CN108879823A - 液冷式电动汽车充电***及其液冷方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种液冷式电动汽车充电***，包含充电枪接口(A)和充电座接口(B)、液冷管(C)、内有液冷管的充电线缆(5)、储液器(6)和马达(7)；充电枪接口(A)和/或充电座接口(B)包括液冷端子组，液冷端子组包括液冷管进水接头(1)、液冷室(2)、充电端端子(31)、线束端端子(32)、液冷管出水接头(4)；马达驱动储液器(6)中的冷却液经内有液冷管的充电线缆(5)内的液冷管从液冷管进水接头(1)进入冷却室(2)在其中流通后经液冷管出水接头(4)流出再经液冷管C回流至储液器(6)，其中液冷室(2)设置在充电端端子(31)和线束端端子(32)的连接部，用于对充电端端子(31)和线束端端子(32)直接、快速降温。
Description
技术领域
本发明总体地涉及电动汽车充电技术领域，具体地涉及一种液冷式电动汽车充电***。
背景技术
随着新能源电动汽车的逐步普及以及电动汽车续航里程和电池容量的逐步增加，电动汽车充电速度慢、充电时间长的缺陷越来越显著，已经到了迫切需要解决的地步。
由公式W＝P·t＝U·I·t(其中W为功(单位：千瓦时-kwh)，其中P为充电功率(单位：瓦特-W)，U为充电电压(单位：伏特-V)，I为充电电流(单位安培-A)，t为充电时间(单位秒-s))可知，如需提升充电速度缩短充电时间t，可以从提高充电电压U和提高充电电流I两方面进行研究。
由于提高充电工作电压涉及到整车充电电路***的绝缘需要同步提高，将给充电电路各电器元件的设计、生产带来难度同时也将会给整车充电电路设计、制造成本带来较大的提高，因此提高充电电流是一个相比较更加经济可行的选择。
由发热功率公式：P＝I2·R可知，当提高充电工作电流后，充电电路***的发热/温升将随之升高，将会给车辆***和人身财产安全带来极大风险。
为了保障电动汽车在充电过程中其发热/温升限定在标准/安全范围内，现有常规的控制方式是提高电路额定工作电流时需要同步增大电路中载流导体的截面及相关电器元件的额定工作电流规格。
以常规直流250A充电枪为例，配备5m长70平方线缆的重量约为16kg，依据GB20234.1-2015的规定如将充电额定电流提升至400A，其充电接口需配备240平方的线缆，更大的电缆截面意味着更多的电缆重量，更大的连接端子，更复杂的连接方式以及更加大的车内布线空间，并由此带来可靠性和经济性的降低。
为此，在保持或减小线缆规格(载流截面积)的基础上提高充电工作电流，同时确保充电电路的温升在标准/安全限定范围内，是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种液冷式电动汽车充电***，使得电动汽车在电时，让冷却液流经端子组，将充电端端子和线束端端子充电时产生的多余热量带走并散发，降低充电电路系列的问题，同时在标准允许范围内提升充电电流。
本发明的技术方案是，一种液冷式电动汽车充电***，包含充电枪接口和充电座接口，本发明的设计点在于，充电枪接口或充电座接口包括、甚至充电枪接口和充电座接口同时包括液冷端子组，液冷端子组包含充电端端子和线束端端子，充电端端子用于连接与其插合的其他端子，线束端端子用于连接内有液冷管的充电线缆内的充电线缆，液冷端子组内有冷却液流通；因此，当电动汽车充电时，充电枪接口的充电端端子与充电座接口的充电端端子进行插合，形成充电通路，此时包含液冷端子组的充电枪接口和/或充电座接口因为有冷却液流通，充电工作时产生的热量被冷却液带走，降低了充电枪接口和/或充电座接口的温度。
进一步的，上述液冷端子组包括液冷管进水接头、液冷室、液冷管出水接头；外部的冷却液从液冷管进水接头流进液冷室，经过液冷室内的冷却液流通通路从液冷管出水接头流出液冷室；液冷室设置在充电端端子和线束端端子的连接部，即充电端端子和线束端端子结合部，液冷室壳体为导热材料，用于为充电端端子和线束端端子降温。因为液冷室设置在充电端端子和线束端端子的连接部，壳体又是导热材料，当其内部的冷却液流通通路内有冷却液流经时，冷却液通过液冷室壳体与液冷室壳体外的充电端端子和线束端端子进行热量交换，将电流流经充电端端子和线束端端子的热量带走，降低充电端端子和线束端端子的温度。
更进一步的，本发明的液冷式电动汽车充电***还包括液冷管、内有液冷管的充电线缆、储液器和马达；储液器用于储存和提供冷却液；马达与储液器连接，用于为储液器中的液体流动提供驱动力；马达通过内有液冷管的充电线缆内的液冷管与液冷管进水接头连接；储液器通过液冷管与液冷管出水接头连接，以使冷却液在储液器和液冷室之间形成循环回路。可以看出，此时的液冷式电动汽车充电***形成了冷却液流通的循环回路：马达将储液器中的冷却液抽取提起经内有液冷管的充电线缆内的液冷管，通过液冷管进水接头进入液冷室，在液冷室内流通后，从液冷管出水接头流出，经液冷管返回储液器，完成一个液冷循环。此处，内有液冷管的充电线缆属于现有技术，将液冷管包在充电线缆***内与充电线缆并行，一是可以降低充电电缆的工作温度，二是使整体线路整洁、美观。
更进一步的，液冷室内部的冷却液流通通路大于1条。当液冷管进水接头和液冷管出水接头均只有1个时，液冷室的内部可以只有一条冷却液流通通路，即此时的液冷室包括壳体材料和壳体材料围成的一条冷却液流通通路；也可以有多于1条的冷却液流通通路，这些多条冷却液流通通路通过与液冷室壳体材料相同的薄壁材料分割形成，此时冷却液从液冷管进水接头进入液冷室后，进入不同的冷却液流通通路流动，最后从液冷管出水接头流出，将液冷室壳体内分成多条冷却液流通通路一是根据充电端端子和线束端端子连接部的形状设计需要，使冷却液流通通路更接近充电端端子和线束端端子的连接部；二是多条冷却液流通通路之间的与液冷室壳体相同材质的导电导热间隔材料可以增加冷却液与导电导热材料的接触面积，使热量交换更快速，从而温度降低更快。
还进一步的，液冷管进水接头大于1个和/或液冷管出水接头大于1个，所述液冷管进水接头和液冷管出水接头与冷却液流通通路相通，以使冷却液经所述多于1条的冷却液流通通路流经所述液冷室。如果当液冷管进水接头和液冷管出水接头均只有1个，而冷却液流通通路多于1条时，与液冷管进水接头通过液冷管连接的马达可能会因动力不足而不能保证每个冷却液流通通路内的冷却液充分流动，因此，设计多于1个的液冷管进水接头和/或多于 1个液冷管出水接头，这样，可以有多个马达，每个与液冷管进水接头一一经液冷管连接，直接为每条冷却液流通通路提供冷却液，冷却液最后经多个或1个液冷管出水接头流出液冷室。
更进一步的，本发明的充电端端子和线束端端子由分体式端子连接而成，充电端端子和线束端端子与所述液冷室的壳体连接，液冷室的壳体为导电材料，以使冷却液直接、同时对充电端端子和线束端端子降温。此种液冷室连接设计是针对充电端端子和线束端端子是分体式连接的情况，充电端端子和线束端端子是由两部分连接而成，此时将液冷室设计在充电端端子和线束端端子的连接部，即充电端端子和线束端端子均连接在液冷室壳体上，当然，液冷室内的冷却液是绝缘的，因为液冷室壳体此时既是导热材料又是导电材料，此时除了传热，也成了充电端端子和线束端端子之间的载流体。
还进一步的，上述液冷室壳体与充电端端子和线束端端子的连接方式为焊接、铆接、螺纹拧接中的一种。
更进一步的，上述充电端端子和线束端端子由一块整体材料加工制作，所述充电端端子和线束端端子中间部分的外壁上有凹槽和/或中间部分有贯穿孔，所述冷却液流通通路设置于所述凹槽部和/或所述贯穿孔内。此种液冷室设计是针对充电端端子和线束端端子是由一块整体材料加工制作的情况，当充电端端子和线束端端子为一体材料时，液冷室设计在充电端端子和线束端端子中间部分的外壁上的凹槽内或贯穿孔内，冷却液从凹槽和/或贯穿孔流过，对充电端端子和线束端端子降温。
还进一步的，上述充电端端子和线束端端子中间部分的外壁上的凹槽形状为环形、螺旋形中的一种。
更进一步的，本发明的储液器为独立的储液装置，或者储液器为充电汽车内或者充电桩内的现有液冷储存装置。充电枪接口的储液器可以为外加的储液装置，也可以借用电动汽车内的电池包等现有液冷储存装置；同样，充电座接口的储液器可以为外加的储液装置，也可以直接借用充电桩内的现有液冷装置。
进一步的，本发明的线束端端子与内有液冷管的充电线缆的连接方式为焊接、铆接、压接中的一种。
本发明还提供了上述液冷式电动汽车充电***的液冷方法，它包括的步骤为，使冷却液在充电枪接口和/或充电座接口的液冷端子组内流通。
本发明进一步提供了包括储液器、内有液冷管的充电线缆和马达的液冷式电动汽车充电***的液冷方法，它包括的步骤为：启动马达，使储液器中的冷却液被吸取，经内有液冷管的充电线缆内的液冷管从液冷管进水接头进入液冷室，在液冷室内的冷却液流通通路流通使充电端端子和线束端端子的连接部降温后经液冷管出水接头从液冷室流出，经另一液冷管流回储液器。
相比于现有技术，本发明的益处在于：
1、本发明对充电座接口和/或充电枪接口的充电端端子和线束端端子的连接部进行液冷设计，形成了液冷端子组，实现了充电端端子和线束端端子工作时的散热和降温。
2、本发明通过储液器、马达和液冷管设计，使冷却液形成从储液器-液冷管-液冷室-液冷管-储液器的降温循环回路，提高了液冷效率。
3、本发明通过在液冷室内设计多于1条的冷却液循环通路，增大了传热降温面积，提高了液冷室对充电端端子和线束端端子连接部的降温效果。
4、本发明通过多个液冷管进水接头和液冷管出水接头设计，增加了液冷循环中冷却液的流动性，提供了更好的液冷效果。
5、本发明针对不同的充电端端子和线束端端子连接结构，设计了不同的液冷室连接方式和结构，以提供更高效的液冷效果。
6、本发明对储液器和马达，根据充电汽车和充电桩的现有状况进行了选择性设计，以最大限度地节约成本和空间。
因此，本发明通过冷却液流经充电端端子和线束端端子连接部将充电端端子和线束端端子充电时产生的多余热量带走并散发，可以降低充电电路中系列的问题，同时在标准允许范围内提升充电电流。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
附图1为本发明实施例的液冷式电动汽车充电***结构组成示意图；
附图2为本发明实施例的充电端端子和线束端端子为分体式连接时液冷端子组的结构组成示意图；
附图3为本发明实施例的充电端端子和线束端端子为分体式连接时液冷端子组的剖面示意图及冷却液流通通路示意图；
附图4为本发明实施例的充电端端子和线束端端子为一体式时液冷端子组的结构组成示意图；
附图5为本发明实施例的充电端端子和线束端端子为一体时液冷端子组的剖面示意图及冷却液流通通路示意图。
附图6为凹槽的形状的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将按如下顺序进行说明：
实施例1
一种充电端端子和线束端端子为分体式的液冷式电动汽车充电***，其结构如图1所示，包括充电枪接口A、充电座接口B、液冷管C、内有液冷管的充电线缆5、储液器6和马达7，充电枪接口A和/或充电座接口B包括液冷端子组，当电动汽车充电时，充电枪接口A和充电座接口B进行插合，形成充电通路；充电枪接口A和/或充电座接口B的液冷端子组分别通过内有液冷管的充电线缆5、液冷管C与马达7和储液器6相连接，形成一个液冷循环***。
液冷端子组的一个具体设计示例为：包括液冷管进水接头1、液冷室2、充电端端子31、线束端端子32、液冷管出水接头4。液冷室2为导热导电材料，冷却液为绝缘的液体。
储液器6用于储存和提供冷却液，储液器6为独立的储液装置或者储液器6为充电汽车内或者充电桩内的现有液冷储存装置；马达7与所述储液器连接，用于为储液器6中的液体流动提供驱动力；马达7通过充电线缆5内的液冷管与液冷管进水接头1连接；储液器6通过液冷管C与液冷管出水接头4连接，冷却液从液冷管进水接头1流进液冷室2，经过液冷室2内的冷却液流通通路8从液冷管出水接头4流出液冷室2；其中冷却液流通通路8 大于1条、液冷管进水接头1和液冷管出水接头4均大于1个，液冷管进水接头1和液冷管出水接头4与所述多于1条的冷却液流通通路8相通，以使冷却液在储液器6和液冷室2之间形成循环回路。
图2示出了本发明实施例的充电端端子和线束端端子为分体式连接时液冷端子组的结构组成示例。如图2所示，液冷端子组中的充电端端子31和线束端端子32两者是独立的部件，分别与液冷室的壳体连接，液冷室2的壳体为导电材料，具体地，充电端端子31和线束端端子32与液冷室2的壳体连接，连接方式为焊接、铆接、螺纹拧接中的一种，此时，冷却液直接对充电端端子和线束端端子降温的同时，液冷室2壳体成为充电端端子31和线束端端子32之间电流载体的一部分。
图3为本发明实施例的充电端端子和线束端端子为分体式连接时液冷端子组的剖面示意图及冷却液流通通路示意图。如图3所示，在充电座接口和/ 或充电枪接口内部冷却液的流通路径为：液冷管进水接头1-液冷室2-液冷管出水接头4，液冷管进水接头1与充电线缆5内的液冷管(连接马达与充电枪接口/充电座接口的液冷管)相连，液冷管出水接头4与连接充电枪接口/ 充电座接口与储液罐的液冷管C相连；
同时，因为液冷室2的壳体为导电材料制成，冷却液为绝缘的液体，可以看出充电座接口和/或充电枪接口内部电流流通路径为：充电端端子31-液冷室2的壳体-线束端端子4。充电端端子31与对应的充电枪/充电座端子相连；线束端端子4与充电线缆相连，连接方式可以是焊接或铆接、压接等任一可靠的连接方式。
实施例2
一种充电端端子和线束端端子为一体式的液冷式电动汽车充电***，其结构如图1所示，包括充电枪接口A和充电座接口B、液冷管C、内有液冷管的充电线缆5、储液器6和马达7，充电枪接口A和/或充电座接口B包括液冷端子组，当电动汽车充电时，充电枪接口A和充电座接口B进行插合，形成充电通路；充电枪接口A和/或充电座接口B的液冷端子组分别通过内有液冷管的充电线缆5、液冷管C与马达7和储液器6相连接，形成一个液冷循环***。
液冷端子组的一个具体设计示例为：包括液冷管进水接头1、液冷室2、充电端端子31、线束端端子32、液冷管出水接头4。
储液器6用于储存和提供冷却液，储液器6为独立的储液装置或者储液器6为充电汽车内或者充电桩内的现有液冷储存装置；马达7与所述储液器连接，用于为储液器6中的液体流动提供驱动力；马达7通过内有液冷管的充电线缆5内的液冷管与液冷管进水接头1连接；储液器6通过液冷管C与液冷管出水接头4连接，冷却液从液冷管进水接头1流进液冷室2，经过液冷室2内的冷却液流通通路8从液冷管出水接头4流出液冷室2；其中冷却液流通通路8大于1条、液冷管进水接头1和液冷管出水接头4均大于1个，液冷管进水接头1和液冷管出水接头4与所述大于1条的冷却液流通通路8 相通，以使冷却液在储液器6和液冷室2之间形成循环回路。关于多条冷却液流通通路8，可以例如通过用隔板分割液冷室来得到，或者也可以就是独立的、由各个管道组成的对应流通通路(此时，可以在逻辑上将液冷室视为由这样的多个流通通路组成)。
如图4所示，充电端端子31和线束端端子32由一块整体材料加工制作，充电端端子31和线束端端子32中间部分的外壁上有凹槽9和/或端子中间部分有贯穿孔，冷却液流通通路8设置于所述凹槽9部和/或贯穿孔内，凹槽9 形状如图6所示，为环形、螺旋形中的一种，以使冷却液直接、同时对充电端端子和线束端端子降温；
如图5所示，在充电座接口和/或充电枪接口内部冷却液的流通路径是：液冷管进水接头1-液冷室2-充电端端子31和线束端端子32外壁上的凹槽9 或中间部分上的贯穿孔-液冷管出水接头4，液冷管进水接头1与对应的内含液冷管的充电线缆5内的液冷管相连，液冷管出水接头4与液冷管C相连。
本实施例的液冷室2壳体可以为导电材料，也可以不是导电材料，因此，充电座接口和/或充电枪接口内部电流流通路径：充电端端子31-液冷室2的壳体-线束端端子32，或者充电座接口和/或充电枪接口内部电流流通路径是：充电端端子31-线束端端子32，充电端端子31和线束端端子31是同一个端子；充电端端子31与对应的充电枪/充电座端子相连；线束端端子32与线束线缆相连，连接方式可以是焊接或铆接、压接等任一可靠的连接方式。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种液冷式电动汽车充电***，包括充电枪接口(A)和充电座接口(B)，当电动汽车充电时，所述充电枪接口(A)和充电座接口(B)进行插合，形成充电通路；
其特征在于，所述充电枪接口(A)和/或充电座接口(B)包括液冷端子组，所述液冷端子组包括充电端端子(31)和线束端端子(32)，所述液冷端子组内有冷却液流通。
2.如权利要求1所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述液冷端子组还包括液冷管进水接头(1)、液冷室(2)、液冷管出水接头(4)；
冷却液从所述液冷管进水接头(1)流进液冷室(2)，经过液冷室(2)内的冷却液流通通路(8)从所述液冷管出水接头(4)流出液冷室(2)；
所述液冷室(2)设置在所述充电端端子(31)和线束端端子(32)的连接部，液冷室(2)壳体为导热材料，用于为充电端端子(31)和线束端端子(32)降温。
3.如权利要求2所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述液冷式电动汽车充电***还包括第一液冷管(C)、内有第二液冷管的充电线缆(5)、储液器(6)和马达(7)；
所述储液器(6)用于储存和提供冷却液；所述马达(7)与所述储液器连接，用于为储液器(6)中的冷却液流动提供驱动力；
所述马达(7)通过充电线缆(5)内的第二液冷管与液冷管进水接头(1)连接；所述储液器(6)通过第一液冷管(C)与液冷管出水接头(4)连接，以使冷却液在储液器(6)和液冷室(2)之间形成循环回路。
4.如权利要求2所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述液冷室(2)内部冷却液流通通路(8)大于1条。
5.如权利要求4所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述液冷管进水接头(1)大于1个和/或液冷管出水接头(4)大于1个，所述液冷管进水接头(1)和液冷管出水接头(4)与所述大于1条的冷却液流通通路(8)相通。
6.如权利要求2所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述充电端端子(31)和线束端端子(32)是独立的部件，所述充电端端子(31)和线束端端子(32)与所述液冷室(2)的壳体连接，所述液冷室(2)的壳体为导电材料，以使冷却液直接、同时对充电端端子和线束端端子降温。
7.如权利要求所述6的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述液冷室(2)的壳体与充电端端子(31)和线束端端子(32)的连接方式为焊接、铆接、螺纹拧接中的一种。
8.如权利要求2所述的液冷式电动汽车充电***，其特征在于，所述充电端端子(31)和线束端端子(32)由一块整体材料加工制作，所述充电端端子(31)和线束端端子(32)中间部分的外壁上有凹槽(9)和/或中间部分有贯穿孔，所述冷却液流通通路(8)设置于所述凹槽(9)部和/或所述贯穿孔内。
9.一种如权利要求1所述的液冷式电动汽车充电***的液冷方法，其特征在于，它包括的步骤为，使冷却液在充电枪接口(A)和/或充电座接口(B)的液冷端子组内流通。
10.一种如权利要求3所述的液冷式电动汽车充电***的液冷方法，其特征在于，它包括以下步骤：启动马达(7)，使储液器(6)中的冷却液被抽取，冷却液经内有液冷管的充电线缆(5)内的液冷管从液冷管进水接头(1)进入液冷室(2)，冷却液在液冷室(2)内的冷却液流通通路(8)流通使充电端端子(31)和线束端端子(32)的连接部降温，冷却液经液冷管出水接头(4)从液冷室(2)流出，经另一液冷管(C)流回储液器(6)。
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