一种带水冷的充电桩系统的制作方法

1.本实用新型涉及充电桩技术领域，具体涉及一种带水冷的充电桩系统。


背景技术：

2.随着新能源行业的发展，市场上的电动汽车越来越普及，电动汽车的充电桩也越来越多，但随着电动汽车的普及，电动汽车充电的时间并没有大幅的提升，这主要是受限于充电功率。按照现有国标要求，目前市面上的充电桩绝大部分的单枪充电最大电流都是250a，充电电压一般不超过750v，单个充电桩的功率一般不会超过180kw。
3.为了提升充电桩的充电功率，要么提高充电电压，要么增大充电电流。目前充电桩最大750v的充电电压已经算比较大了，市面上的电动汽车基本都到不了750v，因此提高充电电压带来的效果比较有限；而充电电流可以提升比较多，比如从250a提升到500a，功率可以达到350kw以上甚至更高。
4.面对这种提高了充电电流的大功率充电桩，进行安全保护策略是很关键的一部分，如何提供健全的保护机制以保护人员和设备安全逐渐成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带水冷的充电桩系统，为充电桩提供水冷式的充电枪头，并结合相应的水冷控制策略，解决大功率充电桩带来的安全问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种带水冷的充电桩系统，包括桩体、控制主板、水冷机组、高压回路和水冷枪头；
8.所述控制主板、所述水冷机组和所述高压回路均位于所述桩体内；
9.所述水冷枪头位于所述桩体外侧，并通过水冷管路和水冷枪线分别与所述水冷机组和所述高压回路的输出端相连，所述高压回路的输入端用于与市电相连；
10.所述水冷枪头处设置有温度传感器；
11.所述水冷枪头和所述水冷机组均与所述控制主板通讯及控制连接，所述控制主板用于与车辆bms通讯及控制连接。
12.进一步地，所述水冷枪线内包括正极线缆和负极线缆；
13.所述水冷管路位于所述桩体外的部分位于所述水冷枪线内；
14.所述正极线缆和所述负极线缆的输入端分别连接所述高压回路的正极输出端和负极输出端；
15.所述正极线缆和所述负极线缆的输出端分别连接所述水冷枪头的dc+和dc-。
16.进一步地，所述水冷枪头的dc+和dc-处各设有一所述温度传感器；
17.所述正极线缆和所述负极线缆位于所述桩体外且远离所述水冷枪头的位置各设置有一所述温度传感器；
18.所述水冷枪线内除所述正极线缆、所述负极线缆和所述水冷管路之外的外置相对设置有一对所述温度传感器。
19.进一步地，所述水冷枪头的dc+和dc-处以及所述高压回路的正极输出端和负极输出端均设置有电压采样器；
20.所述电压采样器与所述控制主板通讯连接，所述高压回路与所述控制主板控制连接。
21.进一步地，所述水冷枪头和所述水冷机组通过第一can总线与所述控制主板通讯及控制连接；
22.所述控制主板通过第二can总线用于与车辆bms通讯及控制连接。
23.进一步地，还包括漏液传感器；
24.所述漏液传感器内置在所述水冷枪线内并与所述控制主板通讯连接，用于检测水冷管路是否发生漏液。
25.进一步地，还包括电子锁；
26.所述电子锁内置在所述水冷枪头内，用于在所述水冷枪头为车辆进行充电作业时将所述水冷枪头与车辆的充电插座锁紧。
27.本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种带水冷的充电桩系统，由于传统的大功率充电桩的充电枪头在充电过程中往往出现温度过高导致充电安全隐患的问题，本实用新型通过将传统的充电枪头改造为水冷枪头，通过水冷管路和水冷枪线与位于充电桩桩体内的水冷机组和高压回路相连，并在水冷枪头处设置温度传感器，通过在车辆充电过程中实时采集枪头处的温度，并反馈给充电桩的控制主板，由控制主板根据枪头的充电温度以及车辆bms反馈的充电电量，向水冷机组下达工作指令，由水冷机组实时调整水冷管路内的冷却液流量大小，进而调节水冷枪头的工作温度，有效解决大功率充电桩带来的安全问题。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例的一种带水冷的充电桩系统的整体结构图；
29.图2为本实用新型实施例的一种带水冷的充电桩系统的水冷控制示意图；
30.图3为本实用新型实施例的一种带水冷的充电桩系统中水冷枪线的横剖图；
31.图4为本实用新型实施例的一种带水冷的充电桩系统的通讯框图；
32.图5为本实用新型实施例的一种带水冷的充电桩系统的水冷控制方法的流程图。
33.标号说明：
34.1、桩体；2、控制主板；3、水冷机组；4、水冷枪头；5、高压回路；6、水冷管路；7、水冷枪线；71、正极线缆；72、负极线缆；73、枪线内环境。
具体实施方式
35.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
36.请参照图1至图5，一种带水冷的充电桩系统，包括桩体、控制主板、水冷机组、高压回路和水冷枪头；
37.所述控制主板、所述水冷机组和所述高压回路均位于所述桩体内；
38.所述水冷枪头位于所述桩体外侧，并通过水冷管路和水冷枪线分别与所述水冷机
组和所述高压回路的输出端相连，所述高压回路的输入端用于与市电相连；
39.所述水冷枪头处设置有温度传感器；
40.所述水冷枪头和所述水冷机组均与所述控制主板通讯及控制连接，所述控制主板用于与车辆bms通讯及控制连接。
41.由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：由于传统的大功率充电桩的充电枪头在充电过程中往往出现温度过高导致充电安全隐患的问题，本实用新型通过将传统的充电枪头改造为水冷枪头，通过水冷管路和水冷枪线与位于充电桩桩体内的水冷机组和高压回路相连，并在水冷枪头处设置温度传感器，通过在车辆充电过程中实时采集枪头处的温度，并反馈给充电桩的控制主板，由控制主板根据枪头的充电温度以及车辆bms反馈的充电电量，向水冷机组下达工作指令，由水冷机组实时调整水冷管路内的冷却液流量大小，进而调节水冷枪头的工作温度，有效解决大功率充电桩带来的安全问题。
42.进一步地，所述水冷枪线内包括正极线缆和负极线缆；
43.所述水冷管路位于所述桩体外的部分位于所述水冷枪线内；
44.所述正极线缆和所述负极线缆的输入端分别连接所述高压回路的正极输出端和负极输出端；
45.所述正极线缆和所述负极线缆的输出端分别连接所述水冷枪头的dc+和dc-。
46.由上述描述可知，水冷枪线内集成与高压回路正极输出端和负极输出端相连的正极线缆和负极线缆，从而使得桩体外的水冷枪头和水冷枪线形成一体的整体结构，便于为车辆进行充电的同时也能有效对正极线缆、负极线缆以及水冷管路在桩体外的走线进行防护。
47.进一步地，所述水冷枪头的dc+和dc-处各设有一所述温度传感器。
48.由上述描述可知，作为充电的关键部位，在水冷枪头的dc+和dc-处均设置一个温度传感器用于实时采集水冷枪头的充电温度，具有准确性。
49.进一步地，所述正极线缆和所述负极线缆位于所述桩体外且远离所述水冷枪头的位置各设置有一所述温度传感器。
50.由上述描述可知，正极线缆和负极线缆作为电流通过的线缆，其线缆温度也对充电桩的充电性能具有很大的影响，故而在正极线缆和负极线缆处也设置有温度传感器，不仅考虑水冷枪头的温度，还考虑了线缆的温度，以便对水冷进行更加智能的控制。
51.所述水冷枪线内除所述正极线缆、所述负极线缆和所述水冷管路之外的外置相对设置有一对所述温度传感器。
52.由上述描述可知，在对水冷枪头和线缆的温度均进行考虑的基础上，还在水冷枪线内除了线缆和水冷管路之外的环境也设置有两个温度传感器，以便对水冷枪线的环境温度也进行采集和考虑，综合三个地方的温度来进一步控制水冷，更具准确性。
53.进一步地，所述水冷枪头的dc+和dc-处以及所述高压回路的正极输出端和负极输出端均设置有电压采样器；
54.所述电压采样器与所述控制主板通讯连接，所述高压回路与所述控制主板控制连接。
55.由上述描述可知，水冷枪头的dc+和dc-处除了设置有温度传感器，还增设有电压采样器，用于对水冷枪头处的充电电压进行实时采集，同时位于充电桩桩体内的高压回路
的正极输出端和负极输出端也设置有电压采样器，以便对高压回路输出的电压进行采集，从而控制主板能够通过比对正负极两路在高压回路端和水冷枪头端的电压，计算正极线缆和负极线缆的线路电阻(受温度或线路老化的影响，线路电阻会发生变化)，能够根据线路电阻进一步判断线缆的发热量，从而进一步控制水冷的冷却能力，也能及时对充电桩进行降额或保护。
56.进一步地，所述水冷枪头和所述水冷机组通过第一can总线与所述控制主板通讯及控制连接；
57.所述控制主板通过第二can总线用于与车辆bms通讯及控制连接。
58.由上述描述可知，采用can总线实现水冷枪头和水冷机组与控制主板之间的通讯控制，同时也同样采用can总线实现对正在充电的车辆的bms与控制主板的通讯，确保水冷控制策略的有效性和即时性。
59.进一步地，还包括漏液传感器；
60.所述漏液传感器内置在所述水冷枪线内并与所述控制主板通讯连接，用于检测水冷管路是否发生漏液。
61.由上述描述可知，在水冷枪线内增加漏液传感器，以对水冷管路是否发生漏液进行实时检测，从而在漏液发生时能及时反馈给控制主板，由控住主板及时下发充电桩的停止、水冷机组的停止等指令，及时避免充电桩以及充电车辆的损坏。
62.进一步地，还包括电子锁；
63.所述电子锁内置在所述水冷枪头内，用于在所述水冷枪头为车辆进行充电作业时将所述水冷枪头与车辆的充电插座锁紧。
64.由上述描述可知，水冷枪头处还内置有电子锁，以便对正在充电过程的水冷枪头进行锁紧，防止人员带电拔插水冷枪头，带来安全隐患。
65.本实用新型的一种带水冷的充电桩系统，通过水冷枪头和相应的水冷控制策略，以解决大功率充电桩的充电电流从250a提升到500a带来的安全问题，以下结合具体实施例进行说明。
66.请参照图1和图4，本实用新型的实施例一为：
67.一种带水冷的充电桩系统，如图1所示，包括桩体1、控制主板2、水冷机组3、高压回路5和水冷枪头4。
68.其中，在本实施例中，控制主板2、水冷机组3和高压回路5均位于桩体1内；水冷枪头4位于桩体1外侧，并通过水冷管路6和水冷枪线7分别与水冷机组3和未在图上标出的高压回路5的输出端相连，而高压回路5的输入端则用于与市电相连。
69.同时，在本实施例中，水冷枪头4处设置有温度传感器；如图4所示，水冷枪头4和水冷机组3均与控制主板2通讯及控制连接，而控制主板2则还用于与进行充电的车辆的bms通讯及控制连接。
70.即在本实施例中，由于传统的大功率充电桩的充电枪头在充电过程中往往出现温度过高导致充电安全隐患的问题，因此本实施例通过将传统的充电枪头改造为水冷枪头4，通过水冷管路6和水冷枪线7与位于充电桩桩体1内的水冷机组3和高压回路5相连，并在水冷枪头4处设置温度传感器，通过在车辆充电过程中实时采集枪头处的温度，并反馈给充电桩的控制主板2，由控制主板2根据枪头的充电温度以及车辆bms反馈的充电电量，向水冷机
组3下达工作指令，由水冷机组3实时调整水冷管路6内的冷却液流量大小，进而调节水冷枪头4的工作温度，有效解决大功率充电桩带来的安全问题。
71.其中值得说明的是，水冷枪线7是在常规充电枪线内集成液冷管路，从枪头延伸到充电桩内部，并在内部和热交换器的管路连接。现有充电枪线和充电枪头大电流工作时会产生较高热量，常规充电线组合线缆规格以及充电枪头和车辆连接位置尺寸限制等原因，无法满足超充功率密度要求，必须在线缆内部加入热交换装置，所以水冷枪线7作用为功率线缆和充电枪头内连接端子散热提供通路。水冷枪头4是兼容目前常规充电枪的接口逻辑的，并且支持具有大电流超充功能的车辆充电
72.另外，在本实施例中，再如图4所示，水冷枪头4和水冷机组3通过第一can总线与控制主板2通讯及控制连接；控制主板2通过第二can总线与车辆bms通讯及控制连接。即通过两路can总线，一路用于水冷枪头4和水冷机组3与控制主板2之间的通讯，一路用于正在充电的车辆的bms与充电桩的控制主板2的通讯，实现充电桩内各设备的控制和充电桩与车辆的信息交互，确保水冷控制策略的有效性和即时性。
73.请参照图2及图3，本实用新型的实施例二为：
74.一种带水冷的充电桩系统，在上述实施例一的基础上，在本实施例中，如图3所示，水冷枪线7内包括正极线缆71和负极线缆72。
75.其中，在本实施例中，水冷管路6位于桩体1外的部分位于水冷枪线7内，同时正极线缆71和负极线缆72的输入端分别连接高压回路5的正极输出端和负极输出端，正极线缆71和负极线缆72的输出端分别连接水冷枪头4的dc+和dc-。
76.值得说明的是，在本实施例中未明确标出高压回路5的正极输出端和负极输出端，也未明确标出高压回路5内的各设备，当本领域人员应当知晓的是，充电桩输入的正负极将市电的交流电需要经高压回路5整流、变压及转换成适合电动汽车充电使用的直流电后，即可通过高压回路5的正极输出端和负极输出端输出给正极线缆71和负极线缆72，再由正极线缆71和负极线缆72将直流电传输到水冷枪头4的dc+和dc-处，以便为外部的电动汽车进行充电。同时，在本实施例中，图2中的高压会仅显示正极回路和负极回路上的简单元器件，即在正极线缆71与充电桩输入+的回路中还串联有一分流器，其中分流器可用于采集高压回路5的电流大小，通过采集高压回路5电流大小，可以计算出充电功率和发热量等，为控制器系统策略的计算提供依据；而负极线缆72与充电桩输入-的回路中则是串联一保险丝fu，可在高压回路5发生短路或漏电时及时熔断，以保护充电桩和被充电的电动汽车；另外，正负极回路中还均串联有一继电器，即k1和k2，该继电器可以与控制主板2控制连接，可通过控制主板2控制其触点的开闭状态，在充电桩发生异常时能够及时断开充电回路，以进一步保护充电桩本身和被充电的电动汽车。
77.即在本实施例中，水冷枪线7内集成与高压回路5正极输出端和负极输出端相连的正极线缆71和负极线缆72，从而使得桩体1外的水冷枪头4和水冷枪线7形成一体的整体结构，同时，水冷管路6可采用fep热缩管材质，便于为车辆进行充电的同时也能有效对正极线缆71、负极线缆72以及水冷管路6在桩体1外的走线进行防护。
78.其中，在本实施例中，水冷枪头4的dc+和dc-处各设有一温度传感器。即作为充电的关键部位，在水冷枪头4的dc+和dc-处均设置一个温度传感器用于实时采集水冷枪头4的充电温度，便于控制面板下发水冷控制指令给水冷机组3以控制水冷管路6内的冷却液流量
大小的准确性。
79.同时，在本实施例中，正极线缆71和负极线缆72位于桩体1外且远离水冷枪头4的位置也各设置有一温度传感器。即正极线缆71和负极线缆72作为电流通过的线缆，其线缆温度也对充电桩的充电性能具有很大的影响，故而在正极线缆71和负极线缆72处也设置有温度传感器，不仅考虑水冷枪头4的温度，还考虑了线缆的温度，以便对水冷进行更加智能的控制。
80.另外，在本实施例中，位于水冷枪线7内除正极线缆71、负极线缆72和水冷管路6之外的外置也相对设置有一对温度传感器。即在对水冷枪头4和线缆的温度均进行考虑的基础上，还在水冷枪线7内除了线缆和水冷管路6之外的枪线内环境73也设置有两个温度传感器，以便对水冷枪线7的环境温度也进行采集和考虑，综合三个地方的温度来进一步控制水冷，更具准确性。
81.综上，在本实施例中，通过对水冷枪线7的6路温度采集(水冷枪头4dc+与dc-处的2路枪头端子温度、正极线缆71和负极线缆72处的2路枪线线缆温度以及枪线内环境73的2路枪内环境温度)，正常情况下，枪头端子温度＞枪线线缆温度＞枪内环境温度，控制面板通过将温度采集器采集到的不同位置的温度进行对比，判断出是否出现了异常，比如各路温度与其异常阈值的关系、超过异常阈值的报警等，通过判断各个温度采集点的温度异常来判断是否发生了充电故障，为水冷机组3控制水冷管路6内的冷却液流量的大小提供依据，当温度高时加大；流量，当温度低时减小流量，让水冷枪头4内的温度控制在恒定范围或恒定值处，实现有效的大功率充电桩充电过程的水冷控制。
82.本实用新型的实施例三为：
83.一种带水冷的充电桩系统，在上述实施例二的基础上，在本实施例中，水冷枪头4的dc+和dc-处以及高压回路5的正极输出端和负极输出端均设置有电压采样器。
84.其中，电压采样器与控制主板2通讯连接，高压回路5与控制主板2控制连接。
85.即在本实施例中，水冷枪头4的dc+和dc-处除了设置有温度传感器，还增设有电压采样器，用于对水冷枪头4处的充电电压进行实时采集，同时位于充电桩桩体1内的高压回路5的正极输出端和负极输出端也设置有电压采样器，以便对高压回路5输出的电压进行采集，从而控制主板2能够通过比对正负极两路在高压回路5端和水冷枪头4端的电压，计算正极线缆71和负极线缆72的线路电阻(受温度或线路老化的影响，线路电阻会发生变化)，能够根据线路电阻进一步判断线缆的发热量，从而进一步控制水冷的冷却能力，也能及时对充电桩进行降额或保护。
86.同时，在本实施例中，还包括漏液传感器，漏液传感器内置在水冷枪线7内并与控制主板2通讯连接，以对水冷管路是否发生漏液进行实时检测，从而在漏液发生时能及时反馈给控制主板2，由控住主板及时下发充电桩的停止、水冷机组3的停止等指令，及时避免充电桩以及被充电的电动汽车的损坏。
87.另外，在本实施例中，还包括电子锁。电子锁内置在水冷枪头4内，用于在水冷枪头4为车辆进行充电作业时将水冷枪头4与车辆的充电插座锁紧，防止人员带电拔插水冷枪头4，带来安全隐患。
88.请参照图5，本实用新型的实施例四为：
89.如图5所示，本实施例举例说明一种带水冷的充电桩系统的水冷控制过程：
90.首先，当车辆需要进行充电时，可以先将水冷枪头插入车辆的插座内，然后将车辆与充电桩进行can连线，启动充电桩。
91.充电桩供电开启，进行自检，若无问题则等待开始充电，有问题则上报故障并停止使用该充电桩。
92.充电开始前，控制主板会先检测水冷枪头的插枪信号，检测到插枪成功后，充电桩可先输出电流给车辆的bms，与其建立通讯连接，若bms无法与充电桩的控制主板进行信息交互，则报警bms通讯失败，并停止充电。
93.当充电桩与bms的通讯建立成功后，水冷枪头的电子锁即可以启动使水冷枪头处于锁付状态，控制面板控制高压回路的继电器k1、k2闭合，然后充电桩开始为车辆进行充电。
94.充电过程中，bms实时反馈电池的充电电量给控制主板，同时，温度采集器也实时采集水冷枪头内各采集点的温度，并反馈给控制主板。
95.如图5所示，以水冷枪头的dc+和dc-处的温度为例：
96.当水冷枪头dc+或dc-的温度tdc≤30℃时，水冷机组控制水冷管路保持低流量的自循环状态；当30℃＜tdc≤45℃或(
△
tdc/
△
t)＜v1并持续3s时，水冷机组控制水冷管路内的冷却液流量f＝0.5fmax，其中，f为水冷管路内冷却液的实时流量，fmax为冷却液的最大流量，
△
tdc为水冷枪头dc+或dc-的温度在
△
t时刻内的温度变化值，v1为
△
t时刻内的第一预设温升速率；当45℃＜tdc≤60℃或v1＜(
△
tdc/
△
t)＜v2并持续3s时，水冷机组控制水冷管路内的冷却液流量f＝0.75fmax，其中v2为
△
t时刻内的第二预设温升速率；当60℃＜tdc≤90℃或(
△
tdc/
△
t)＞v2并持续3s时，控制f＝fmax。
97.以水冷枪头的温度结合枪线内环境温度te及线缆电阻rdcc为例：
98.当90℃＜tdc≤100℃或80℃＜te≤85℃或rdcc≥rmax时，水冷机组控制水冷管路内的冷却液流量f＝fmax，并且降低充电功率为50％，其中，rmax为正极线缆和负极线缆的内阻最大值。
99.以水冷枪头的温度结合线缆温度tdcc与枪线内环境温度te为例：
100.当tdc＞100℃或te＞85℃或tdcc-tdc＞5℃或te＞tdcc或|t
dc+-t
dc
|＞20℃时，停止充电，上报故障，其中，t
dc+
为水冷枪头的dc+处的温度，t
dc-为水冷枪头的dc-处的温度。
101.当漏液传感器检测到水冷枪头发生漏液时，停止充电，上报故障。
102.最后控制主板根据bms反馈的车辆电池的电量，判断是否充电完成，若是则停止充电，断开高压回路，电子锁接触锁付状态，水冷枪头拔出，等待下次充电。
103.综上所述，本实用新型提供的一种带水冷的充电桩系统，具有以下有益效果：
104.1、通过充电桩系统的水冷控制方法，让带水冷的大功率充电桩的使用以及大电流的使用更加安全，为目前充电电流从250a提升到500a提供一种可行方案。
105.2、采用恒温度控制方法，在达到异常阈值之前，通过对主要温度点采集量对冷却液流量进行反馈调节，从而将水冷枪头的温度稳定在一个点上，充分发挥充电桩功率，在允许温度下最小化充电时间。
106.3、以上策略不止可以用于单桩单枪的充电桩，也可用于单桩双枪或单桩多枪，共用1个水冷机组的情况，各个水冷枪线和水冷机之间的水冷管路是相互独立的，可单独控制，充电桩的主板采集每个单独回路枪线的温度、水冷管路流量等参数值，安全保护策略可
以通用，可以实现每个水冷管路独立控制和运行，减少充电桩和主板数量，可以减少成本，可以减少场站液冷桩冷却单元和充电桩成本、减少占地，为一套充电场站的建设提供新的思路，减少建设成本。
107.4、在水冷枪头中除采集温度外，还可采集线缆上的电压，通过和高压回路输出端的电压进行比较，计算线缆电阻，当电阻达到一定值时，判断线路发热量超出冷却能力，从而及时降额或保护。
108.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。