二制冷板；321、上散热管；33、管道；331、第一支路；332、第二支路；34、液箱；35、液泵；36、散热器；37、散热风机；41、喷嘴；42、集液管；43、单向阀；51、进风扇；52、风道；53、半导体制冷器；54、集液槽；55、出风口；56、出风扇；57、散热开口；58、液体档板。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

一种充电桩，包括桩体、显示模块、控制模块、充电回路模块、计收费模块和充电插头，所述桩体包括散热柜，图1为所述散热柜在a方向的结构示意图，如图1所示，所述散热柜包括发热体容纳部11、冷媒散热部12和空气冷却部13，其中，冷媒散热部12位于发热体容纳部11下方，空气冷却部13位于冷媒散热部12上方；发热体容纳部11用于放置充电桩中的主要发热电路，如整流电路、功率转换电路和滤波电路等；冷媒散热部12用于放置向所述发热体容纳部11提供冷源的主冷却装置；空气冷却部13用于放置冷却空气的空气冷却装置。

所述发热体容纳部11中放置有散热模块，所述散热模块包括散热体21、散热罩22和散热板23；在所述散热板23的上表面设置有电路板（图中未示出），在所述电路板上焊接有整流电路、功率转换电路和滤波电路等电路；如图4所示，所述散热体21具有多个散热片211，所述多个散热片设置在彼此间隔有预定间距的位置上，所述散热体21中具有安装空间；所述散热罩22设置在电路板的对应发热电路上，且所述散热体21中的安装空间设置为能够使所述散热罩23卡置在所述安装空间上。如图1和图4所示，所述散热模块具有3个散热罩，分别被设置为罩设在电路板上的整流电路、功率转换电路和滤波电路上，以便重点传导这三个电路上散发的热量。进一步的，在所述散热板23的内部设置第一制冷板31，在所述散热体21的内部设置第二制冷板32，具体的，可以在第一制冷板31与散热板23之间和第二制冷板32与散热体21之间填充糊状导热材料，以使制冷板与散热板23和散热体21之间的热传导更优。

如图1所示，所述冷媒散热部12中设置的主冷却装置包括散热风机37、散热器36、液泵35和液箱34，管路33依次导通所述散热器36、液泵35和液箱34，进入发热体容纳部11中，并分别与所述第一制冷板31的一端和第二制冷板32的一端连接；第一制冷板31的另一端及第二制冷板32的另一端管路与散热器36的冷媒入口连接。所述冷媒散热部12与充电桩外界连通，散热风机37用于对散热器36进行吹风，将散热器36中冷媒液体的热量吹散到充电桩外界。

图2为图1从b方向看的截面示图，在图2中所示，所述第一制冷板31由多五个并列排布的下散热管331组成，该五个下散热管并排紧挨为一体，设置在所述散热板23内部，在所述散热柜运行过程中，会有风沿图2中的风向吹过，每一散热管的截面积在自迎风侧向背风侧的方向上呈逐渐减小，因为散热体21对风速的阻力作用，以及散热气流与散热体21热量之间的交换吸收作用，会造成散热模块的迎风侧比背风侧的风速更高，相对温差更大，散热效果更好，且这种变化大致呈线性变化，即越靠近出风侧，风速越小，散热管的散热效果越差。所以，本发明技术方案通过将制冷板上的多个散热管的横截面积设置成由迎风侧往出风侧逐渐递减，优选地呈线性递减，由于细冷媒液体流的换热效果优于粗冷媒液体流的换热效果，这样就在一定程度上弥补了由于出风侧风速减小带来的换热能力的下降。所述第二制冷板32与第一制冷板31的设计一至，具有五个上散热管321，区别在于，所述第二制冷板32自背风向向迎风向呈一定上翘的角度设置在所述散热体21的内部，以便进一步减少风吹过的阻力。散热管的数量可根据实际需要进行确定。

相应的，如图3所示，所述管路33在从液箱34中引出后，按照第一制冷板31或第二制冷板32具有的散热管的数量，分出相同数量的支路，每一个支路分别接入第一制冷板31和第二制冷板32中对应的散热管中，且每个制冷板中相邻的两个散热管中冷媒的流向相反。在图3中，每个制冷板中散热管的数量为2，管路33在从液箱34中引出后，分为第一支路331和第二支路332，第一支路331又分为两个支路，分别通入第一制冷板31和第二制冷板32的一个散热管中；第二支路332也分为两个支路，分别通入第一制冷板31和第二制冷板32的另一个散热管中，最终，使得在同一个制冷板上相邻的散热管中冷媒的流动方向相反，以使管路33中的冷媒同时从不同的方向流经散热模块，使得对散热模块的降温更加平衡均匀。图3中展示的是第一制冷板31和第二制冷板32中只有两个散热管时的管路33连接结构，本领域技术人员能够根据图3和说明书中的相应描述，在不付出创造性劳动的情况下，确定第一制冷板31和第二制冷板32中具有多个散热管时的管路33连接结构。

进一步的，在所述液箱34中储存的冷媒液体为二甲基硅油。二甲基硅油是一种导热良好、绝缘、无毒无味、化学性质稳定的液体，是一种良好的导热液体，具体的，可选用粘度为5~50cs的二甲基硅油作为冷媒液体。如图1所示，可以在发热体容纳部11中的管道33上，设置喷嘴41，用于将管路33中的部分二甲基硅油喷出喷射在散热体21上，用以在散热体21发热严重时，使用二甲基硅油直接进行蒸发散热。在本发明的一个实施例中，所述喷嘴41为喷射液体的喷嘴，与此对应，在散热板23的上表面上相应设置导热坡面24，且在与喷嘴41对应的一侧，设置集液口25、集液管42以及单向阀43；所述导热坡面24为铺满散热板23上表面的斜平面结构，且在靠近喷嘴41的一侧较高。所述导热坡面24可由固态导热绝缘涂料制成。所述集液口25为漏斗状，设置在散热板23相对于喷嘴41的一侧边缘，用于收集从导热坡面24流下来的二甲基硅油；所述集液口25下部连接集液管42，集液管42用于将集液口25中收集的二甲基硅油引流到管路33中，进而将由喷嘴41喷射出二甲基硅油再次收集回流到管路33中。所述单向阀43设置在集液管42上，用以防止管路33中的冷媒液体倒流到集液口；或者，所述喷嘴41为雾化喷嘴，能够喷射出雾化液滴状的二甲基硅油。

图5为图1在b方向的截面图，如图5所示，在所述空气冷却部13中，设置有风道52、进风扇51、半导体制冷器53、集液槽54和出风口55，在出风口55的下部、位于发热体容纳部11的侧壁上，设置有出风扇56。其中，所述风道52沿空气冷却部11的上表面设置，以图5中方向而言，风道52的风口截面积从左至右逐渐缩小；所述进风扇51设置在风道52左侧底壁上，用于将发热体容纳部11中的气体吹入风道52中；所述半导体制冷器53设置在所述风道52的顶壁的上表面，用于通过风道52的顶壁对风道内的空气进行强制降温，相应的，所述风道52的上壁由导热良好的材质，如铜、铝等制成；在所述半导体制冷器53的上部、空气冷却部13的顶壁，设置散热开口57，用于排放半导体制冷器53的发热部产生的热量。所述出风口55设置在风道52的最右侧下壁上，连通空气冷却部13和发热体容纳部11，在发热体容纳部11的右壁靠水平方向正对散热体21的位置，设置出风扇56，用于将从出风口55排出的气体吹入散热体21中；相应的，如图4所示，为散热体21在c方向的视图，所述散热体21的散热片211被设置为由迎风向向出风向一侧的中心部位收紧，以使吹进散热体21中的气体在出风向一侧汇聚，起到提高在出风向一侧风速的作用，进而能够部分或全部抵消散热体21对散热风速度的衰减，提高出风侧风速，提升出风侧的散热效果。

所述充电桩散热柜中还设置有温度检测装置（图中未示出），用于检测散热模块的温度。

所述充电桩散热柜的工作过程为：充电桩对电动车等设备进行充电，当温度检测装置检测到散热模块的温度大于第一温度阈值时，启动液泵35，使液箱34中的冷媒液体，如二甲基硅油，按照图1中自左向右的方向沿管路33流动，冷媒液体沿管路33的分出的第一支路331和第二支路332，分别进入到第一制冷板31和第二制冷板32中，通过热交换带走散热体21和散热板23中的热量，使散热模块降温；携带热量的冷媒液体从第一制冷板31和第二制冷板32流出后，汇聚流入散热器36中，散热风机37转动，对散热器36进行吹风，将散热器36中冷媒液体的热量吹散到充电桩外界。通过冷媒液体的反复循环，带走散热模块中的热量。

当温度检测装置检测到散热模块的温度大于第二温度阈值时，除了开启液泵35和散热风机37之外，还开启进风扇51、出风扇56以及半导体制冷器53，以使风道42成为空气冷却风道，在发热体容纳部11和空气冷却部13之间形成循环冷风，进一步对散热模块进行降温，所述循环冷风的流向如图5中平底箭头所示。所述第二温度阈值大于第一温度阈值。

当温度检测装置检测到散热模块的温度大于第三温度阈值时，除了开启液泵35、散热风机37、风扇51、出风扇56以及半导体制冷器53之外，还启动喷嘴41，将管路33中的冷媒液体，如二甲基硅油，喷射到散热模块上进行降温，喷射出的二甲基硅油沿导热坡面24铺满电路板上，对发热电路进行降温，之后在重力作用下流入集液口25中，再通过集液管42流入管路33中。喷嘴喷射出的二甲基硅油在吸收散热模块的热量后，会有一部分气化为蒸汽，或者，喷嘴41为雾化喷嘴，使二甲基硅油成为悬浮在空气中的小液滴的形态，这两种情况都会使发热体容纳部11中的空气中含有二甲基硅油颗粒，并随着循环冷风进入到风道52中，此时，调节半导体制冷器53的制冷温度，使风道内温度降低至二甲基硅油蒸汽的露点温度，使得二甲基硅油液体凝集在风道上壁上，并沿着倾斜的风道上壁流至出风口55处，并在流出出风口55之前，在液体档板58的阻挡和引流作用下，流入集液槽54中，实现对喷射出的二甲基硅油的回收，避免了冷媒液体二甲基硅油的过多消耗。所述液体档板58可以为网状结构，由疏水材料制成。所述第三温度阈值大于第二温度阈值。

相应的，本发明还提供了一种充电桩散热控制方法，如图6所示，包括步骤：

s101：开始充电。

s102：温度检测装置实时检测散热模块的温度是否大于第一温度阈值，若是，执行s103，若否，继续执行s102。

其中，所述第一温度阈值即是开启充电桩散热功能的温度值。

s103：启动液泵和散热风机，之后执行s104。

s104：在预设的第一时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第一温度阈值，若是，则执行s105，若否，则执行s106。

s105：判断当前散热模块的温度是否小于第四温度阈值，若是，则关闭液泵和散热风机，之后执行s102，若否，则执行s104，其中，所述第四温度阈值小于第一温度阈值。

当散热模块的温度小于第一温度阈值时，存在一旦取消降温措施，散热模块再次迅速升温至甚至超过第一温度阈值的情况，所以，设置小于第一温度阈值的第四温度阈值，作为判断是否关闭液泵和散热风机的标准。

s106：温度检测装置实时检测散热模块的温度是否大于第二温度阈值，若是，则开启进风扇、出风扇以及半导体制冷器，之后执行s107，若否，则执行s104。

s107：在预设的第二时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第二温度阈值，若是，则执行s108，若否，则执行s109。

s108：判断当前散热模块的温度是否小于第五温度阈值，若是，则关闭进风扇、出风扇以及半导体制冷器，之后执行s106，若否，则执行s107，其中，所述第五温度阈值小于第二温度阈值。

s109：温度检测装置检测散热模块的温度是否大于第三温度阈值，若是，则开启喷嘴，并将半导体制冷器的冷却温度设置为冷媒液体的露点温度，之后执行s110，若否，则执行s107。

s110：在预设的第三时间长度后，温度检测装置检测散热模块的温度是否小于第三温度阈值，若是，则执行s111，若否，则执行s112。

s111：判断当前散热模块的温度是否小于第六温度阈值，若小于，则关闭喷嘴，之后执行s109，若高于，则执行s110，其中，所述第六温度阈值小于第三温度阈值。

s112：停机报警。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。