换电站及其水冷系统的制作方法

1.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：

2.电动汽车是以车载的动力电池作为动力来源的。作为一种二次电源，动力电池能够通过为其补电的方式被反复使用。基于此，电动汽车可通过对同一动力电池充电(快充、慢充)或者直接将需要充电的亏电电池置换为已充电完成的满电电池的方式来保证其续航能力。
3.动力电池在充放电期间均应当处于一个恒定的温度区间(如20-24℃之间)。主要受到环境温度的影响，在夏季，需要补电的亏电电池在进(换电)站时，其电芯温度普遍在35-40℃，而在冬季，需要补电的亏电电池在进站时，其电芯温度普遍在0-5℃。考虑到电动汽车的续航性能，车端的水冷系统往往无法长时间为动力电池提供理想的恒温控制，因此，车端的水冷系统往往会面对温度范围较换电站更广的动力电池的温度差。由于水冷液在20℃温差下的密度有差异，因此这样的温度差便会带来这样的问题：以为70℃的动力电池配置7l的水冷液为例，20℃的温差会造成约50-60ml的水冷液的体积变化。这样一来，在动力电池本身须被水冷液充满的前提下，如果发生了20℃的温差，由于水冷液的物理特性无法扭转，因此充满于动力电池的水冷液的体积会发生变化。举例，在冬季，从电动汽车换下的亏电电池的电芯温度是0℃、其所携带的水冷液的体积是7l。从换电站换上的满电电池由于经站端的水冷系统对其进行了恒温处理，如其电芯温度约为20℃、其所携带的水冷液的体积也是7l。将满电电池装上电动汽车车后，后续在外界环境温度的影响下，动力电池的电芯温度会下降至0℃左右，此时，参照前述与温差有关的体积变化的描述，动力电池内部的水冷液的体积就不会有7l，如会减少50ml左右。车端的水冷系统在极低温下也会开启循环，因此会再次以7l的当前温度的水冷液充满动力电池的内部。这样一来，车端水冷系统的水壶便会因此减少约50ml的水冷液。对于经常换电频率较高的动力电池而言，积累下来便会产生水壶液位较低的风险。同理，在夏季，这样的积累便会产生水壶内的水冷液增加的风险，由于车端的水壶本身体积不是很大，增加的水冷液可能会导致水冷液从水壶内直接扑出。鉴于此，目前一种处理方式是：对于换电次数达到一定量的电动汽车，会在换电前后打开电动汽车的上前盖对水壶进行人为的补液(冬季)/抽液(夏季)操作，显然，这样的操作明显地降低换电用户(尤其是不明原理的换电用户)的体验感。
4.相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

5.技术问题
6.为了至少一定程度地解决上述技术问题，提出本实用新型。
7.技术方案
8.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，该水冷系统包括：第一水冷子系统，其包括第一器皿，所述第一器皿能够向需要充电(待充电或者正在充电)的动力电池发放冷却液，以保证动力电池在对其进行充电期间处于预设的第一目标温度；以及至少一个第二水冷子系统，所述第二水冷子系统包括第二器皿，所述第二器皿能够向充电完成的动力电池发放冷却液，以便：动力电池在被装回车辆时，具有至少能够靠近车辆所需要的第二目标温度的温度。
9.通过这样的构成，能够谋求在保证动力电池的温度达标的前提下抑制冷却液的量出现变化的现象。
10.可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际情形确定车辆所需要的第一目标温度的具体值，如第一目标温度大致应当为前文提到的20-24℃的温度区间中的某一值或者某一温度区间。
11.可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际情形确定车辆所需要的第二目标温度，如可以是根据接收到准确的数据确定、根据经验判断或者基于检测确定。示例性地，直接根据环境温度确定第二目标温度。
12.可以理解的是，在第一/第二目标温度被确定的情形下，本领域技术人员可以根据实际情形采用合理的方式实现相应温度的获得，如可以通过冷媒循环、风冷、水冷、补充/抽取冷却液以实现部分换液、ptc直接加热等方式将温度调节至第一/第二目标温度。
13.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述换电站包括充电仓，其中，在充电仓容纳多个动力电池的情形下，所述第一器皿能够向所述多个动力电池中的部分或者全部发放冷却液。
14.通过这样的构成，给出了第一水冷系统的一种具体的形式。
15.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述充电仓配置有温度检测部件，温度检测部件用于检测动力电池在补电之前的温度，以便：在向对应于该动力电池的车辆进行换电时，通过所述第二水冷子系统向换至该车辆的动力电池补充与该温度相对应的温度。
16.通过这样的构成，给出了第二目标温度的一种具体的获取方式。
17.如补电之前的温度可以理解为将亏电状态的动力电池从车辆上卸下时的温度或者卸下不久后的温度。由于车辆在换电时通常处于熄火状态，如这一温度通常与环境温度较为接近。
18.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述换电站包括待转仓，所述第二器皿能够向处于所述待转仓内的动力电池发放冷却液。
19.通过这样的构成，给出了第一水冷系统的一种具体的形式。
20.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述第一器皿的容积大于所述第二器皿的容积。
21.通过这样的构成，给出了第一器皿和第二器皿之间的关联形式。
22.由于第一器皿应对的通常是充电仓内的多个亏电电池，而第二器皿如应对的通常是转运仓内的单个满电电池，因此器皿所储备的热/冷量通常有明显的区别，如第一器皿的容积通常明显大于第二器皿的容积。
23.可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际需求确定第一/第二器皿的结构形
式以及具体的容积大小等。
24.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述第一器皿能够与所述第二器皿连通。
25.通过这样的构成，给出了水冷系统中第一器皿和第二器皿中的一种具体的关联形式。
26.通过这样的构成，给出了第一水冷子系统和第二水冷子系统之间的一种具体的关联方式。
27.之所以进行这样的设置，是因为：第一水冷系统和第二水冷系统自身在夏季和冬季发放的是温度性质完全相反的两种冷却液，所以自身内部本身会因循环的冷却液的温度差导致第一/第二器皿内的液位发生变化。不过，结合第一水冷系统和第二水冷系统的功能可知，二者之间的变化趋势相反，以夏季为例，第一水冷系统主要是冷电池，而换到第二水冷系统时，则需要暖电池。因此，在二者内部的冷却液的体积发生变化的情形下，往往是一定变大，而另一个变小。基于此通过使二者连通，便可在换电站内自行消化至少一部分由于温度变化引起的冷却液的体积变化的问题。如在冬季，会有将冷却液从第一器皿抽到第二器皿的需求，而在夏季，会有将冷却液从第二器皿抽到第一器皿的需求。
28.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述第一水冷子系统包括：冷媒循环回路，其包括压缩机和蒸发器；以及冷却液循环回路，其包括管路以及设置于所述管路的第一泵；其中，所述第一器皿和所述蒸发器均设置于所述管路。
29.通过这样的构成，给出了第一水冷子系统的一种具体的结构形式。
30.具体而言，通过冷却液与蒸发器表面的冷量进行换热，对冷却液进行降温处理。
31.如冷媒主回路主要包括压缩机、冷凝器、节流部件(如毛细管、电子膨胀阀等)和蒸发器，通过冷媒在压缩机-冷凝器-节流部件-蒸发器-压缩机形成的回路中的循环流动，伴随着冷媒的相变，可以向蒸发器的表面发放冷量。冷却液循环回路中的冷却液通过与蒸发器的表面进行换热，便可将这部分冷量转移至冷却液从而经第一器皿进一步转移至动力电池。
32.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述第一水冷子系统包括：加热部件，其配置于所述第一器皿，所述加热部件用于对盛放于所述第一器皿内的冷却液进行加热处理。
33.通过这样的构成，给出了第一水冷子系统的一种具体的结构形式。
34.在必要的情形下，抑或说如有这样的需要，也可以采用这样的方式来代替加热部件：在冷媒循环回路中增设四通阀，通过切换四通阀，将原本作为蒸发器的换热器切换为冷凝器的功能，从而通过冷却液与冷凝器的表面进行换热的方式，对盛放于第一器皿内的冷却液进行加热处理。
35.对于上述换电站的水冷系统，在一种可能的实施方式中，所述第二水冷子系统包括：干冷器；其中，所述第二器皿和将被装回车辆的动力电池形成第一冷却液循环回路；其中，所述第二器皿和所述干冷器形成第二冷却液循环回路。
36.通过这样的构成，给出了第二水冷子系统的一种具体的结构形式。
37.具体而言，通过第一冷却液循环回路实现了对动力电池的的降温处理，通过第二冷却液循环回路，以风冷的方式实现了对冷却液的降温处理与蒸发器表面的冷量进行换
热，对冷却液进行降温处理。之所以采用风冷，是因为第二器皿的容积较小因此需要的冷量也较小，因此与支援于第一器皿的冷媒循环回路而相比，可以采用成本较低的干冷器。
38.可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际情形确定第一、第二冷却液循环回路的具体形式，如可以是两条相对独立的回路，也可以是具有重叠部分的回路。示例性地，第二器皿的出水口设置有一个主管，主管通过一三通阀连接有两个支管，其中一个支管上设置有将被装回车辆的动力电池并连接至第二器皿的回水口，因此形成第一冷却液循环回路，另一个支管上设置有将干冷器并连接至第二器皿的回水口，因此形成第二冷却液循环回路。
39.与前述的第一水冷子系统类似，也可以通过在第二器皿内配置加热部件的方式实现对盛放于其内的冷却液的升温处理。同样由于第二器皿的容积较小因此需要的热量也较小的原理，也可以省略加热部件，如可以使干冷器运行在不开风扇的情形下，这样一来，可利用外部热环境中的热量来慢慢地对冷却液进行加热。
40.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。
41.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
42.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：
43.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。
44.附图标记列表：
45.100、水冷系统；1、充电仓；2、待转仓；3、动力电池；4、第一水箱；41、第一液位计；42、第一温度计；5、第二水箱；51、第二液位计；52、第二温度计；61、压缩机；62、冷凝器；63、电子膨胀阀；64、蒸发器；65；干燥过滤器；66、电磁阀；67、第一泵；68、第一加热部件；71、第二泵；72、三通阀；73、干冷器；74、第二加热部件；81、第三泵；91、第一恒液泵；92、第二恒液泵。
具体实施方式
46.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。
47.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。
48.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。
49.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对动力电池进行冷/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。
50.参照图1，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。如图1所示，换电站包括容纳多个动力电池3(亏电)的充电仓1以及主要用于容纳即将换至车辆的动力电池3(满电)的待转仓2。水冷系统100主要用于对充电仓1和待转仓2内的动力电池3进行冷却。其中，水冷系统主要包括第一水冷子系统和第二水冷子系统，第一水冷子系统主要用于向充电仓内的、需要充电的动力电池发放冷却液，以保证需要充电的亏电电池在对其进行补电期间处于预设的第一目标温度(如20-24℃之间)，第二水冷子系统主要用于向待转仓内的、充电完成的满电电池发放冷却液，以便：在动力电池在被装回车辆时，具有至少能够靠近车辆所需要的第二目标温度的温度。在本实施例中，第二目标温度大致为当前的环境温度。
51.在一种可能的实施方式中，第一水冷子系统主要包括容积较大的第一水箱4(第一器皿)，第一水箱配置有用于检测盛放于其内的冷却液的液位和温度的第一液位计41和第一温度计42。其中，第一水冷子系统通过冷媒循环回路对盛放于其内的冷却液进行降温处理，通过单独配置的第一加热部件68对盛放于其内的冷却液进行升温处理。
52.其中，冷媒循环回路主要包括压缩机61、冷凝器62、作为节流部件的电子膨胀阀63以及蒸发器64，压缩机61-冷凝器62-电子膨胀阀63-蒸发器64-压缩机61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65和电磁阀66。
53.相应地，冷却液循环回路主要包括经管路连接的第二水箱5、第一泵67和蒸发器64。这样一来，在第一泵的作用下，冷却液能够在冷却液循环回路中流动，流动中的冷却液在通过蒸发器时，与蒸发器的表面进行换热，从而可将这部分冷量转移至冷却液从而实现了对冷却液的降温处理。
54.在一种可能的实施方式中，第一水箱的出水口和回水口之间设置有一个能够将冷却液送达充电仓内的各个动力电池的管路，管路上设置有第三泵81。这样一来，在第三泵的作用下，便可通过携带冷量的冷却液对相应的动力电池进行降温处理。
55.在一种可能的实施方式中，第二水冷子系统主要包括容积较小的第二水箱5(第二器皿)，第二水箱配置有用于检测盛放于其内的冷却液的液位和温度的第二液位计51和第二温度计52。其中，第二水箱能够通过第一冷却液回路向待转仓内的动力电池发放冷量或者热量，第二水冷子系统通过第二冷却液回路对盛放于其内的冷却液进行降温处理，通过单独配置的第二加热部件74对盛放于其内的冷却液进行升温处理。
56.在一种可能的实施方式中，第二水箱5的出水口设置有一个主管，主管上设置有第二泵71并通过一个三通阀72连接有两个支管，其中，左侧的支管上设置有将被装回车辆的动力电池3并连接至第二水箱5的回水口，因此形成前述的第一冷却液回路。右侧的支管上设置有将干冷器73并连接至第二水箱5的回水口，因此形成前述的第二冷却液回路。
57.这样一来，在需要对待转仓内的动力电池降温(如冬季)的情形下，在第二泵的作用下，使冷却液在第一冷却液循环回路和第二冷却液循环回路中流动，流动中的冷却液在经冷却液循环回路通过待转仓内的动力电池时能够对动力电池进行降温处理并将同品质的冷却液填满动力电池。在需要对待转仓内的动力电池升温(如夏季)的情形下，在第二泵的作用下，使冷却液在第一冷却液循环回路中流动并启动第二加热部件，流动中的冷却液在经冷却液循环回路通过待转仓内的动力电池时能够对动力电池进行升温处理并将同品质的冷却液填满动力电池。
58.在一种可能的实施方式中，第一水箱4和第二水箱5之间能够连通，以便通过内部流通的方式消化由于温差导致的液位变化的问题。示例地，第一水箱和第二水箱之间设置有两个管路，其中，上方的管路上设置有第一恒液泵91，在第一恒液泵91的作用下，第一水箱内的部分冷却液能够转移至第二水箱。下方的管路上设置有第二恒液泵92，在第二恒液泵92的作用下，第二水箱内的部分冷却液能够转移至第一水箱。如在冬季，可以启动第一恒液泵91从而将所需量的冷却液从第一水箱抽到第二水箱。如在夏季，可以启动第二恒液泵92便能够将所需量的冷却液从第二水箱抽到第一水箱。基于这样的内部消化，不仅通过前述的第一/第二水冷子系统的设置使得不用担心在车端(车辆)出现水壶内的液体变化的问题，在站端(换电站)也可以不用再考虑由于温度变化引起的第一水箱和第二水箱内的体积变化的问题，从而有望在无人值守的前提下满足换电站内的日常点检需求。
59.可以看出，在实用新型的换电站的水冷系统中，通过对充电期间的动力电池(亏电)和换电之前的动力电池(满电)分别配置一个水箱，能够保证装回车辆的动力电池与从车辆卸下的动力电池具有大致相同的温度并携带有温度大致相同的冷却液，这样一来，便可有效地避免由于温差的积累导致的换电频率较高的车辆上的水壶的液位不稳定的问题。
60.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。