采用冷冻水预冷的电动汽车充电机风冷系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种采用冷冻水预冷的电动汽车充电机风冷系统及其控制方法；所述系统包括其下部背板留有进风口和其上部前面板留有出风口的机柜；所述进风口的前端依次设置有进风风扇、以及其管道竖直安置于S形风管进风口一端的制冷盘管；所述S形风管的出风口指向所述机柜前上方；所述制冷盘管用导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP制成；所述出风口的后端依次设置有排风风扇和充电模块；所述充电模块上方设置有控制装置。本发明专利技术对于大功率户内充电机，避免了充电间内热气聚集导致的冷却效果不佳；对于户外充电机，解决了机柜外壳防护与功率器件散热的矛盾，使大功率充电机也能成为户外充电机，在户外安装、投运、使用。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种电动汽车非车载充电机的风冷系统及其控制方法，尤其涉及一种采用冷冻水对电动汽车充电机的进风预冷的风冷系统及其控制方法。
技术介绍
：电动汽车充电机采用模块化配置，机柜内多台同型号的充电模块并联运行，输出相同电压，共同分担负载电流。随着电路拓扑结构的改进和磁集成技术的应用，充电模块的开关频率和功率密度不断提升，外壳体积显著缩小，但风扇转速随之加快，通风散热变得尤为重要。对于电力电子设备，一般工作温度每升高10℃，寿命缩短为原来的一半。电动汽车充电机采用风冷方式，机柜的进风口设有风扇，冷空气从机柜前面板的进风口进入，穿过充电模块内部风道后，由机柜背板的出风口排出。降温效果取决于风扇旋转产生的风流量，进风口的有效进风面积，出风口的有效出风面积，和柜外冷、热空气对流的顺畅。为了阻止柜外粉尘进入电动汽车户外充电机的内部，机柜的通风口处安装有防尘过滤网，防尘过滤网在拦阻悬浮颗粒物的同时，也大幅降低了风道中的气流速度；为了保证防护效果，通常还要缩减进风口和出风口的有效面积。由于无法解决机柜外壳防护与功率器件散热的矛盾，户外充电机仅作为小型充电机，为车载电池容量较小的乘用车充电，并逐步被大功率的户内充电机所取代。另外，电动汽车充电机应能经受GB/T 2423.4-2008规定的交变湿热试验，试验以“呼吸”效应为主要受潮机理，用于验证设备在潮湿环境下的耐受能力。“呼吸”效应的形成机理及危害如下：电力电子设备启停或载荷变化将导致内部器件发生热胀冷缩，器件空腔内的气压随之变化，空腔内、外气体通过器件表面的缝隙发生交换，空气中的水汽和可溶化学污染物将穿过缝隙，被吸入器件内部，水汽在空腔内不断聚积，最终凝结成水珠，并在器件内部沉积。凝结水中的化学物质腐蚀器件内部结构，凝结水中的盐分降低器件内部绝缘性能，导致器件加速失效。现有工艺是在电动汽车充电模块内部喷涂三防涂料，固化后会在器件表面形成一层透明的硬质保护膜，可以防潮湿、防霉变和防盐雾，但热胀冷缩产生的应力将导致硬质涂层随同器件表面一同开裂，从而丧失防护作用。
技术实现思路
：为了克服现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种采用冷冻水对进风预冷的电动汽车充电机风冷系统及其控制方法。本专利技术采用的技术方案是：采用冷冻水预冷的电动汽车充电机风冷系统，包括其下部背板留有进风口(6)和其上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)；其改进之处在于：所述进风口(6)的前端依次设置有进风风扇、以及其管道竖直安置于S形风管(23)进风口一端的制冷盘管(15)；所述S形风管(23)的出风口(24)指向所述机柜(1)前上方；所述制冷盘管(15)用导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP制成；所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模块(8)；所述充电模块(8)上方设置有控制装置(9)。优选的，所述机柜(1)背板上设置有其进风口为所述机柜(1)的进风口(6),其出风口为所述S形风管(23)的出风口(24)的封闭箱体(2)；所述进风风扇、所述S形风管(23)、所述制冷盘管(15)设置在所述封闭箱体(2)内；所述制冷盘管(15)的有效过风面积等于所述进风口(6)的有效进风面积，等于所述S形风管(23)的出风口(24)的有效出风面积。所述制冷盘管(15)用导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP制成，所述导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP由质量含量为65％的导热增强材料、质量含量为15％的粒子填料和质量含量为20％的基体材料制成；所述导热增强材料为连续气相生长碳纤维VGCF，所述连续气相生长碳纤维VGCF在沿轴向平行排列的同时，在径向采用“针刺整体毡”结构编织；所述粒子填料为石墨烯纳米片GNPs；所述基体材料为聚丙烯PP。进一步，所述机柜(1)的进风口(6)上安装有钢丝防护网或防护百叶窗(21)，所述机柜(1)的出风口(7)和所述S形风管(23)的出风口(24)上安装有钢丝防护网。进一步，制冷盘管(15)的进风端连接有供水管(16)，其出风端连接有回水管(17)，其底部设置有集水盘(18)，所述集水盘(18)底端设置有逆止阀(19)和排水管(20)；所述供水管(16)和所述回水管(17)依次穿出所述S形风管(23)下侧管壁、封闭箱体(2)底板和所述机柜(1)底板后，与站内供冷系统的冷冻水循环子系统相连；所述排水管(20)依次穿出所述封闭箱体(2)底板和所述机柜(1)底板后，将所述集水盘(18)中的冷凝水排入站内的排水系统。进一步，所述供冷系统由与制冷主机(31)相连的冷冻水循环子系统和冷却水循环子系统组成；所述制冷主机(31)设置有冷冻水进水口、冷冻水出水口、冷却水进水口、冷却水出水口；所述冷冻水循环子系统包括冷冻水泵(34)、分水器(35)和集水器(36)；所述制冷主机(31)的冷冻水出水口、所述冷冻水泵(34)、所述分水器(35)、所述供水管(16)、所述制冷盘管(15)、所述回水管(17)、所述集水器(36)、所述制冷主机(31)的冷冻水进水口依次相连，形成闭合的水循环回路；所述冷却水循环子系统包括户外冷却塔(32)、冷却水泵(33)；所述制冷主机(31)的冷却水出水口、所述户外冷却塔(32)、所述冷却水泵(33)、所述制冷主机(31)的冷却水进水口依次相连，形成闭合的水循环回路。进一步，所述封闭箱体(2)内的所述供水管(16)和所述回水管(17)上设置有流量控制阀(37)，用于控制制冷盘管(15)中的冷冻水流量。进一步，充电模块(8)包括水平镶嵌在机柜(1)前面板上的机箱，以及安装在所述机箱内的变压器、电抗器、数字信号处理器和电力电子功率器件；所述变压器和所述电抗器设置在所述机箱内风道两侧；所述数字信号处理器和所述电力电子功率器件设置在所述机箱内风道中央，所述电力电子功率器件靠近所述机箱尾部；所述机箱尾部安装有钢丝防护网；所述电力电子功率器件上设置有散热器；所述散热器与所述电力电子功率器件之间灌注有导热硅胶。所述散热器用导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP制成，所述导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP由质量含量为25％的导热增强材料、质量含量为30％的粒子填料和质量含量为45％的基体材料制成；所述导热增强材料为连续气相生长碳纤维VGCF，所述连续气相生长碳纤维VGCF在散热器的基座和肋片根部采用“轴棒法”，以三维四向结构交错编织后，一直延伸至肋片的顶端，肋片的主体部分恢复为“针刺整体毡”结构编织；所述粒子填本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用冷冻水预冷的电动汽车充电机风冷系统，包括其下部背板留有进风口(6)和其上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)；其特征在于：所述进风口(6)的前端依次设置有进风风扇、以及其管道竖直安置于S形风管(23)进风口一端的制冷盘管(15)；所述S形风管(23)的出风口(24)指向所述机柜(1)前上方；所述制冷盘管(15)用导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料CFRP制成；所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模块(8)；所述充电模块(8)上方设置有控制装置(9)。

【技术特征摘要】
1.采用冷冻水预冷的电动汽车充电机风冷系统，包括其下部背板留有进风口(6)和其
上部前面板留有出风口(7)的机柜(1)；其特征在于：所述进风口(6)的前端依次设置有
进风风扇、以及其管道竖直安置于S形风管(23)进风口一端的制冷盘管(15)；所述S形风
管(23)的出风口(24)指向所述机柜(1)前上方；所述制冷盘管(15)用导热型连续碳纤
维增强聚合物基复合材料CFRP制成；所述出风口(7)的后端依次设置有排风风扇和充电模
块(8)；所述充电模块(8)上方设置有控制装置(9)。
2.如权利要求1所述的风冷系统，其特征在于：
所述机柜(1)背板上设置有其进风口为所述机柜(1)的进风口(6)，其出风口为所述
S形风管(23)的出风口(24)的封闭箱体(2)；所述进风风扇、所述S形风管(23)、所述
制冷盘管(15)设置在所述封闭箱体(2)内；所述制冷盘管(15)的有效过风面积等于所述
进风口(6)的有效进风面积，等于所述S形风管(23)的出风口(24)的有效出风面积。
3.如权利要求2所述的风冷系统，其特征在于：
所述机柜(1)的进风口(6)上安装有钢丝防护网或防护百叶窗(21)，所述机柜(1)
的出风口(7)和所述S形风管(23)的出风口(24)上安装有钢丝防护网。
4.如权利要求3所述的风冷系统，其特征在于：
制冷盘管(15)的进风端连接有供水管(16)，其出风端连接有回水管(17)，其底部设
置有集水盘(18)，所述集水盘(18)底端设置有逆止阀(19)和排水管(20)；
所述供水管(16)和所述回水管(17)依次穿出所述S形风管(23)下侧管壁、封闭箱
体(2)底板和所述机柜(1)底板后，与站内供冷系统的冷冻水循环子系统相连；
所述排水管(20)依次穿出所述封闭箱体(2)底板和所述机柜(1)底板，将所述集水
盘(18)中的冷凝水排入站内的排水系统。
5.如权利要求4所述的风冷系统，其特征在于：
所述供冷系统由与制冷主机(31)相连的冷冻水循环子系统和冷却水循环子系统组成；
所述制冷主机(31)设置有冷冻水进水口、冷冻水出水口、冷却水进水口、冷却水出水
口；
所述冷冻水循环子系统包括冷冻水泵(34)、分水器(35)和集水器(36)；所述制冷主
机(31)的冷冻水出水口、所述冷冻水泵(34)、所述分水器(35)、所述供水管(16)、所述
制冷盘管(15)、所述回水管(17)、所述集水器(36)、所述制冷主机(31)的冷冻水进水口
依次相连，形成闭合的水循环回路；
所述冷却水循环子系统包括户外冷却塔(32)、冷却水泵(33)；所述制冷主机(31)的
冷却水出水口、所述户外冷却塔(32)、所述冷却水泵(33)、所述制冷主机(31)的冷却水
进水口依次相连，形成闭合的水循环回路。
6.如权利要求5所述的风冷系统，其特征在于：
封闭箱体(2)内的所述供水管(16)和所述回水管(17)上设置有流量控制阀(37)，
用于控制制冷盘管(15)中的冷冻水流量。
7.如权利要求6所述的风冷系统，其特征在于：
充电模块(8)包括水平镶嵌在机柜前面板上的机箱、以及安装在所述机箱内的变压器、
电抗器、数字信号处理器和电力电子功率器件；所述变压器和所述电抗器设置在所述机箱内
风道两侧；所述数字信号处理器和所述电力电子功率器件设置在所述机箱内风道中央，所述
电力电子功率器件靠近所述机箱尾部；所述机箱尾部安装有钢丝防护网；
所述电力电子功率器件上设置有散热器；所述散热器与所述电力电子功率器件之间灌注
有导热硅胶。
8.如权利要求6所述的风冷系统，其特征在于：
所述制冷盘管(15)与所述流量控制阀(37)之间设置有两端分别与回水管(17)和供
水管(16)连通的旁通管(38)；所述旁通管(38)上设置有两个电动通止阀(39)，以及位
于所述两个电动通止阀(39)之间的循环水泵(40)和电动排水阀(41)，所述旁通管(38)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵梦欣，余伟成，孙仿，田阳，刘宁，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11