充电系统的冷却系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种电动汽车的充电系统、一种电动汽车的充电系统的控制方法。


背景技术：

2.目前新能源汽车等大功率充电系统的充电时间较长，为了保证充电过程中充电系统的功率模块不过温，需要对充电系统进行冷却。
3.目前，充电设备的冷却方式多数是风冷，但该方式的冷却效率较低，无法保证冷却效果。
4.相关技术中，有采用冷媒进行充电系统的冷却，该方式虽然可提升冷却效率，但是运行成本较高，且采用单一冷媒进行冷却不够环保。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述技术问题，本发明第一方面实施例提供了一种电充电系统的冷却系统。
6.本发明第二方面实施例提供了一种充电系统的冷却系统的控制方法。
7.本发明采用的技术方案如下：
8.本发明第一方面实施例提出了一种充电系统的冷却系统，包括：蒸汽压缩冷却单元，所述蒸汽压缩冷却单元包括：通过蒸汽压缩管路依次相连的压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，所述蒸汽压缩冷却单元采用制冷剂循环；强制对流冷却单元，所述强制对流冷却单元包括：通过冷却管路相连的液冷板、换热器、所述蒸发器和水泵，所述强制对流冷却单元采用冷却液循环，所述液冷板紧贴所述充电系统的功率模块；其中，所述蒸汽压缩冷却单元的冷凝器靠近所述蒸汽压缩冷却单元的换热器设置，且所述蒸汽压缩冷却单元和强制对流冷却单元还包括：风机，所述风机正对所述换热器和所述冷凝器设置，所述风机用于对所述冷凝器和所述换热器进行风冷，所述蒸汽压缩冷却单元与强制对流冷却单元共用一个蒸发器，所述蒸发器包括第一流道和第二流道，所述蒸汽压缩管路与所述第一流道联通，所述冷却管路与所述第二流道联通，所述蒸发器用于将所述冷凝器流出的制冷剂进行蒸发处理，以及将所述第二流道中的冷却液与所述第一流道制冷剂进行对流换热。
9.本发明上述的充电系统的冷却系统还具有如下附加技术特征：
10.根据本发明的一个实施例，在所述强制对流冷却单元中，所述换热器的入口与所述液冷板的出口相连，所述换热器的出口与所述蒸发器的第二流道的入口相连，所述蒸发器的第二流道的出口通过水泵与所述液冷板的入口相连。
11.根据本发明的一个实施例，在所述强制对流冷却单元中，所述第二流道还通过电动调节阀与所述换热器的出口相连。
12.根据本发明的一个实施例，在所述强制对流冷却单元中，所述液冷板的出口通过第一单向阀与所述蒸发器的第二流道的入口相连，所述蒸发器的第二流道的出口通过所述
水泵与所述液冷板的入口相连，所述蒸发器的第二流道的出口还与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口通过第二单向阀所述蒸发器的第二流道的入口相连。
13.根据本发明的一个实施例，所述蒸汽压缩管路包括铜管。
14.本发明的第二方面实施例提出了一种基于本发明第一方面实施例所述的充电系统的冷却系统的控制方法，包括以下步骤：获取所述充电系统的功率模块的温度，当所述功率模块的温度达到启动温度tsta时，控制所述冷却系统启动；获取环境温tamb，根据所述启动温度tsta和所述环境温tamb获取模式选择温度差
△
t，其中，
△
t＝tamb-tsta；对所述选择温度差
△
t进行判断，其中，如果所述选择温度差
△
t大于第一设定温度k1，则控制所述强制对流冷却单元启动；如果所述选择温度差
△
t小于等于所述第一设定温度k1且大于等于第二设定温度k2，则先控制强制对流冷却单元启动，第一预设时间后持续检测目标温差
△
tt，如果目标温差
△
tt大于第三设定温度k3，则控制所述蒸汽压缩冷却单元启动，其中，所述k1＞k2，
△
tt＝tout-ttar，tout为液冷板的出液温度，ttar液冷板的出液目标温度；如果所述选择温度差
△
t小于所述第二设定温度k2，则控制所述蒸汽压缩冷却单元启动，或者控制所述蒸汽压缩冷却单元和所述强制对流冷却单元同时启动。
15.本发明上述的充电系统的冷却系统的控制方法还具有如下附加技术特征：
16.根据本发明的一个实施例，上述的方法还包括：在所述强制对流冷却单元启动后，根据所述目标温差
△
tt的大小及趋势调节所述水泵流量和风机转速；在所述蒸汽压缩冷却单元启动后，根据所述目标温差
△
tt的大小及趋势调节所述压缩机的频率，同时调节所述水泵流量和风机转速。
17.本发明的有益效果：
18.本发明可以为充电桩提供液冷冷却方式，冷却系统为强制对流和蒸汽压缩的组合形式实现，冷却液通过强制对流冷却单元与蒸汽压缩冷却单元在蒸发器中对流换热降温，最大限度的利用了能量的梯级原理，充分发挥高品位能源作用，提高换热效率，降低成本；
19.通过蒸汽压缩的相变制冷方式，冷却液温度可根据要求设定较低的温度，提高换热效率，满足大功率充电散热需求；
20.冷却系统与充电系统只需要通过管路接头来连接，方便生产安装、后期维护，同时保证了充电桩的高防护性质，不会有外界污浊的空气污染功率模块，延长的功率模块的寿命；
21.蒸汽压缩管路与冷却管路相互独立，可靠性高；
22.混合式冷却系统可以降低蒸汽压缩单元的使用率，减少对环境的破坏，较为环保；
23.根据充电系统的检测温度点的温度变化无极调节冷却系统制冷剂流量，工况变化响应迅速、节能。
附图说明
24.图1是根据本发明第一个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；
25.图2是根据本发明第二个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；
26.图3是根据本发明第三个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；
27.图4是根据本发明第四个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；
28.图5是根据本发明一个实施例的充电系统的冷却系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.图1是根据本发明第一个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；图2是根据本发明第二个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；图3是根据本发明第三个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图；图4是根据本发明第四个实施例的充电系统的冷却系统的结构示意图。如图1-4所示，该充电系统包括：蒸汽压缩冷却单元和强制对流冷却单元。
31.其中，蒸汽压缩冷却单元包括：通过蒸汽压缩管路依次相连的压缩机1、冷凝器2、节流元件3和蒸发器4及各传感器(图1-4中的p和t)和制冷配件，蒸汽压缩冷却单元采用制冷剂(冷媒)循环；强制对流冷却单元包括：通过冷却管路相连的液冷板5、换热器6、蒸发器4和水泵7，强制对流冷却单元采用冷却液(例如水)循环，液冷板5紧贴充电系统的功率模块100。
32.蒸汽压缩冷却单元的冷凝器2靠近蒸汽压缩冷却单元的换热器6设置，且蒸汽压缩冷却单元和强制对流冷却单元还包括：风机8，风机8正对换热器6和冷凝器2设置，风机8用于对冷凝器2和换热器6进行风冷，蒸汽压缩冷却单元与强制对流冷却单元共用一个蒸发器4，蒸发器4包括第一流道和第二流道，蒸汽压缩管路与第一流道联通，冷却管路与第二流道联通，蒸发器4用于将冷凝器2流出的制冷剂进行蒸发处理，以及将第二流道中的冷却液与第一流道制冷剂进行对流换热。
33.蒸汽压缩管路可以包括铜管。
34.具体地，如图1-4所示，强制对流冷却单元的换热器与蒸汽压缩的冷凝器可一体成型，可分体组装，可交叉，可交错，可一前一后，等多种结构组合。图1列举了其中一种交差一体型的组合方式，换热器6与冷凝器2一体成型，交叉组合，图2是列举了其中一种分体组装方式。
35.本发明的充电桩系统的冷却方式为液冷散热，功率模块100紧贴液冷板5，液冷板5设计有进口和出口，液冷板5内是贯通的微型通道，通过流进的低温冷却液带走功率模块100的热量。
36.蒸汽压缩冷却单元的工作过程为：低压的气态制冷剂被吸入压缩机1，被压缩成高温高压的气体制冷剂，气态制冷剂流到冷凝器2逐渐冷凝成高压液体制冷剂，冷凝器放热通过风机8带走。冷凝后的高压液体制冷剂通过节流元件3降压降温变成低温低压的气液混合物，气液混合的制冷剂进入蒸发器4，在蒸发器4蒸发(沸腾)以吸收热量，制冷剂又变成了低压气体，重新进入了压缩机1，如此循环。
37.在本发明中蒸汽压缩冷却单元与强制对流冷却单元可有多种组合方式，本发明以图1-4的四种方式为例，但不仅限与此。
38.在本发明的一个实施例中，如图1-2所示，在强制对流冷却单元中，换热器6的入口与液冷板5的出口相连，换热器6的出口与蒸发器4的第二流道的入口相连，蒸发器4的第二流道的出口通过水泵7与液冷板5的入口相连。
39.具体地，图1和2中的强制对流冷却单元的工作过程为：高温冷却液流出液冷板后流进换热器6，并通过风机8进行强制空冷，变成中温的冷却液，然后流过蒸发器4的第二流道，在蒸发器4中与第一流道的制冷剂进行对流换热，变成低温的冷却液，低温的冷却液流进液冷板与功率模块100进行对流换热，带走功率模块100的发热量，冷却液回路的动力通过水泵7提供，并根据情况确定是否配装水箱。此方式最大限度的利用了能量的梯级原理，充分发挥高品位能源作用，提高换热效率，降低成本。
40.在本发明的一个实施例中，如图3所示，在强制对流冷却单元中，第二流道还通过电动调节阀q与换热器6的出口相连。
41.具体地，参考图3，高温冷却液流出液冷板5流进换热器6，然后分成两路，第一路流进蒸发器4的第二流道，第二路则在蒸发器4出口与第一路回合并为一路，流量分配可通过电动调节阀q及其他方式实现。并为一路的冷却液流进液冷板5与其对流换热，从而带走功率模块100的热量，强制对流冷却单元的动力通过水泵7提供，并根据情况确定是否配装水箱，此方式可极大限度的发挥高品位能源作用，并根据情况降低管路阻力，减少水泵功耗。
42.根据本发明的一个实施例，如图4所示，在强制对流冷却单元中，液冷板5的出口通过第一单向阀q1与蒸发器4的第二流道的入口相连，蒸发器4的第二流道的出口通过水泵7与液冷板5的入口相连，蒸发器4的第二流道的出口还与换热器6的入口相连，换热器6的出口通过第二单向阀q2与蒸发器4的第二流道的入口相连。
43.具体地，如图4所示，冷却液流出液冷板5，首先分为2路分别流进换热器6和蒸发器4的第二流道，流量分配可通过电动调节阀及其他方式实现。然后分别流出的2路冷却液再并为一路流进液冷板5与其对流换热，带走功率模块100的发热量，强制对流冷却单元的动力通过水泵7提供，并根据情况确定是否配装水箱。此方式即充分发挥了高品位能源作用，有极大限度的降低管路阻力，减少水泵功耗。
44.冷却系统可根据充电系统的工况控制蒸汽压缩冷却单元的启停和变频调节，低工况时，关闭蒸汽压缩冷却单元，降低功耗，高工况时启动蒸汽压缩冷却单元，并根据情况变频调节从而补偿强制空冷系统的冷却能力不足，满足大功率充电的冷却要求。可根据充电系统的启停或温度监测点的输出信号控制液泵启停及冷却系统启停及调节。
45.综上，根据本发明实施例的充电系统的冷却系统，可以为充电桩提供液冷冷却方式，冷却系统为强制对流和蒸汽压缩的组合形式实现，冷却液通过强制对流冷却单元与蒸汽压缩冷却单元在蒸发器中对流换热降温，最大限度的利用了能量的梯级原理，充分发挥高品位能源作用，提高换热效率，降低成本；通过蒸汽压缩的相变制冷方式，冷却液温度可根据要求设定较低的温度，提高换热效率，满足大功率充电散热需求；冷却系统与充电系统只需要通过管路接头来连接，方便生产安装、后期维护，同时保证了充电桩的高防护性质，不会有外界污浊的空气污染功率模块100，延长的功率模块100的寿命；蒸汽压缩管路与冷却管路相互独立，可靠性高；混合式冷却系统可以降低蒸汽压缩单元的使用率，减少对环境的破坏，较为环保；可以根据充电系统的检测温度点的温度变化无极调节冷却系统制冷剂流量，工况变化响应迅速、节能。
46.基于上述的充电系统的冷却系统，本发明还提出一种的充电系统的冷却系统的控制方法。
47.图5是根据本发明一个实施例的充电系统的冷却系统的控制方法的流程图，如图5
所示，该方法包括以下步骤：
48.s1，获取充电系统的功率模块的温度，当功率模块的温度达到启动温度tsta时，控制冷却系统启动。
49.启动温度tsta根据充电系统的功率模块的具体情况设定。
50.s2，获取环境温tamb，根据启动温度tsta和环境温tamb获取模式选择温度差
△
t，其中，
△
t＝tamb-tsta。
51.s3，对选择温度差
△
t进行判断。
52.s4，如果选择温度差
△
t大于第一设定温度k1，则控制强制对流冷却单元启动。k1可以为10～30℃之间的温度。
53.s5，如果选择温度差
△
t小于等于第一设定温度k1且大于等于第二设定温度k2，则先控制强制对流冷却单元启动，第一预设时间后持续检测目标温差
△
tt，如果目标温差
△
tt大于第三设定温度k3，则控制蒸汽压缩冷却单元启动，其中，k1＞k2，
△
tt＝tout-ttar，tout为液冷板的出液温度，ttar液冷板的出液目标温度。
54.k2可以为0～k1之间的温度，k3可以为3～15之间的温度，第一预设时间可以为3-10min。
55.s6，如果选择温度差
△
t小于第二设定温度k2，则控制蒸汽压缩冷却单元启动，或者控制蒸汽压缩冷却单元和强制对流冷却单元同时启动。
56.根据本发明的一个实施例，上述的控制方法还可以包：在强制对流冷却单元启动后，根据目标温差
△
tt的大小及趋势调节水泵流量和风机转速；在蒸汽压缩冷却单元启动后，根据目标温差
△
tt的大小及趋势调节压缩机的频率，同时调节水泵流量和风机转速。
57.具体地，压缩机的频率、水泵流量和风机转速的调节与目标温差
△
tt呈正相关。可以根据目标温差
△
tt的具体数值确定，也可以根据目标温差
△
tt所属的温度区间确定。
58.上述的方法主要根据液冷板的出液温度进行控制，也可采用包含根据功率模块的温度的控制方式和其他控制方式，根据控制的对象和功率模块的技术规格相应做出参数调整即可。
59.可以理解，本发明的蒸汽压缩冷却单元为辅助冷却单元，在强制对流冷却单元达不到需要的冷却效果时，启动蒸汽压缩冷却单元进行辅助冷却。
60.综上，根据本发明实施例的充电系统的冷却系统的控制方法，可以根据充电系统的检测温度点的温度变化无极调节冷却系统制冷剂流量，工况变化响应迅速、节能。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.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；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。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
64.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
65.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
66.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
67.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
68.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
69.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。