一种液冷散热直流充电装置的制作方法

1.本发明涉及电动汽车充电装置技术领域，具体为液冷散热直流充电装置。


背景技术：

2.随着电动汽车技术的大力推广应用，电动汽车的产量日益增长，电动汽车进入了千家万户。同时，电动汽车的产量井喷式增长，对充电桩的需求量同样巨大。虽然充电桩数量也在快速增加，但是新能源汽车数量的增长规模大幅高于充电桩数量的增长规模。电动汽车行业生产规模的高速扩张，促进了充电桩行业的快速发展。反之，充电桩行业发展的滞后，将会严重影响汽车行业生产规模的扩张与电动汽车的普及。因此，目前急需发展充电桩的规模，以解决电动汽车与充电桩之间的供需矛盾。充电桩的发展总体趋势是直流充电桩取代交流充电桩，并逐步淘汰车载充电机(即：on board charger,简称obc)，最终实现大功率直流快速充电。然而，现阶段充电桩行业的发展受到电动汽车技术、电力电网基础设施、城市建设规划等诸多因素的影响。超级大功率直流充电站的建设受到限制，不能完全满足我们的生活场景。特别是城市商圈、住宅小区等室内外停车场，需求一种能够实现快速直流充电，一般充电功率为20～60kw，且便于安装与共享的小型直流充电桩。
3.目前，市场上同类型直流充电装置或充电桩，一般采用纯风冷散热方式。这种纯风冷散热的充电装置或充电桩，其内置充电模块将电子元器件安装于一个仅有单面散热翅片的金属壳体内，发热电子元器件的热量主要经过导热硅脂、导热灌封胶或导热金属板等中间环节，先传递给金属壳体，再传递至翅片表面，最后通过数个小尺寸风扇带动的气流为翅片散热。采用这种散热方式的充电桩，一般具有体积和重量大，散热效果差，工作噪音高的特点。这种充电产品具体存在如下不足之处：一是散热翅片厚度大，单位体积的散热面积小，散热效率低；二是为获取更大的散热面积，同时会导致大幅增加产品的体积和重量；三是风扇迎风面积小，加之风扇数量多，会导致工作噪音大；四是运用更多导热环节和更大壳体零部件，会导致生产难度大，制造成本高。
4.当前市场上常用的管带式空气冷却器，一般采用单排散热管，散热面积小，整体散热效率较低。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提出一种采用空气冷却和液体冷却相结合，散热高效，布局紧凑，体积较小，实现了小型化和轻量化的液冷散热直流充电装置，具体技术方案如下：
6.一种液冷散热直流充电装置，包括壳体(1)，在所述壳体(1)内腔上部安装有空气冷却机构(2)，在所述壳体(1)表面开设有至少一个第一进风口(3)，该第一进风口(3)与所述空气冷却机构(2)对应设置；
7.在所述壳体(1)内腔的下部安装有液冷充电模块(4)，该液冷充电模块(4)的进水口和出水后分别与所述空气冷却机构(2)的出水口和进水口连通；
8.在所述液冷充电模块(4)的进水口和空气冷却机构(2)的出水口之间，或者所述液冷充电模块(4)的出水口和空气冷却机构(2)的进水口之间串接有水泵机构(5)。
9.作为优化：在所述壳体(1)背面的上部均匀分布有第一进风口(3)，该第一进风口(3)与所述空气冷却机构(2)相对设置，在所述壳体(1)的正面开设有通风孔(6)，在该通风孔(6)上设置有风罩盖(7)，该风罩盖(7)与所述空气冷却机构(2)中的风扇叶正对设置；
10.在所述壳体(1)两个侧面和底部分别开设有第二进风口(8)，该第二进风口(8)与所述液冷充电模块(4)对应设置。
11.作为优化：所述空气冷却机构(2)设置有至少一组散热扁管(201)，该散热扁管(201)中的散热管之间设置散热带(202)连接；
12.在所述散热扁管(201)两个侧面通过支撑座(203)和电机安装支架(213)，安装有电机(204)，在该电机(204)的输出端连接有风扇(205)，在该风扇(205)上罩设有风罩(206)，该风罩(206)一端与所述散热扁管(201)的侧面正对，另一端与所述风罩盖(7)正对。
13.作为优化：在所述散热扁管(201)的顶部设置有上液仓(209)，在该上液仓(209)顶部开设有上液嘴(207)，该上液嘴(207)与所述液冷充电模块(4)出液口连通，在所述散热扁管(201)的下部设置有开设有下液仓(210)，在该下液仓(210)上开设下液嘴(208)，该下液嘴(208)与所述液冷充电模块(4)的进液口连通。
14.作为优化：在所述上液仓(209)的顶部还设置有注液口(211)和排气口(212)，在所述壳体(1)的顶部开设有通孔(9)，该通孔(9)与所述注液口(211)和排气口(212)相对设置，在该通孔(9)上设置有橡胶座(901)，在该橡胶座(901)中设置有橡胶塞(902)。
15.作为优化：在所述壳体(1)内腔中还设置有膨胀箱(10)，该膨胀箱(10)的入口与所述排气口(212)连通。
16.作为优化：所述液冷充电模块(4)设置有模块壳体(41)，在该模块壳体(41)内部设置有pcb板模块，所述模块壳体(41)内部设置有散热液体流道，所述pcb板模块的发热元件和所述散热液体流道接触，进行热交换。
17.作为优化：所述壳体(1)由前壳体(101)和后壳体(102)扣合组成。
18.所述空气冷却机构(2)设置至少一个风扇(205)，该风扇(205)出风口位置位于充电装置前面、或者后面、或者上面、或者左面、或者右面。
19.本发明的有益效果为：
20.1、相比传统的充电装置，实现了小型化和轻量化，安装方式灵活，适应立式或者壁挂式安装方式。
21.2、本发明采用循环液冷技术，提供了一种高效的散热方案，解决直流充电装置和充电桩的散热问题，水泵机构驱动冷却液将充电产生的热量快速传递至空气冷却机构，电机带动风扇快速高效为冷却液降温，低温冷却液再流入液冷充电模块，冷却液如此循环散热。
22.3、本发明采用液冷充电模块，其内部功率器件、电感、变压器等发热元器件紧密贴合冷却水道，传热路径短，大幅提高散热效；结构布局紧凑，减小充电模块和充电装置的体积和重量，提高了体积功率密度，有利于应用该充电装置的充电桩实现小型化、轻量化。
23.4、本发明采用高效的管带式散热器，散热器本体布置两行散热扁管，增大了散热面积；同时，散热器搭配大尺寸散热风扇，降低了电机转速，有利于应用该充电装置的充电
桩提高散热效率，降低工作噪音。
24.5、本发明直流充电装置体积小，重量轻，结构紧凑，布局合理，减少了材料用量，简化了工艺步骤，降低了加工难度。有利于应用该充电装置的充电桩降低生产制造成本。
25.6、本发明直流充电装置的充电功率一般为20～60kw，适合大部分地区电力设施的安装要求，有利于应用该充电装置的充电桩的推广与应用。
26.7、本发明直流充电装置采用双向充放电技术，既可以利用该设备给电动汽车进行充电，同时也可以利用该设备将电动汽车动力电池存储的电量反向输入到电网当中。有利于应用该充电装置的充电桩与电动汽车之间的电能双向互动，维持电网稳定。
附图说明
27.图1为本发明的结构示意图。
28.图2为本发明的安装示意图。
29.图3为发明中空气冷却机构的结构示意图。
30.图4为图3中a-a的剖视图。
31.图5为本发明中散热扁管和散热带的结构示意图。
32.图6为本发明中液冷充电模块的结构示意图。
33.图7为本发明中散热介质流向示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
35.需要说明的是，在本发明的描述中，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，这些术语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，或特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。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。
36.此外，还需要说明的是，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，可以通过中间媒介间接连接。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述在本发明中的具体含义。
37.如图1和图2所示：一种液冷散热直流充电装置，包括壳体1，壳体1由前壳体101和后壳体102扣合组成，在壳体1内腔上部安装有空气冷却机构2，在后壳体102均匀分布有第一进风口3，该第一进风口3与空气冷却机构2对应设置；在壳体1内腔的下部安装有液冷充电模块4，该液冷充电模块4的进水口和出水后分别与空气冷却机构2的出水口和进水口连通；在液冷充电模块4的进水口和空气冷却机构2的出水口之间，或者所述液冷充电模块4的出水口和空气冷却机构2的进水口之间串接有水泵机构5。
38.在前壳体101的正面开设有通风孔6，在该通风孔6上设置有风罩盖7，该风罩盖7与空气冷却机构2中的风扇叶正对设置；
39.在壳体1左右侧面和底部分别开设有第二进风口8，该第二进风口8与液冷充电模
块4对应设置，便于液冷充电模块4与外界空气进行换热。
40.如图3、图4和图5所示：空气冷却机构2设置有两组散热扁管201，该散热扁管201中的散热管之间设置散热带202连接；在散热扁管201两个侧面通过支撑座203和电机安装支架213安装有电机204，该电机204的输出端连接有风扇205，在该风扇205上罩设有风罩206，该风罩206一端与散热扁管201的侧面抵接，另一端与伸入通风孔6，。在散热扁管201的顶部设置有上液仓209，该上液仓209与散热扁管201连通，在该上液仓209顶部开设有上液嘴207，该上液嘴207与液冷充电模块4出液口连通，在所述散热扁管201的下部设置有开设有下液仓210，该下液仓210与散热扁管201连通，在该下液仓210上开设下液嘴208，该下液嘴208与所述液冷充电模块4的进液口连通。在上液仓209的顶部还设置有注液口211和排气口212，在所述壳体1的顶部开设有通孔9，该通孔9与所述注液口211和排气口212相对设置，在该通孔9中设置有橡胶座901，在该橡胶座901中设置有橡胶塞902，橡胶塞902与注液口211正对。在壳体1内腔中还设置有膨胀箱10，该膨胀箱10的入口与排气口212连通。
41.空气冷却机构2中的散热扁管201沿垂直于空气流向方向分两行竖直布置，相邻的两列散热扁管201之间焊接散热带202，组成散热器本体。散热器本体的顶部开设上液仓209，底部开设下液仓210，左右两侧设置支撑座203。上液仓209外部配置上液嘴207，上液嘴207连接液冷充电模4块出水接口；上液仓209顶部安装的注液口211和排气口212，用于加注冷却液和连接膨胀箱10。下液仓210外部配置下液嘴208，下液嘴208连接水泵机构5。下液仓210安装压力传感器，用于实时监测和反馈冷却液管路压力参数。高温冷却液从上液嘴207流入上液仓209，上液仓209分流到散热器本体的散热扁管201，在流经散热器本体时热量经散热扁管201和散热带202传递给大气，热量降低后变成低温冷却液汇流到下液仓210，低温冷却液从下液嘴208回到水泵机构5。散热器本体前面安装风罩206，风罩206上安装电机204和风扇205。电机204和风扇205转动，驱动空气流动，风扇205与散热器本体之间形成负压，空气从空气冷却器背面进入，穿过散热扁管201、散热带202，从风罩206风口排出。流经的空气通过散热器本体吸收高温冷却液的热量，将热量释放到大气中，最终完成充电装置的散热。
42.壳体1内部设置充电模块安装座和冷却器安装座，分别用于安装液冷充电模块4和空气冷却机构2，冷却器安装座内壁四周设置通风口，壳体1的背面、左侧面、右侧面、底部分别设置第一进风口3；设备工作时，空气冷却机构2中的风扇205转动，产生负压，空气主要从背面的第一进风口3吸入，空气路径为：背面大气-背面的第一进风口3-散热器本体-风扇205-前面大气；
43.其它空气从左侧面的第一进风口3、右侧面的第一进风口3和底部的第二进风口8吸入，空气路径是：左侧面、右侧面的第一进风口3和底部第二进风口8-热器本体-风扇205-前面大气。同时，左侧面、右侧面和底部大气流经液冷充电模块4壳体外表面，可以起到辅助散热作用。本实施例中直流充电装置配置背面第一进风口3为主要进风口，配置左侧和右侧第一进风口3以及底部第二进风口8为辅助进风口，因此第一进风口3尺寸大于第二进风口8。
44.膨胀箱10内可以存放冷却液作为补充液，弥补工作中冷却液的损失，补充液的液位需要保证在min和max之间，液位过低时，控制系统会根据液位传感器的监测反馈报警提示，当冷却液因温度升高而膨胀时，膨胀箱10内的空气可以压缩，缓冲膨胀产生的压力。当
压力超过泄压阀的设定值时，泄压阀会开启与大气连通，释放冷却通道的压力。膨胀箱10具有存储补充液、缓冲压力和泄压的作用。壳体1顶部安装橡胶座901和橡胶塞902，橡胶座901有支承和防滑作用，用于支承充电线缆，橡胶塞902对应注液口211，方便拆卸和加注冷却液。
45.如图6和图7所示：所述液冷充电模块4设置有模块壳体41，在该模块壳体41内部设置有pcb板模块，所述模块壳体41内部设置有散热液体流道，所述pcb板模块的发热元件和所述散热液体流道接触，进行热交换，发热元件包括功率器件、电感和变压器等发热元器件。模块壳体41为铝合金压铸件，内部加工散热水道。散热水道连接入水接口和出水接口，入水接口另一端连接水泵机构5的输出口，出水接口连接空气冷却机构2的进水口。水泵机构5驱动冷却液从入水接口进入液冷充电模块4内部散热水道，冷却液吸收发热元器件的热量，吸收热量的高温冷却液从出水接口流出，流到空气冷却机构2释放热量。入水接口配置入口温度传感器，出水接口配置出口温度传感器，实时监测和反馈冷却液温度情况，实现系统闭环控制。与空气冷却机构2比较，液冷充电模块4体积小、重量轻，具体原因如下：一、液冷充电模块4水道位于壳体1中部，液冷散热效率高，发热元器件可围绕水道紧凑布置，占用空间小。二、壳体1不用配置散热翅片和风冷通道，不需要为散热而增加壳体1表面积，从而减小液冷充电模块4体积和重量。液冷充电模块4通过壳体、下盖板、上盖板和信号盖板等实现模块的全密封，并通过透气阀实现透气防水的功能。信号盖板为非金属无屏蔽的材质，有密封和透过无线信号的作用，可实现无线通信传输与控制功能。