一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁的制作方法

本發明涉及一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁。

背景技術：

現有市場上的充電電池冷卻方式有風冷(使用強排風將熱量從電池中帶出)和液冷(使用循環冷卻液將熱量從電池中帶出)兩種，風冷由于自身散熱效果不好，有逐漸被液冷方式取代的趨勢。但液冷也存在問題，例如在電動汽車方面，液冷系統配有車載冷凝器，是車輛在使用過程中電池散發出來的熱量能夠被及時導出，用以保護電池；但在電池充電時，由于散熱能力有限，充電電流不能過高，嚴重影響充電速度；如果提高車載液冷系統的制冷散熱能力，會大大增加車輛自重和能耗，不能實際實施。綜合以上因素，以電動汽車為例，現行普及的通用快速充電時間為1～2小時，慢充為6～10小時，為使用者帶來很大不方便，影響電動汽車的普及推廣。其他行業的電動產品也存在充電慢的問題。

現在市場上常用的傳統充電樁，相較本專利樁存在以下不足：傳統充電樁自身不帶加熱系統及冷卻系統，提供的充電電流較低，充電速度較慢，用戶充電等待時間較長，用戶體驗差，時間成本浪費大，因此也導致了帶有待充電系統的設備或產品得不到很好的普及推廣，市場接受度差，無法實現其社會效益。本專利產品可以很好的解決以上弊端，提升充電速率，加快帶有充電系統的設備或產品的普及推廣。

技術實現要素：

本發明旨在解決上述問題，提供了一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁，充電樁主要解決液冷的充電電池單元的快速充電問題，將現有電池充電時間從原有的1～2小時，提高到5～10分鐘以內；快速充電，充電時間相較傳統充電樁提升80％以上，為用戶節約充電等待時間，使帶有待充電電池模組的設備使用效率大大提升；同時進一步加快帶有充電電池模組設備的使用接受度，提升客戶體驗滿意度，加快普及及推廣，更好的實現產品價值及帶來社會使用效益。其自帶加熱及冷卻系統，實現使用便捷、快速預熱、快速充電、充電降溫保護功能，并可進行智能調節各模塊啟停及參數設置，集實用性及智能化為一體，從根源上解決充電慢，充電等待時間長，客戶體驗差，安全性差，推廣難度大等難題，加速充電系統設備的使用推廣；其采用的技術方案如下：

一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁，包括供電模塊、充電槍、充電槍座、加熱器、熱交換器、冷凝散熱器、冷卻液槍、冷卻液槍座和用于安裝零部件的殼體，所述供電模塊內設有用于控制供電模塊工作的控制器，所述供電模塊分別通過線組與充電槍和冷卻液槍相連，所述充電槍座與充電槍扣合相連，且充電槍座與待充電的電池模組通過線組相連；所述冷卻液槍與冷卻液槍座扣合相連，且冷卻液槍座與待充電的電池模組通過線組和冷卻管道相連；所述供電模塊、冷凝散熱器和冷卻液槍分別通過冷卻液管與熱交換器相連，所述加熱器設置于熱交換器與冷卻液槍的冷卻液管的管路中且與熱交換器相并聯。

在上述技術方案的基礎上，所述加熱器兩端均安裝有用于切換加熱模式的電磁閥組，分別為第一三通電磁閥和第二三通電磁閥。

在上述技術方案的基礎上，所述充電槍和充電槍座上設有相對應的用于使充電槍和充電槍座相對準的卡槽結構。

在上述技術方案的基礎上，還包括用于補充使用過程中冷卻液的損失，防止冷卻液過少的冷卻液罐組，其包括第一冷卻液罐和第二冷卻液罐，所述第一冷卻液罐與供電模塊相連，所述第二冷卻液罐設置于加熱器與熱交換器相連的管路上。

在上述技術方案的基礎上，還包括用于為冷卻液和冷媒循環提供動力的泵組，所述泵組包括第一泵、第二泵和第三泵，所述第一泵設置于加熱器與充電槍之間的管路上，所述第二泵設置于冷凝散熱器與熱交換器相連的管路上，所述第三泵設置于供電模塊與熱交換器相連的管路上。

在上述技術方案的基礎上，所述線組包括電池充電線組和電池控制信號線組。

可選的，所述冷卻液槍設置于充電槍內，且與充電槍一體形成；所述冷卻液槍座設置于充電槍座內，且與充電槍座一體形成。

在上述技術方案的基礎上，所述控制器內設有遇到意外情況的報警裝置、自動斷電裝置、安全保護裝置、計量裝置和人機交互裝置。

在上述技術方案的基礎上，所述控制器控制供電模塊為待充電的電池模組提供電力，并通過電池控制限號線組采集和控制電池模組共組，除此之外還為其他加熱器、冷凝散熱器和熱交換器提供電力，并控制各個器件工作啟停、探測、輸入輸出信號及參數調整。

熱交換器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量交換給冷凝散熱器。

充電樁外殼是用于安裝和保護充電樁器件。

冷凝散熱器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量散發或儲存。

本發明的有益效果為：充電樁主要解決液冷的充電電池單元的快速充電問題，將現有電池充電時間從原有的1～2小時，提高到5～10分鐘以內；快速充電，充電時間相較傳統充電樁提升80％以上，為用戶節約充電等待時間，使帶有待充電電池模組的設備使用效率大大提升；同時進一步加快帶有充電電池模組設備的使用接受度，提升客戶體驗滿意度，加快普及及推廣，更好的實現產品價值及帶來社會使用效益。充電槍和冷卻液槍分離或一體的兩種方式，給用戶更多選擇，選擇適合自己的，使充電更加便捷；通過加熱器可使充電所需溫度在短時間內達到并快速啟動充電；通過冷凝散熱器和熱交換器可對整個充電系統進行降溫，并使充電過程中的溫度始終控制在安全充電的標準范圍內，實現快速安全充電，通過冷卻液罐組補充使用過程中冷卻液的損失，防止冷卻液過少的問題。該充電樁從根源上解決充電慢，充電等待時間長，客戶體驗差，安全性差，推廣難度大等難題，加速充電系統設備的使用推廣。

附圖說明

圖1：本發明實施例1的流程圖；

圖2：本發明實施例1中所述充電槍與冷卻液槍的分離結構示意圖；

圖3：本發明實施例1所述充電槍座的端面示意圖；

圖4：本發明實施例1所述充電槍的端面示意圖；

圖5：本發明實施例1所述冷卻液槍座的端面示意圖；

圖6：本發明實施例1所述冷卻液槍的端面示意圖；

圖7：本發明實施例2的流程圖；

圖8：本發明實施例2的剖視示意圖；

圖9：本發明實施例2所述充電槍的端面示意圖；

圖10：本發明實施例2所述充電槍座的端面示意圖；

圖11：本發明實施例2的結構示意圖；

圖12：本發明實施例2所述充電槍和充電槍座的的立體圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

實施例1：如圖1至圖6所示，本實施例的一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁，包括供電模塊7、充電槍12、充電槍座13、加熱器4、熱交換器3、冷凝散熱器2、冷卻液槍18、冷卻液槍座19和用于安裝零部件的殼體1，所述供電模塊7內設有用于控制供電模塊工作的控制器(圖中未示出)，所述供電模塊7分別通過線組15與充電槍12和冷卻液槍18相連，所述充電槍座13與充電槍12扣合相連，且充電槍座13與待充電的電池模組6通過線組相連；所述冷卻液槍18與冷卻液槍座19扣合相連，且冷卻液槍座19與待充電的電池模組6通過線組和冷卻管道相連；所述供電模塊7、冷凝散熱器2和冷卻液槍18分別通過冷卻液管與熱交換器3相連，所述加熱器4設置于熱交換器3與冷卻液槍18的冷卻液管的管路中且與熱交換器3相并聯。本發明的控制器并不涉及對現有控制程序的改進，對各個電器元件的控制為現有的已知程序。

為了便于控制加熱器的工作，所述加熱器4兩端均安裝有用于切換加熱模式的電磁閥組14，分別為第一三通電磁閥和第二三通電磁閥。

為了防止充電槍在與充電槍座相配對時，充電槍旋轉一定角度導致插接錯誤的發生，所述充電槍和充電槍座上設有相對應的用于使充電槍和充電槍座相對準的卡槽結構。

所述冷卻液槍和冷卻液槍座上設有相對應的用于使冷卻液槍和冷卻液槍座相對準的卡槽結構。

優選的，還包括用于補充使用過程中冷卻液的損失，防止冷卻液過少的冷卻液罐組，其包括第一冷卻液罐9和第二冷卻液罐8，所述第一冷卻液罐9與供電模塊7相連，所述第二冷卻液罐8設置于加熱器4與熱交換器3相連的管路上。

優選的，還包括用于為冷卻液和冷媒循環提供動力的泵組，所述泵組包括第一泵5、第二泵11和第三泵10，所述第一泵5設置于加熱器4與充電槍12之間的管路上，所述第二泵11設置于冷凝散熱器2與熱交換器3相連的管路上，所述第三泵10設置于供電模塊7與熱交換器3相連的管路上。所述泵組可以通過功能相同的現有的元器件代替，比如壓縮機。

進一步，所述線組15包括電池充電線組16和電池控制信號線組17。

更進一步，所述控制器內設有遇到意外情況的報警裝置(圖中未示出)和自動斷電裝置(圖中未示出)、安全保護裝置(圖中未示出)、計量裝置(圖中未示出)和人機交互裝置(圖中未示出)。

所述控制器控制供電模塊為待充電的電池模組提供電力，并通過電池控制限號線組采集和控制電池模組共組，除此之外還為其他加熱器、冷凝散熱器和熱交換器提供電力，并控制各個器件工作啟停、探測、輸入輸出信號及參數調整。

熱交換器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量交換給冷凝散熱器。所述熱交換器的數量可以是一組或者多組。

充電樁外殼1是用于安裝和保護充電樁器件。冷凝散熱器可以根據實際需求選擇安裝于充電樁外殼內部或者外部

冷凝散熱器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量散發或儲存。所述冷凝散熱器的數量可以是一組或者多組。

充電時充電槍與充電槍組扣合相連；充電結束后充電槍拔出，斷開與充電槍座連接，實現與充電電池分開；將冷卻液槍從冷卻液槍座中拔出，拔出時冷卻液管自動封閉，防止冷卻液外流。加熱器功能是在低溫狀態，不能對電池組充電時，首先加熱冷卻液，通過第一泵循環，將電池溫度提升到最佳可充電狀態，保護電池，提高充電速度。

實施例1中充電槍和冷卻液槍分離，是相互獨立的兩部分；由于現在充電樁在使用時，是人工操作充電槍，但是充電槍比較重，所以為了減輕充電槍的重量，減輕人工的勞動強度，本實施例中將充電槍和冷卻液槍分離，充電槍和冷卻液槍分別獨立操作。

實施例2：如圖7至圖12所示：本實施例的一種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁，包括供電模塊7、充電槍12、充電槍座13、加熱器4、熱交換器3、冷凝散熱器2、冷卻液槍18、冷卻液槍座19和用于安裝零部件的殼體1，所述供電模塊7內設有用于控制供電模塊工作的控制器(圖中未示出)，所述供電模塊7分別通過線組15與充電槍12和冷卻液槍18相連，所述充電槍座13與充電槍12扣合相連，且充電槍座13與待充電的電池模組6通過線組相連；所述冷卻液槍18與冷卻液槍座19扣合相連，且冷卻液槍座19與待充電的電池模組6通過線組和冷卻管道相連；所述供電模塊7、冷凝散熱器2和冷卻液槍18分別通過冷卻液管與熱交換器3相連，所述加熱器4設置于熱交換器3與冷卻液槍18的冷卻液管的管路中且與熱交換器3相并聯。本發明的控制器并不涉及對現有控制程序的改進，對各個電器元件的控制為現有的已知程序。

所述冷卻液槍18設置于充電槍12內，且與充電槍12一體形成；所述冷卻液槍座19設置于充電槍座13內，且與充電槍座13一體形成。充電時充電槍與充電槍組扣合相連；充電結束后充電槍拔出，斷開與充電槍座連接，實現與充電電池分開。拔出時冷卻液管自動封閉，防止冷卻液外流。加熱器功能是在低溫狀態，不能對電池組充電時，首先加熱冷卻液，通過第一泵循環，將電池溫度提升到最佳可充電狀態，保護電池，提高充電速度。

為了便于控制加熱器的工作，所述加熱器4兩端均安裝有用于切換加熱模式的電磁閥組14，分別為第一三通電磁閥和第二三通電磁閥。

為了防止充電槍在與充電槍座相配對時，充電槍旋轉一定角度導致插接錯誤的發生，所述充電槍和充電槍座上設有相對應的用于使充電槍和充電槍座相對準的卡槽結構。

所述冷卻液槍和冷卻液槍座上設有相對應的用于使冷卻液槍和冷卻液槍座相對準的卡槽結構。冷卻液槍和充電槍擁有不同的防插接結構，防止兩槍互相差錯。

優選的，還包括用于補充使用過程中冷卻液的損失，防止冷卻液過少的冷卻液罐組，其包括第一冷卻液罐9和第二冷卻液罐8，所述第一冷卻液罐9與供電模塊7相連，所述第二冷卻液罐8設置于加熱器4與熱交換器3相連的管路上。

優選的，還包括用于為冷卻液和冷媒循環提供動力的泵組，所述泵組包括第一泵5、第二泵11和第三泵10，所述第一泵5設置于加熱器4與充電槍12之間的管路上，所述第二泵11設置于冷凝散熱器2與熱交換器3相連的管路上，所述第三泵10設置于供電模塊7與熱交換器3相連的管路上。所述泵組可以通過功能相同的現有的元器件代替，比如壓縮機。

進一步，所述線組15包括電池充電線組16和電池控制信號線組17。

更進一步，所述控制器內設有遇到意外情況的報警裝置(圖中未示出)和自動斷電裝置(圖中未示出)、安全保護裝置(圖中未示出)、計量裝置(圖中未示出)和人機交互裝置(圖中未示出)。所述計量裝置指充電量的統計。

所述控制器控制供電模塊為待充電的電池模組提供電力，并通過電池控制限號線組采集和控制電池模組共組，除此之外還為其他加熱器、冷凝散熱器和熱交換器提供電力，并控制各個器件工作啟停、探測、輸入輸出信號及參數調整。

熱交換器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量交換給冷凝散熱器。所述熱交換器的數量可以是一組或者多組。

充電樁外殼1是用于安裝和保護充電樁器件。冷凝散熱器可以根據實際需求選擇安裝于充電樁外殼內部或者外部

冷凝散熱器是用于將電池組充電和供電模塊充電時產生的熱量散發或儲存。所述冷凝散熱器的數量可以是一組或者多組。

實施例2中充電槍與冷卻液槍成為一體，此種方法有助于減少充電槍及槍座的占用面積，一次插接操作完成線組及冷卻液管的連接，操作簡便。

工作流程：以充電汽車為例，當充電汽車停靠在充電樁一側，工作人員將充電槍12與車載的充電槍座13連接上；按下充電開關，如果氣溫較低，供電模塊7的控制器控制電磁閥組14開關使加熱器4與電池模組6冷卻液接通，熱交換器3與電池模組6冷卻液斷開，第一泵5開啟，加熱器4開始加熱，從而實現加熱器4和電池模組6的熱量循環。待冷卻液將電池模組6中電池加熱到可充電溫度時，加熱器4停止加熱，第一泵5關閉，完成電池模組6預熱工作；如果氣溫較高，則此程序不需要進行。

下一步，電磁閥組14開關使熱交換器3與電池模組6冷卻液接通，加熱器4與電池模組6冷卻液斷開。第一泵5、第二泵11、第三泵10全部開啟；供電模塊開始為充電槍供電，電池模組6由于內阻原因，釋放出熱量，熱量經冷卻液和第一泵5帶入到熱交換器3內，通過第二泵11將熱量交換給冷凝散熱器2。同時供電模塊也散發出大量的熱量，熱量經冷卻液和第三泵10帶入到熱交換器3內，通過第二泵11將熱量交換給冷凝散熱器2。

充電結束后控制電源模塊控制供電模塊停止為電池模組6，第一泵5、第二泵11、第三泵10停止工作；工作人員拔下充電槍12和冷卻液槍18，充電工作完成。

充電控制：充電過程中，供電模塊根據充電不同階段調節充電電流和電壓大小，保證順利完成充電；遇到錯誤報警及時停止充電防止意外發生。

通過冷卻液罐將充電電池單元冷卻液引入到充電樁內，而充電樁體積和成本不受限制，能夠為電池單元實現大功率制冷和散熱，從而保證快速充電的實施。

此種帶冷卻系統和加熱系統的快速充電樁具備以下特點：快速充電，充電時間相較傳統充電樁提升80％以上，節省大量等待時間；充電槍和冷卻液槍分離或一體的兩種方式，給用戶更多選擇，選擇適合自己的，使充電更加便捷；通過加熱器可使充電所需溫度在短時間內達到并快速啟動充電；通過冷凝散熱器和熱交換器可對整個充電系統進行降溫，并使充電過程中的溫度始終控制在安全充電的標準范圍內，實現快速安全充電。

表1：充電槍和充電槍座觸頭定義表

上面以舉例方式對本發明進行了說明，但本發明不限于上述具體實施例，凡基于本發明所做的任何改動或變型均屬于本發明要求保護的范圍。