一种电动汽车充电设备功率单元的冷却系统的制作方法

1.本发明涉及电动汽车充电设备，尤其涉及一种电动汽车充电设备功率单元的冷却系统。


背景技术：

2.电动汽车充电桩在工作时，功率单元会产生大量的热量，而随着快速充电技术的发展，充电桩的充电容量也越来越大。因此，充电桩内产生的热量将高达几个千瓦甚至十多个千瓦。而热量的不断积聚，整个充电桩内部的温度会快速升高，将严重影响充电桩功率单元的高效稳定运行，加剧电子元件的老化，降低电动汽车的充电效率，甚至可能存在火灾的隐患出现。
3.专利号为cn202022701220.0的实用新型涉及一种液冷充电桩，包括充电桩本体和功率模块，功率模块和充电桩本体可拆卸式连接，功率模块包括壳体，以及安装在壳体内的发热元件和pcb板，pcb板一侧设有连接端伸出壳体，壳体的一端设有进液口和出液口，用于连接外部的液冷循环系统，壳体内充满不导电液体，浸没pcb板和发热元件，充电桩本体内设有安装端，用于和连接端相连。该实用新型采用单相液冷方式对功率单元进行散热，冷却液的温度不稳定，冷却液的温度依赖于外界散热条件。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种冷却效果好的电动汽车充电设备功率单元的冷却系统。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种电动汽车充电设备功率单元的冷却系统，包括功率单元、封闭的液槽和液冷循环系统，所述的功率单元浸没在液槽下部的相变冷却液中，液冷循环系统包括冷凝器和热交换器，冷凝器布置在液槽上部的气相空间中；热交换器布置在液槽的外部，通过冷却管道与冷凝器连接。
6.以上所述的冷却系统，热交换器包括风扇和冷却水箱，液冷循环系统包括液力泵和控制阀，液力泵、控制阀、冷凝器和冷却水箱串接在冷却管道中，液冷循环系统中的冷却液为水或乙二醇防冻液。
7.以上所述的冷却系统，所述的相变冷却液为氟化控温冷却液。
8.以上所述的冷却系统，包括泄压阀，泄压阀安装在液槽壳体的上部，内侧与液槽上部的气相空间连通，外侧与大气连通。
9.以上所述的冷却系统，包括输入连接器和输出连接器，输入连接器和输出连接器安装在液槽壳体上；功率单元的输入端通过输入连接器与外部的交流电源连接，功率单元的输出端通过输出端连接器与外部的充电接头连接。
10.以上所述的冷却系统，冷却水箱包括s形的排管和多片固定在排管上的散热翅片。
11.以上所述的冷却系统，包括复数个所述的功率单元，复数个功率单元并接本发明电动汽车充电设备功率单元的冷却系统采用两相浸没式的液冷方式，冷却
液的工作温度稳定，冷却效果好。
附图说明
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
13.图1是本发明实施例电动汽车充电设备功率单元冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
14.本发明实施例电动汽车充电设备功率单元冷却系统的结构如图1所示，包括多个ac/dc功率单元7、封闭的液槽1和液冷循环系统，ac/dc功率单元7浸没在液槽1下部绝缘的相变冷却液2中，液冷循环系统包括冷凝器3和热交换器4，冷凝器3布置在液槽1上部的气相空间m中。热交换器4布置在液槽1的外部，通过冷却管道9与冷凝器3连接。
15.热交换器4包括风扇41和冷却水箱42，液冷循环系统还包括液力泵5和控制阀6。液力泵5、控制阀6、冷凝器3和冷却水箱42串接在冷却管道9中。
16.绝缘的相变冷却液2通常是矿物油或其它不导电的介质，一般沸点较低，比如3m氟化控温冷却液的沸点可以采用50℃，本发明实施例的相变冷却液2可以采用3m氟化控温冷却液。3m氟化控温冷却液带走功率单元7产生的热量后发生相变气化。气态冷却液上升由冷凝器3冷凝重新变成液态回到液槽1的下部。因为冷却液的沸点温度在一个适中的范围，冷凝器盘管中的水温不需要很低，通常采用干式冷却器就可以满足换热要求。而且，冷却液2在热量交换中发生了相变，所以传热效率高。液冷循环系统中的冷却液可以看做是冷却液2从气态变回液态的冷源。
17.液冷循环系统中的冷却液为水或乙二醇防冻液。冷凝器3排管中的冷却液是流动的，以冷却液为介质，冷凝器3、液力泵5、控制阀6、热交换器4和冷却管道9构成了外围液冷循环系统。在液力泵5提供的压力作用下，冷却液从液力泵5 流经控制阀5进入热交换器12的排管421。热交换器排管421外连接有大量的散热翅片422，目的是增大表面散热面积，高效地带走流经热交换器4的冷却液的热量。介质流经热交换器排管温度降低，流入冷凝器5的排管，冷却液在冷凝器的排管内通过管壁吸收气态绝缘冷却液2的热量，温度升高，最后又流入液力泵5。介质如此循环流动，介质的温度在冷凝器升高，又在热交换器降低，通过热交换，外围液冷系统带走液槽1内冷却液2相变产生的热量，而液槽1内的绝缘冷却液2通过相变又持续带走功率单元7的热量，最终液槽1的液态冷却液2维持在一个稳定的工作温度，从而使功率单元7的器件也在一个稳定的温度环境下持续运行。浸没式功率单元需采用高密封结构，能够使元器件远离外部环境的不利因素，元器件浸没在完全绝缘且无腐蚀的液体里，能够有效地提高元器件的使用寿命。
18.密封液槽1的材质和结构形式有多种选择，可以是金属或非金属材质，容器的密封方式可以是焊接、点胶或整体模具生产的塑胶件。功率元器件（发热器件）可以独立或组合固定在密封容器内，浸没在冷却液2里。本实施例的功率器件（发热器件）都集成布局在pcb 板上，具有良好的工艺性和成本优势。
19.在相变过程中，冷却液2蒸发为气态过程可能发生逃逸，所以对液槽1的密封性有较高的要求。为了防止冷却系统在密封的液槽1中压力不断升高发生爆缸事故，需要设置一定的安全设施，比如在本实施例中设置了泄压阀14，泄压阀14安装在液槽1的壳体11的上
部，泄压阀14内侧进气口与液槽1上部的气相空间m连通，泄压阀14外侧的排气口与大气连通。
20.多个ac/dc功率单元7为并接结构，液槽1的壳体11上装有输入连接器15和输出连接器16。ac/dc功率单元7并联的输入端通过输入连接器15和线缆与外部的交流电源连接，ac/dc功率单元7并联的输出端通过输出端连接器16和线缆与外部的用电电路连接。
21.输入连接器15和输出连接器16是典型的功率单元对外的电力和信号连接方法 ，具有密封属性，通过对接连接器的互插传导电流和必要的电信号。浸没式功率单元模块的对外电力和信号连接也可以直接通过导线或铜排连接，导线或铜排进、出液槽应有密封措施。
22.为了液冷系统的压力和流量更稳定，可以在系统中增加水箱；为了调节和监测液冷系统的关键参数，可以在液冷系统中增加压力表和流量表。
23.如图1所示，冷却水箱42的内部有排管41，排管41外表面有许多散热翅片422。排管的结构为多层的s形布局，目的是冷却液在尽量长的路径里能够和排管表面设置的散热翅片422充分进行热交换。风扇41 置于冷却水箱42的一端。根据热交换器的不同结构，可以在冷却水箱42的两端都设置风扇，或者在冷却水箱42的正面或背面布置风扇，通常风扇吹风的方向和冷却水箱42的翅片422排布方向一致，流动的空气可以最大程度地带走翅片表面的热量。
24.在新能源汽车越来越普及的趋势下，本发明实施例电动汽车充电设备功率单元冷却系统可以直接用于直流充电机。两相浸没式液冷直流充电机具备直流充电机的全部必要元素，如交流输入配电开关，ac/dc功率单元，输出直流互感器、直流接触器、辅助电源、直流枪线、急停开关，充电控制器等，这些直流充电机的器件（部件）被合理有序地布局在产品机箱内。其中ac/dc 功率单元即可直接采用本发明实施例电动汽车充电设备功率单元冷却系统的两相式浸没功率单元。
25.本发明实施例电动汽车充电设备功率单元冷却系统具有以下特点：1）功率单元的发热元件浸没在密封的液槽的绝缘冷却液内。冷却液吸收热量气化，发生相变带走发热单元的热量。气化冷却液上升到冷凝器，被冷凝器吸收热量重新转变成液态流回液槽。冷却液如此气化和液化反复转变循环，使得液槽的冷却液保持在一个稳定的温度范围，为浸没其中的功率单元提供可靠稳定的工作环境。
26.2）两相浸没式液冷系统除了密封液槽内的液态—气态两相循环散热系统，还需另一套外循环液冷系统，它由泵、阀、热交换器、液管、冷却液介质等构成，介质在冷凝器的排管内吸收热量，经泵的驱动，流到热交换器释放热量，如此循环持续运行，以保证液槽内冷却液液态—气态两相循环转变散热系统的可靠稳定的运行。
27.3）该两相浸没式液冷电源系统可用于直流充电系统，既采用该浸没式液冷系统替代现有的风冷系统为充电机的核心部件ac/dc功率单元提供可靠的散热。
28.4）浸没式液冷功率单元可设置密封性良好的电气连接端子，能够进一步提高液冷系统的可靠性。
29.两相液冷系统的外循环热交换器可以通过自然冷、强迫风冷或液冷等热交换方式进行散热。