一种大功率充电装置的热交换系统的制作方法

1.本发明涉及电动汽车充电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种大功率充电装置的热交换系统。


背景技术：

2.随着新能源电动汽车的快速发展，人们对电动汽车的需求也不断提高，目前面临着充电速度慢以及排队时间长等问题，需要在提升电动汽车续航里程的同时，节省电动汽车的充电时间；目前采用大功率充电装置给电动汽车进行充电可以节省充电时间，但是，大功率充电装置在充电时，其发热功率会随之增加，也就是其工作温度会升高，会导致充电装置的使用寿命降低，因此需要对主要发热部件进行降温以保证其能够在高温的环境下也能够正常工作。因此，有必要提出一种大功率充电装置的热交换系统，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

3.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
4.为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种大功率充电装置的热交换系统，包括：散热器，与液冷电缆的出液口连通，用于对冷却液进行散热；液箱，与散热器连通，用于储存冷却液；泵，分别与液箱和液冷电缆的进液口连通，用于为冷却液的循环流动提供动力；自动控制模块，用于控制散热器、液箱以及泵工作。
5.优选的是，所述液箱和散热器的连通处设有第一温度传感器，所述第一温度传感器与自动控制模块电连接，用于检测经过散热器散热后的冷却液的温度，并将温度数据传输给自动控制模块，以通过自动控制模块控制散热器的工作。
6.优选的是，所述液箱内设有液位传感器，所述液位传感器与自动控制模块电连接，用于检测液箱内的冷却液的液位高度，并将液位高度数据传输给自动控制模块，以通过自动控制模块控制储液机构向液箱内补充冷却液。
7.优选的是，所述泵和液冷电缆的进液口连通处设有压力传感器，所述压力传感器与自动控制模块电连接，用于检测输送至液冷电缆进液口处的冷却液压力，并将压力数据传输给自动控制模块，以通过自动控制模块控制泵的工作。
8.优选的是，所述散热器包括：壳体，所述壳体内设有供冷却液流通的散热管件，所述壳体的一侧设有与自动控制模块电连接的散热风扇。
9.优选的是，还包括：与自动控制模块电连接的应急制冷组件，设置在所述散热器和液箱的连通处，用于对由散热器流向液箱的冷却液进行制冷，所述第一温度传感器设于应急制冷组件和液箱之间。
10.优选的是，所述自动控制模块控制散热器和应急制冷组件的过程为：判断第一温
度传感器检测的冷却液温度、第二温度传感器检测的外部环境温度以及经过液箱和散热器连通处的冷却液的预设温度之间的关系：
11.当t1《t0时，控制散热风扇不工作；
12.当tw《t0且t0《t1《2t0时，开启散热风扇并调节至一级散热风量；
13.当tw《t0、且t1≥2t0时，调节散热风扇至二级散热风量；
14.当tw≥t0时，调节散热风扇至三级散热风量，并开启应急制冷组件。
15.优选的是，还包括：预散热组件，所述泵和液冷电缆的进液口之间通过第一连接管连通，所述液冷电缆的出液口和散热器之间通过第二连接管连通，所述第一连接管上旁通有散热连接管，所述散热连接管的另一端与第二连接管连通，所述散热连接管和第二连接管的连接处设有预散热组件。
16.优选的是，所述预散热组件包括：筒体，所述筒体连接于第二连接管和散热器的进水管之间，所述筒体的外侧套设有环形管，所述环形管上设有与散热连接管连通的连通管，所述筒体的周向间隔布置有与环形管连通的第一孔，所述筒体的内部同轴线设有柱体，所述柱体的周向间隔布置有与第一孔对应的导流叶片，所述导流叶片与筒体的内侧壁连接，所述导流叶片上设有与第一孔同轴线设置的第二孔，所述第二孔靠近柱体的一端连通设有第三孔，所述第三孔贯穿导流叶片且其轴线垂直于第二孔的轴线。
17.优选的是，所述柱体的两端均设有锥形体；
18.所述连通管包括：与散热连接管连通的第一支管，所述第一支管的另一端连通设有两个第二支管，两个所述第二支管对称设置且分别与环形管连通。
19.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
20.本发明所述的大功率充电装置的热交换系统，通过冷却液与液冷电缆的热交换实现对液冷电缆的散热，通过散热器实现对从液冷电缆出液口流出的冷却液进行散热，进而保证冷却液与液冷电缆进行有效的热交换实现稳定散热，通过自动控制模块能够控制散热器、液箱以及泵的工作，以保证冷却液对液冷电缆循环散热的稳定性，提升充电装置的使用寿命。
21.本发明所述的大功率充电装置的热交换系统，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
23.图1为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统的结构示意图；
24.图2为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统的立体结构示意图；
25.图3为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中冷却液循环流动的框图；
26.图4为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中预散热组件的结构示意图；
27.图5为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中导流叶片和柱体的结构示意图；
28.图6为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中筒体的结构示意图；
29.图7为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中筒体的剖面结构示意图；
30.图8为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中导流叶片的结构示意图；
31.图9为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中导流叶片的剖面结构示意图；
32.图10为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中连通管和环形管的结构示意图；
33.图11为本发明所述的大功率充电装置的热交换系统中预散热组件内部结构示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
35.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
36.如图1-图11所示，本发明提供了一种大功率充电装置的热交换系统，包括：散热器1，与液冷电缆的出液口连通，用于对冷却液进行散热；液箱2，与散热器1连通，用于储存冷却液；泵3，分别与液箱2和液冷电缆的进液口连通，用于为冷却液的循环流动提供动力；自动控制模块4，用于控制散热器1、液箱2以及泵3工作。
37.上述技术方案的工作原理：液箱2用于存放冷却液，通过泵3将液箱2内的冷却液抽至液冷电缆的进液口，随着冷却液的流动，其与液冷电缆产生热交换，将液冷电缆在工作时产生的热量带走，然后冷却液从液冷电缆的出液口流出至散热器1内进行冷却，经过散热器1冷却后的冷却液又流动至液箱2内，实现对液冷电缆的循环冷却；
38.自动控制模块4能够依据从散热器1流出的冷却液温度，来判断冷却液经过冷却后的温度是否满足预设温度，进而控制散热器1的散热工作，以保证对冷却液进行降温的稳定性；自动控制模块4依据液箱2内的冷却液的剩余量进行补液工作(在缺液时可以进行自动补液或者提醒工作人员手动进行补液)，防止充电装置在缺液的情况下工作，进一步保证对充电装置降温的稳定性；自动控制模块4依据流向液冷电缆进液口处的冷却液的压力来控制泵3的工作，保证冷却液的输送压力满足预设压力，保证冷却液对液冷电缆的稳定循环散热工作。
39.上述技术方案的有益效果：通过冷却液与液冷电缆的热交换实现对液冷电缆的散热，通过散热器1实现对从液冷电缆出液口流出的冷却液进行散热，进而保证冷却液与液冷电缆进行有效的热交换实现稳定散热，通过自动控制模块4能够控制散热器1、液箱2以及泵3的工作，以保证冷却液对液冷电缆循环散热的稳定性，提升充电装置的使用寿命。
40.在一个实施例中，所述液箱2和散热器1的连通处设有第一温度传感器5，所述第一温度传感器5与自动控制模块4电连接，用于检测经过散热器1散热后的冷却液的温度，并将温度数据传输给自动控制模块4，以通过自动控制模块4控制散热器1的工作。
41.上述技术方案的工作原理和有益效果：通过第一温度传感器5对由散热器1流向液箱2的冷却液的温度进行实时监测，并将温度数据传输给自动控制模块4，自动控制模块4中存储有与冷却液温度对应的预设温度，自动控制模块4依据冷却液温度、预设温度以及当前
环境温度(由于冷却液循环流动也会与环境产生热交换)实现对散热器1的散热工作进行控制；例如，当环境温度低时，则冷却液与外部环境之间产生热交换后，温度降低的幅度较大，当环境温度高时，则冷却液与外部环境之间产生热交换后，温度降低的幅度较小，因此，为了实现对散热器1的高效利用以及充分利用外部环境的优势，对散热器1的散热工作进行控制，可以在一定程度上实现降低散热器1的用电量，达到节能的目的。
42.在一个实施例中，所述液箱2内设有液位传感器6，所述液位传感器6与自动控制模块4电连接，用于检测液箱2内的冷却液的液位高度，并将液位高度数据传输给自动控制模块4，以通过自动控制模块4控制储液机构向液箱2内补充冷却液。
43.上述技术方案的工作原理和有益效果：充电装置内可以设置用于储存冷却液的储液机构，当液位传感器6检测到液箱2内的冷却液低于预设高度时，则通过自动控制模块4控制储液机构向液箱2内进行补液；还可在液箱2上设置液位显示，以便于工作人员能够查看液位的情况，进行手动补液，保证冷却液的用量。
44.在一个实施例中，所述泵3和液冷电缆的进液口连通处设有压力传感器7，所述压力传感器7与自动控制模块4电连接，用于检测输送至液冷电缆进液口处的冷却液压力，并将压力数据传输给自动控制模块4，以通过自动控制模块4控制泵3的工作。
45.上述技术方案的工作原理和有益效果：压力传感器7靠近液冷电缆的进液口处设置，实时对通入的冷却液的压力进行监测，保证了冷却液在液冷电缆内的循环动力，若是压力传感器检测到冷却液的压力超出预设压力范围，则通过自动控制模块调整泵3的工作状态，直至冷却液的通入压力满足预设压力范围。
46.在一个实施例中，所述散热器1包括：壳体110，所述壳体110内设有供冷却液流通的散热管件120，所述壳体110的一侧设有与自动控制模块4电连接的散热风扇130。
47.上述技术方案的工作原理和有益效果：散热器1选用风冷散热，在壳体110内设置散热管件120，散热管件120优选为铜管，为连续折弯的s形，增加冷却液在散热器1内的流动时间，冷却液的热量传递至散热管件120，然后通过散热风扇130增加散热管件120表面的空气的流通速率，对散热管件120进行加速散热，散热风扇130的转速可以进行调节，可以通过自动控制模块4依据冷却液的冷却情况对散热风扇130的转速进行自动调整，节省散热器1用电量的同时，达到更好的散热目的。
48.在一个实施例中，还包括：与自动控制模块4电连接的应急制冷组件8，设置在所述散热器1和液箱2的连通处，用于对由散热器1流向液箱2的冷却液进行制冷，所述第一温度传感器5设于应急制冷组件8和液箱2之间。
49.上述技术方案的工作原理和有益效果：应急制冷组件8套设在用于连接散热器1和液箱2的管件外侧，应急制冷组件8优选为制冷片，在制冷片的冷端通过导冷结构与管件贴合，制冷片的热端通过风扇向外部环境进行散热，使得管件的一段形成制冷环境，在冷却液通过时，则会与此段管件进行热交换，达到对冷却液冷却的目的；由于制冷片耗费电量，因此其一般在散热器1达到最大散热工作状态时，第一温度传感器5检测的冷却液温度仍然不满足预设温度时，应急制冷组件8开始工作，或者在散热器1出现故障时，通过自动控制模块4控制应急制冷组件8工作，以保证冷却液热交换的有效进行，同时向工作人员发出故障报警，达到节约电能的同时，保证冷却液的冷却温度。
50.在一个实施例中，所述自动控制模块4控制散热器1和应急制冷组件8的过程为：
51.判断第一温度传感器5检测的冷却液温度t1、第二温度传感器检测的外部环境温度tw以及经过液箱2和散热器1连通处的冷却液的预设温度t0之间的关系；
52.当t1《t0时，控制散热风扇130不工作；
53.当tw《t0且t0《t1《2t0时，开启散热风扇130并调节至一级散热风量；
54.当tw《t0、且t1≥2t0时，调节散热风扇130至二级散热风量；
55.当tw≥t0时，调节散热风扇130至三级散热风量，并开启应急制冷组件8。
56.其中，应急制冷组件8的制冷温度tz通过下述公式进行调整：
57.tz＝t
0-α*β*(t
1-t0)
58.其中，α和β分别为第一温度系数和第二温度系数，α取值范围为0.1～0.8，β取值为1或者依据确定，p1为当前时刻获取的液冷电缆的瞬时发热功率，p
max
为液冷电缆的最大发热功率。
59.其中，散热风量与散热量存在下述关系：
[0060][0061]
其中，c为空气的比热，q为散热风扇130的散热量，m为空气质量，t1′
为进入散热器1时的冷却液温度，t0为预设温度，f为散热风量，ρ为空气密度，t为时间。
[0062]
上述技术方案的工作原理和有益效果：在时间相同的情况下，散热风量越大，则其带走的热量越多，散热器1在初始状态下，散热风扇130不工作，也就是仅通过散热管件120与外部环境之间的热交换进行散热，在第一温度传感器检测的冷却液温度t1小于预设温度t0时，表示散热器1在不开启散热风扇130的情况下，对冷却液可以达到有效散热，无需开启散热风扇130；
[0063]
当外部环境温度tw小于预设温度t0且预设温度t0小于冷却液温度t1小于两倍的预设温度t0时，表明，冷却液仅在散热管件120的散热下，无法达到预设温度，此时需开启散热风扇130至一级散热风量进行散热；
[0064]
若是在上述其他条件不变，而冷却液温度t1大于等于两倍的预设温度t0时，表明散热风扇130的一级散热风量以不能满足散热要求，需要再次提升散热风扇130的风量至二级，也就是增加散热风扇130的转速，以在相同的时间内带走更多的热量；
[0065]
当外部环境温度tw大于等于预设温度t0时，此时表示外部环境温度较高，散热风扇130需要调整至三级散热风量(最高级)，尽管如此，仅通过散热风扇130也无法达到有效的散热，需要同时开启应急制冷组件8，对从散热器1流向液箱2的冷却液进行制冷，使得冷却液达到预设温度；
[0066]
并且为了保证应急制冷组件8能够最大限度的节约使用电能，采用上述公式对制冷温度进行实时调整，保证冷却液的冷却温度的同时达到节能的目的；
[0067]
散热风扇130的散热风量与散热量通过上述公式进行确定，设置第三温度传感器对进入散热器1时的冷却液温度进行实时监测，以获得t1′
；可依据上述公式预先设置好散热风量的等级，然后对散热风扇130进行调节，保证散热风扇130的散热量，对冷却液实现有效散热。
[0068]
在一个实施例中，还包括：预散热组件9，所述泵3和液冷电缆的进液口之间通过第
一连接管10连通，所述液冷电缆的出液口和散热器1之间通过第二连接管11连通，所述第一连接管10上旁通有散热连接管12，所述散热连接管12的另一端与第二连接管11连通，所述散热连接管12和第二连接管11的连接处设有预散热组件9。
[0069]
上述技术方案的工作原理和有益效果：为了进一步增加散热效率，在泵3的出液端连通设置第一连接管10和散热连接管12，并且分别在第一连接管10和散热连接管12上设置电磁阀，在冷却液进行循环流动时，泵3的出液端的一部分冷却液(低温冷却液)从散热连接管12经过预散热组件9后与第二连接管11流向散热器1的冷却液(高温冷却液)进行预先混合，低温冷却液和高温冷却液进行充分混合后的温度降低，此方式无需用电就可以对高温冷却液实现预降温，然后再进入至散热器1内进行散热，可进一步节约散热器1的用电量，达到节能的目的。
[0070]
在一个实施例中，所述预散热组件9包括：筒体910，所述筒体910连接于第二连接管11和散热器1的进水管之间，所述筒体910的外侧套设有环形管920，所述环形管920上设有与散热连接管12连通的连通管930，所述筒体910的周向间隔布置有与环形管920连通的第一孔911，所述筒体910的内部同轴线设有柱体940，所述柱体940的周向间隔布置有与第一孔911对应的导流叶片950，所述导流叶片950与筒体910的内侧壁连接，所述导流叶片950上设有与第一孔911同轴线设置的第二孔951，所述第二孔951靠近柱体940的一端连通设有第三孔952，所述第三孔952贯穿导流叶片950且其轴线垂直于第二孔951的轴线；
[0071]
所述柱体940的两端均设有锥形体941；
[0072]
所述连通管930包括：与散热连接管12连通的第一支管931，所述第一支管931的另一端连通设有两个第二支管932，两个所述第二支管932对称设置且分别与环形管920连通。
[0073]
上述技术方案的工作原理和有益效果：散热连接管12内的低温冷却液从第一支管931经过两个第二支管932分成两路进入至环形管920内，环形管920的截面为半圆形且通过第一孔911与筒体910内导流叶片950上的第二孔951和第三孔952连通，相邻的两个导流叶片950、筒体910的内侧壁以及柱体940的外侧壁之间形成混合腔单元，高温冷却液从筒体910的一端流入，经过锥形体941分流后沿轴向经过混合腔单元，由于第一孔911、第二孔951以及第三孔952的孔径小于环形管920的最小管径，低温冷却液从第一孔911经过第二孔951并从第三孔952的两个孔口以喷射状沿垂直于轴向进入至混合腔单元，低温冷却液与高温冷却液相撞后进行充分混合，然后从混合腔单元流向筒体910的另一端；在低温冷却液以喷射状且垂直的与高温冷却液进行混合时，两者的接触面积增加，加快两者的热交换，使得高温冷却液能够快速且均匀的进行预降温，提升散热效果；
[0074]
通过设置的导流叶片950能够将筒体910内分成多个混合腔单元，使得每个混合腔单元均可同时进行混合，进一步提升热交换的效率，通过设置的第一孔911、第二孔951以及第三孔952，可以增加低温冷却液的流速，以快速且均匀的与高温冷却液进行混合，提升热交换的效率以快速对冷却液进行预降温，保证冷却液能够快速降温的同时提升散热器1的节能效果。
[0075]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
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发明的限制。
[0076]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0077]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。