阅读说明：本技术 一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统 (Car fills electric pile cooling system based on liquid cooling technique ) 是由 张喆 程建杰 王跃 王瑜 朱锡冬 姜泳昊 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明所述的一种基于液冷散热技术的汽车充电桩散热系统,其特征在于液冷板安装在功率模块与充电桩外壳之间。工作时,被土壤冷却的流体流入液冷板,与充电桩内部空气进行自然对流换热,被液冷板冷却的空气与充电功率模块进行自然对流换热,将冷量传导给充电桩的功率模块,降低功率模块的工作温度。工质流出充电桩后,由接头汇集流入导流管,经导流管流入地底土壤,与土壤进行热量交换,冷却后的流体经导流管流入水泵,在水泵的驱动下经导流管分散至各排管道,实现自然对流换热,将热量连续不断的带出充电桩。本发明以土壤作为冷源,依靠液冷板实现与充电功率元件的热量交换,实现高效稳定的散热,有效解决充电桩内部热量聚集无法散发的问题。(The invention relates to an automobile charging pile heat dissipation system based on a liquid cooling heat dissipation technology. During operation, the fluid cooled by soil flows into the liquid cooling plate, natural heat convection is carried out with the inside air of charging pile, natural heat convection is carried out with the power module that charges by the air of liquid cooling plate refrigerated, conducts cold volume for the power module who fills electric pile, reduces the operating temperature of power module. After the working medium flows out of the charging pile, the working medium flows into the guide pipe through the connector, flows into the soil at the bottom of the ground through the guide pipe, exchanges heat with the soil, flows into the water pump through the guide pipe after being cooled, is dispersed to each row of pipelines through the guide pipe under the driving of the water pump, realizes natural convection heat exchange, and continuously takes the heat out of the charging pile. According to the invention, soil is used as a cold source, heat exchange with the charging power element is realized by means of the liquid cooling plate, efficient and stable heat dissipation is realized, and the problem that heat in the charging pile is accumulated and cannot be dissipated is effectively solved.)

一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统

技术领域

本发明涉及一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统。

背景技术

随着新型能源的开发与应用，纯电动汽车的市场地位不断提升，作为配套的充电桩数目也急速增加。2015年底，我国投入使用的汽车充电桩数目为3.5万个，截止2019年9月，包括私人充电桩在内我国投入使用的汽车充电桩数目已达108万个。目前所普遍投入使用的多为直流充电桩，具有功率大、输出电压电流范围广及短时间快充的特点。快充过程中，直流充电桩长期处于高功率，不间断的工作状态。受充电桩内部空间限制，充电会使热量在充电桩内快速聚集，使桩体的温度不断升高，影响内部元器件的稳定使用。近年来，汽车充电站的火灾时有发生，为保障汽车充电桩的稳定运行，提高设备的安全可靠性，汽车充电桩的散热设计势在必行。

目前我国汽车充电桩主要采用风冷散热系统，通过安装侧边风扇带动空气流动，与功率模块进行强制对流换热，由于在第三个功率模块处有直流母线出入充电桩，该模块阻碍了进口冷风与功率模块的正常换热；同时，充电桩内部延程的风道较长，位于下游的功率模块所接触到的冷空气已被上游功率模块加热，使充电桩内部热量无法排出充电桩。在风冷系统正常工作时，充电桩内部最高温度高达79℃，高于国家标准所规定的工作温度。本发明采用土壤作为冷源，考虑充电桩内部空间较小的因素，在直流母线出入口的附近的功率元件与充电桩外壳之间安装散热冷板，通过安装多排换热管道实现与充电内部的空气的热量交换，被液冷板冷却的空气与充电功率元件进行热量交换，降低工作模块的温度，实现高效稳定的散热，有效解决由于空气流动受阻造成的充电桩内部热量聚集无法散发的问题。

一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统，其中包括第一功率模块(1)，第二功率模块(2)，第三功率模块(3)，第四功率模块(4)，充电桩外壳(5)，散热冷板(6)，连接接头(7)，第一导流管(8)，冷源(9)，第二导流管(10)，水泵(11)，第三导流管(12)，连接接头(13)，第一金属板(18)，第二金属板(19)，换热管道(20)，第一侧边风扇(14)，第二侧边风扇(15)，第三侧边风扇(16)，第四侧边风扇(17)；其中散热冷板(6)安装在第一功率模块(1)，第二功率模块(2)，第三功率模块(3)，第四功率模块(4)与充电桩外壳(5)之间，散热冷板(6)距充电桩外壳(5)的距离为10～20mm，高度为距充电桩顶部为30～50mm；所述的多排换热管道(20)以3～4层形式布置在第一功率模块(1)、第二功率模块(2)、第三功率模块(3)、第四功率模块(4)与充电桩外壳(5)之间，由第一金属板(18)与第二金属板(19)固定；单根换热管道(20)管径为6～8mm，各排换热管道(18)之间距离为4～5mm；第一侧边风扇(14)、第二侧边风扇(15)、第三侧边风扇(16)和第四侧边风扇(17)安装于充电桩外壳(5)上，第一侧边风扇(14)的高度为距充电桩底部55cm，距左侧25cm，第二侧边风扇(15)位于第一侧边风扇(14)正上方，距第一侧边风扇1cm，第三侧边风扇(17)位于第二侧边风扇(16)左侧，距离为1cm，第四侧边风扇(18)位于第三侧边风扇(17)正下方，距离为1cm；

散热冷板(6)由第一金属板(18)、第二金属板(19)和换热管道(20)组成，换热管道(20)由第一金属板(18)和第二金属板(19)固定；换热管道(20)分为若干排，每排管道流出充电桩后，通过连接接头(7)与第一导流管(8)相连，第一导流管(8)流入冷源(9)，流出冷源(9)后与第二导流管(10)相连，第二导流管(10)连接水泵(11)的入口，水泵(11)的出口连接第三导流管(12)，第三导流管(12)通过接头(13)连接各排换热管道(20)的入口。

空气在第一侧边风扇(14)，第二侧边风扇(15)，第三侧边风扇(16)和第四侧边风扇(17)的作用下流入充电桩，功率模块将热量传导给空气，充电桩内部空气温度升高；工作介质流经散热管道(20)，与充电桩外壳(5)内部温度升高的空气进行换热，降低空气温度，温度升高的换热介质流出充电桩后，经连接接头(7)集中，然后流入第一导流管(8)，经第一导流管(8)流入冷源(9)，将热量排到土壤中，降低工作介质的温度，与冷源(9)完成热量交换后，由第二导流管(10)流入水泵(11)，在水泵(11)的作用下，进入第三导流管(12)，然后通过连接接头(13)分散至换热管道(20)的各排管道，形成闭合回路。

散热冷板(6)的高度不高于功率模块(1)最高点，不得低于功率模块(4)最低点；所述换热管道(20)中各排平行安装，为蛇形管道。

所述的连接接头(7)、第一导流管(8)、第二导流管(10)、水泵(11)、第三导流管(12)、连接接头(13)、换热管道(20)中的工质为乙二醇水溶液或具有高导热性和低电导率的其他液体。

所述的冷源(9)为土壤冷源，第一导流管(10)的管材为具有一定耐腐蚀性的材料。

所述的第一功率模块(1)，第二功率模块(2)，第三功率模块(3)，第四功率模块(4)与散热冷板(6)之间，工质为空气。

附图说明：

图1是本发明所述的一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统结构示意图；

图1中标号的名称为：1、第一功率模块；2、第二功率模块；3、第三功率模块；4、第四功率模块；5、充电桩外壳；6、散热冷板；7、连接接头；8、第一导流管；9、冷源；10、第二导流管；11、水泵；12、第三导流管；13、连接接头；14、第一侧边风扇；15、第二侧边风扇；16、第三侧边风扇；17、第四侧边风扇。

图2是散热冷板6的详细结构图。

图2中的标号名称为：18、第一金属板；19、第二金属板；20散热管道。

具体实施方案：

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明所述的一种汽车充电桩基于冷板散热的散热系统作进一步描述。

如图1所示，本发明所述的一种基于液冷技术的汽车充电桩散热系统，主要包括：1、第一功率模块；2、第二功率模块；3、第三功率模块；4、第四功率模块；5、充电桩外壳；6、散热冷板；7、连接接头；8、第一导流管；9、冷源；10、第二导流管；11、水泵；12、第三导流管；13、连接接头；14、第一侧边风扇；15、第二侧边风扇；16、第三侧边风扇；17、第四侧边风扇。如图2所示，散热冷板6主要包括：18、第一金属板；19、第二金属板；20散热管道。

本发明所述的一种汽车充电桩基于冷板散热的散热系统，液冷板由散热管道和第一金属板，第二金属板组成，液冷板距充电桩顶部50～100mm，安置于第一功率模块、第二功率模块、第三功率模块、第四功率模块与充电桩外壳之间，流体经液冷板与被功率元件加热的空气进行换热。工作介质依次流经散热管道20，连接接头7，第一导流管8，冷源9，第二导流管10，泵11，第三导流管12，连接接头13，最后流回散热管道20，形成闭合热量导出回路。所述的散热管道20，连接接头7，第一导流管8，第二导流管10，水泵11，第三导流管12，连接接头13中的工质为乙二醇水溶液或具有高导热性和低电导率的其他液体。上述每排散热管道20为蛇形管道，排数为3～4排，由不同充电桩的具体功率确定，使液冷板传给空气的冷量满足汽车充电桩的散热需求，为充电桩提供稳定的工作条件。

本发明工作原理如下：工作时，空气在第一侧边风扇14、第二侧边风扇15、第三侧边风扇16和第四侧边风扇17的作用下流入充电桩，第一功率模块1、第二功率模块2、点功率模块3、第四功率模块4将热量传导给充电桩内部空气，充电桩内部空气温度升高；被土壤冷却的低温流体流入液冷板6，与充电桩内部空气进行自然对流换热，被液冷板6冷却的空气与充电桩内部空气进行自然对流换热，将冷量传导给充电桩的内部空气，被降温的空气将冷量传给第一充电功率模块1、第二功率模块2、第三功率模块3和第四功率模块4降低功率模块的工作温度。温度升高的换热介质流出充电桩后，经连接接头7集中，然后流入第一导流管8，经第一导流管8流入冷源9，将热量排到土壤中，降低工作介质的温度，与冷源(9)完成热量交换后，由第二导流管10流入水泵11，在水泵11的驱动下经第三导流管12和连接接头13分散至换热管道20的各排管道，实现自然对流换热，将热量连续不断的带出充电桩。

本发明采用土壤作为冷源，通过安装多排换热管道实现与充电功率元件的热量交换，依靠液冷板实现与充电功率元件的热量交换，实现高效稳定的散热，有效解决充电桩内部热量聚集无法散发的问题。