一种大功率充电冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及充电冷却系统及充电冷却系统的控制方法领域，具体涉及一种大功率充电冷却系统及其控制方法。

背景技术

目前绝大部分大功率充电设备在给新能源汽车充电过程中利用风冷散热器将导体产生的热损耗直接排放在环境空气中，一方面造成能量浪费；另一方面该冷却效果有限，特别是在炎热的区域应用甚至会出现充电站场空间环境温度升高，再利用这部分相对高温的环境空气作为换热介质进一步减弱散热效果，造成充电导体的温升增大；再进一方面强制散热风机经常需要高转速运转以尽最大能力冷却大功率充电导体产生的热量，对于一些安装在写字楼、小区内部的充电设置，这就造成了一定的噪声污染。

目前大功率充电设备是全年投入运营，在冬季或寒冷地区运行会存在冷却循环介质粘度增加，冷却系统的流动阻力变大，从而导致液冷泵扭矩不足出现启动失败或造成系统压力过高出现泄露，大大限制了在低温地区的应用。

目前市面上的制造大功率充电冷却系统的厂商主要针对散热方面进行相关设计控制，无法根据实时情况自动调整控制策略，缺乏对变化工况的适应能力，其环保性、可靠性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大功率充电冷却系统及其控制方法，可提高能源的利用率及降低损耗，可减少噪声污染及对周边空气温度的影响，可有效增加系统部件的寿命，可以根据实际运行状况进行自适应调节，以更好地适应各种环境工况。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的大功率充电冷却系统，包括用于检测充电连接装置的温度的充电连接装置温度传感器；还包括热交换连接充电连接装置的一级冷却系统，所述一级冷却系统热交换连接有大功率充电冷却二次系统，还包括信号连接充电连接装置及通信连接充电设备控制器的大功率充电冷却系统控制器,所述大功率充电冷却系统控制器控制连接所述一级冷却系统及所述大功率充电冷却二次系统，所述大功率充电冷却二次系统包括蓄热装置及散热装置，所述蓄热装置与所述散热装置通过三通调节阀连接有热水泵，所述三通调节阀通过所述热水泵连接所述一级冷却系统，所述散热装置包括散热风机，所述大功率充电冷却系统控制器控制连接所述三通调节阀，所述一级冷却系统包括用于将循环冷却介质输送至充电连接装置的液冷泵及用于监测循环冷却介质的压力的压力传感器，所述蓄热装置包括蓄热装置温度传感器，所述大功率充电冷却二次系统包括工质出口温度传感器及工质进口温度传感器，所述大功率充电冷却二次系统包括环境温度传感器。

优选地，所述大功率充电冷却系统控制器包括MCU主控模块、实现与充电设备控制器通讯的通讯模块、用于控制所述液冷泵输出的液冷泵DO模块、用于控制所述散热风机输出的散热风机DO模块、用于控制所述热水泵输出的热水泵DO模块、用于控制所述三通调节阀输出的三通调节阀DO模块、用于检测所述液冷泵运行状态的液冷泵DI模块、用于检测所述散热风机运行状态的散热风机DI模块、用于检测所述热水泵运行状态的热水泵DI模块、用于检测所述三通调节阀开度的三通调节阀DI模块、用于输入所述压力传感器和各个温度传感器信号的AD模块。

优选地，所述一级冷却系统包括间壁式换热器，所述液冷泵接通连接所述间壁式换热器的内腔。

本发明还提供控制上述的大功率充电冷却系统的方法，包括如下步骤：

步骤S1，充电设备控制器向所述通讯模块发送启动信号，所述大功率充电冷却系统控制器通电；

步骤S2，进行故障检测，包括检测通讯是否正常、检测循环冷却介质的压力是否正常及检测各个温度传感器的测量值是否正常，若出现异常，则即时输出故障报警；

步骤S3，判断环境温度是否超出使用范围，若出现异常，则即时输出环温报警，若环境温度没有超出使用范围则间隔一定时间重复进行故障检测以及进入步骤S4；

步骤S4，检测所述AD模块采集的蓄热装置温度传感器数值T1、环境温度传感器数值T2及充电连接装置温度传感器数值T5，判断是否低温启动，若不属于低温启动，则进入步骤S5，若属于低温启动，则进入步骤S6；

步骤S5，检测蓄热装置温度传感器数值T1判断蓄热装置是否有足够热量进行预热，若热量足够，则控制所述三通调节阀以开度a%开启，所述热水泵以80%转速运行时间t1用以预热循环冷却介质，然后进入步骤S6，若蓄热装置的热量不足够，则直接进入步骤S6；

步骤S6，蓄放热工质及循环冷却介质以开机设定输出；

步骤S7，大功率充电冷却系统启动完毕后，进入运行调节阶段。

优选地，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S8，所述AD模块每隔时间t2 检测蓄热装置温度传感器数值T1，将蓄热装置温度传感器数值T1与目标值Ta的差值进行判断；若T1与Ta的差值大于U，意味着所述蓄热装置远未达到热量饱和，所述MCU主控模块控制所述三通调节阀开度100%，以使蓄放热工质全部进入所述蓄热装置进行放热；当T1与Ta的差值介于U与V之间，意味着所述蓄热装置尚未达到热量饱和，所述MCU主控模块控制所述三通调节阀开度b%，使一部分蓄放热工质进入所述蓄热装置放热，另一部分蓄放热工质进入所述散热装置散热；当T1与Ta的差值介于W到V之间，意味着所述蓄热装置接近达到热量饱和，所述MCU主控模块控制所述三通调节阀开度c%；当T1与Ta的差值小于W，意味着所述蓄热装置达到热量饱和，此时所述MCU主控模块控制所述三通调节阀开度0%，使蓄放热工质全部进入所述散热装置散热。

优选地，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S9，所述AD模块每隔时间t3 检测充电连接装置温度传感器数值T5，判断T5是否大于50摄氏度，若否，所述MCU主控模块控制所述液冷泵输出为0%；若是，则进一步判断T5-T5’是否小于A，若是则意味着T5在降低，所述MCU主控模块控制所述液冷泵按n%减速，直至最低运行转速，若T5-T5’介于A与B之间，则所述MCU主控模块控制所述液冷泵按现有转速运行；若T5-T5’介于B到C之间，则所述MCU主控模块控制所述液冷泵按n%加速运行；若T5-T5’介于C到D之间，则所述MCU主控模块控制所述液冷泵按2n%加速运行；若T5-T5’大于D，则所述MCU主控模块控制所述液冷泵按100%转速运行。

优选地，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S10，所述AD模块每隔时间t4检测蓄放热工质进口温度数值T3、蓄放热工质出口温度数值T4数值，判断T4是否大于40摄氏度，若否，所述MCU主控模块控制所述热水泵按最低转速运行；若是，则进一步判断T4-T3是否小于X，若是则意味着当前蓄放热工质温升较小、蓄放热工质流量过大或者散热量小，所述MCU主控模块控制所述热水泵按n%减速，直至最低运行转速，若T4-T3介于X到Y之间，则所述MCU主控模块控制所述热水泵按现有转速运行；若T4-T3介于Y到Z之间，则所述MCU主控模块控制所述热水泵按n%加速运行；若T4-T3大于Z，则所述MCU主控模块控制所述热水泵按100%转速运行。

优选地，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S11，所述AD模块每隔时间t5检测所述三通调节阀的开度，若所述三通调节阀开度等于100%，意味着所有蓄放热工质进入所述蓄热装置进行放热，则所述MCU主控模块控制所述散热风机按0%输出；若三通调节阀开度不等于100%，则进入步骤S12：所述AD模块检测蓄放热工质进口温度数值T3和环境温度传感器数值T2，进行判断T3是否大于35摄氏度，若否，则意味着蓄放热工质具备较大的吸收热量能力，为了避免造成循环冷却介质温度低引起粘度上升，所述MCU主控模块控制所述散热风机按0%输出；若T3大于35摄氏度，则进一步判断T3-T2是否小于J，若是，则意味着当前蓄放热工质与环境温度接近，所述散热风机转速过大或者散热量小，所述MCU主控模块控制所述散热风机按n%减速，直至最低运行转速，若T3-T2介于J到K之间，则所述MCU主控模块控制所述散热风机按现有转速运行，若T3-T2介于K到L之间，则所述MCU主控模块控制所述散热风机按2n%加速运行，若T4-T3大于L，则所述MCU主控模块控制所述散热风机按100%转速运行。

优选地，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S13，当大功率充电冷却系统控制器接收到充电设备控制器的停机指令后，所述MCU主控模块控制延时20s关闭所述液冷泵，在关闭所述液冷泵后延时20s关闭所述热水泵，在关闭所述热水泵5s后将所述三通调节阀的开度调节为100%，在所述三通调节阀的开度调整后15s关闭所述散热风机，结束关机指令。

本发明与现有技术相比较，其有益效果是：通过设置上述的大功率充电冷却系统及其控制方法可提高能源的利用率及降低损耗，可减少噪声污染及对周边空气温度的影响，可有效增加系统部件的寿命，可以根据实际运行状况进行自适应调节，以更好地适应各种环境工况。

附图说明

附图1为本发明的大功率充电冷却系统控制器与充电设备及冷却系统间的连接结构示意图。

附图2为本发明的大功率充电冷却系统控制器与各检测元件、控制对象连接的结构示意图。

附图3为本发明的大功率充电冷却系统控制器结构框图。

附图4为本发明的故障检测方法以及开机启动控制方法的流程图。

附图5为本发明的三通调节阀运行的控制方法的流程图。

附图6为本发明的液冷泵的控制方法的流程图。

附图7为本发明的热水泵的控制方法的流程图。

附图8为本发明的散热风机的控制方法的流程图。

附图9为本发明的大功率充电冷却系统的停机控制方法的流程图。

标号说明：充电连接装置1；一级冷却系统2；大功率充电冷却系统控制器3；大功率充电冷却二次系统4；散热风机401；三通调节阀402。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的大功率充电冷却系统，如图1和图2所示：包括用于检测充电连接装置1的温度的充电连接装置温度传感器；还包括热交换连接充电连接装置1的一级冷却系统2。换句话说，热交换连接充电连接装置1与一级冷却系统2通过对应的管路连接成冷却循环回路，循环冷却介质在上述的冷却循环回路中流转，从而循环冷却介质带走充电连接装置1的热量，一级冷却系统2用于将循环冷却介质降温；一级冷却系统2热交换连接有大功率充电冷却二次系统4，同理地，一级冷却系统2与大功率充电冷却二次系统4通过对应的管路连接成热交换回路；本发明的大功率充电冷却系统还包括信号连接充电连接装置1及通信连接充电设备控制器的大功率充电冷却系统控制器3,换句话说，大功率充电冷却系统控制器3能够获取充电连接装置温度传感器的数据，大功率充电冷却系统控制器3控制连接一级冷却系统2及大功率充电冷却二次系统4；如图2所示，大功率充电冷却二次系统4包括蓄热装置及散热装置，蓄热装置与散热装置通过三通调节阀402连接有热水泵，三通调节阀402通过热水泵连接一级冷却系统2，三通调节阀402将热水泵从一级冷却系统2吸取的蓄放热工质（可以是水）分配到蓄热装置及散热装置，在热水泵的驱动下，蓄放热工质在流经蓄热装置或散热装置之后都回流到一级冷却系统2，从而形成上述的热交换回路。如图2所示，散热装置包括散热风机401，散热风机401产生的气流流经散热装置的表面，而蓄放热工质流经散热装置的内部结构，从而能够将流经散热装置的蓄放热工质的热量散发到空气中，举例地说，散热装置可以包括现有技术的翅片式散热器；蓄热装置包括现有技术的蓄热材料，蓄放热工质在流经蓄热装置时与上述的蓄热材料进行热交换。如图2所示，大功率充电冷却系统控制器3控制连接三通调节阀402，一级冷却系统2包括用于将循环冷却介质输送至充电连接装置1的液冷泵及用于监测循环冷却介质的压力的压力传感器，也就是说，循环冷却介质在上述的冷却循环回路中流转。如图2所示，蓄热装置包括蓄热装置温度传感器，蓄热装置温度传感器用于检测上述的蓄热材料的当前温度值；大功率充电冷却二次系统4包括工质出口温度传感器及工质进口温度传感器，工质出口温度传感器用于检测从大功率充电冷却二次系统4排出的蓄放热工质的温度，工质进口温度传感器用于检测大功率充电冷却二次系统4入口处的蓄放热工质的温度（也大致为一级冷却系统2流出的蓄放热工质的温度），大功率充电冷却二次系统4包括用于检测外界环境温度的环境温度传感器。

大功率充电冷却系统控制器3通过通讯模块连接充电设备控制器实现控制大功率充电冷却系统的运行，大功率充电冷却系统控制器3与充电连接装置1、一级冷却系统2、大功率充电冷却二次系统4通过数据采集运算对大功率充电冷却系统控制输出，实现热量传递并进行运行调节。

大功率充电冷却系统控制器3在运行过程中通过AD模块对采集回的温度传感器信号输入MCU主控模块进行运行监控，优先将充电连接装置1产生的热损耗流经蓄热装置将热量进行储存，对于储存的热量可以给站场或者其他场所进行冬季供暖及生活热水以及其热回收转换为高品位热源，此过程无散热风机运行，实现低噪声回收热能，具有较高的环境友好性。

充电设备控制器通过通讯协议对充电设备进行控制输出能量的同时也向大功率充电冷却系统控制器3发送启、停指令以及接收大功率充电冷却系统控制器3反馈的故障信息和参数。大功率充电冷却系统控制器3会根据充电连接装置1以及一级冷却系统2和大功率充电冷却二次系统4反馈的温度、压力数据进行判断是否故障、超出安全使用范围和以温度参数进行目标调节，使大功率充电高效、安全、可靠。在充电过程中充电连接装置1的充电电缆产生的热量传送到大功率充电冷却一级冷却系统2再进行热转移传递到大功率充电冷却二次系统4，由大功率充电冷却系统控制器3通过采集的温度数据判断，优选进行能量储存，（即是说通过三通调节阀402将蓄放热工质优选输入至蓄热装置），有多余热量再对外进行热交换（即是说三通调节阀402将蓄放热工质优选输入至散热装置）。

当系统运行时，充电设备在充电过程中将充电连接装置1的损耗以热量传递给循环冷却介质，在液冷泵的驱动下，循环冷却介质在一级冷却系统2的间壁式换热器将热量转移到蓄放热工质，释放出热量后循环冷却介质温度降低再进入液冷泵内输送至充电连接装置1以吸收充电连接装置1的发热量，如此循环，使得充电连接装置1在安全可靠状态下运行同时，降低充电连接装置1的温度从而使发热量减少提高充电转化效率。蓄放热工质吸收了热量后在热水泵的驱动下优选进入蓄热装置将热量转移到蓄热材料从而使蓄放热工质温度降低再进入间壁式换热器吸收热量，充分利用充电连接装置1产生的热损耗量。当蓄热装置内的蓄热材料接近或已经达到设定的温度后，三通调节阀调节进入蓄热装置的蓄放热工质的量，将部分或全部蓄放热工质分流至散热装置中通过散热风机将热量转移到空气中从而使蓄放热工质的温度降低。

进一步地，如图3所示，大功率充电冷却系统控制器3包括MCU主控模块、实现与充电设备控制器通讯的通讯模块、用于控制液冷泵输出的液冷泵DO模块、用于控制散热风机401输出的散热风机DO模块、用于控制热水泵输出的热水泵DO模块、用于控制三通调节阀402输出的三通调节阀DO模块、用于检测液冷泵运行状态的液冷泵DI模块、用于检测散热风机402运行状态的散热风机DI模块、用于检测热水泵运行状态的热水泵DI模块、用于检测三通调节阀402开度的三通调节阀DI模块、用于输入压力传感器和各个温度传感器信号的AD模块，上述的各个模块与MCU主控模块进行数据连接。

进一步地，如图2所示，一级冷却系统2包括间壁式换热器，液冷泵接通连接间壁式换热器的内腔，也就是说，上述的循环冷却介质流经间壁式换热器的内部管道，间壁式换热器的结构属于现有技术，其结构简单，便于制作，成本较低。

各温度传感器检测温度值对应表示：蓄热装置温度传感器数值T1、环境温度传感器数值T2、蓄放热工质进口温度数值T3、蓄放热工质出口温度数值T4、充电连接装置温度传感器数值T5。蓄热装置目标温度值Ta，充电连接装置温度传感器上一次检测数值T5’。

如图4所示，上述的大功率充电冷却系统的控制方法包括如下步骤：

步骤S1，充电设备控制器向通讯模块发送启动信号，大功率充电冷却系统控制器3通电；

步骤S2，进行故障检测，包括检测通讯是否正常、检测循环冷却介质的压力是否正常及检测各个温度传感器的测量值是否正常，若出现异常，则即时输出故障报警；

步骤S3，判断环境温度是否超出使用范围，若出现异常，则即时输出环温报警，若环境温度没有超出使用范围则间隔一定时间重复进行故障检测以及进入步骤S4；

步骤S4，检测AD模块采集的蓄热装置温度传感器数值T1、环境温度传感器数值T2及充电连接装置温度传感器数值T5，判断是否低温启动（低温启动就是说T2、T5<0摄氏度，），若不属于低温启动，则进入步骤S5，若属于低温启动，则进入步骤S6；

步骤S5，检测蓄热装置温度传感器数值T1判断蓄热装置是否有足够热量进行预热，若热量足够，则控制三通调节阀402以开度a%开启，热水泵以80%转速运行时间t1用以预热循环冷却介质，然后进入步骤S6，若蓄热装置的热量不足够，则直接进入步骤S6；

步骤S6，蓄放热工质及循环冷却介质以开机设定输出；

步骤S7，大功率充电冷却系统启动完毕后，进入运行调节阶段。

如图5所示，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S8，AD模块每隔时间t2 检测蓄热装置温度传感器数值T1，将蓄热装置温度传感器数值T1与目标值Ta（Ta的取值具体与蓄热材料的种类相关，举例可以是70摄氏度）的差值进行判断；若T1与Ta的差值大于U，意味着蓄热装置远未达到热量饱和，MCU主控模块控制三通调节阀402开度100%，以使蓄放热工质全部进入蓄热装置进行放热；当T1与Ta的差值介于U与V之间，意味着蓄热装置尚未达到热量饱和，MCU主控模块控制三通调节阀402开度b%，使一部分蓄放热工质进入蓄热装置放热，另一部分蓄放热工质进入散热装置散热；当T1与Ta的差值介于W到V之间，意味着蓄热装置接近达到热量饱和，MCU主控模块控制三通调节阀402开度c%，即是将更大比例的蓄放热工质进入散热装置散热；当T1与Ta的差值小于W，意味着蓄热装置达到热量饱和，此时MCU主控模块控制三通调节阀402开度0%，使蓄放热工质全部进入散热装置散热。其中，W开度c%,以上的W、V、U、a%、b%及c%都是可以根据实际应用情况而相应调整的。

如图6所示，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S9，AD模块每隔时间t3 检测充电连接装置温度传感器数值T5，判断T5是否大于50摄氏度，若否（即是说充电连接装置1的温度较低，暂不需要冷却），MCU主控模块控制液冷泵输出为0%，有利于节能；若是（即是说充电连接装置1的温度较高，需要冷却），则进一步判断T5-T5’是否小于A，若是则意味着T5在降低，MCU主控模块控制液冷泵按n%减速，直至最低运行转速，若T5-T5’介于A与B之间，则MCU主控模块控制液冷泵按现有转速运行；若T5-T5’介于B到C之间，则MCU主控模块控制液冷泵按n%加速运行；若T5-T5’介于C到D之间，则MCU主控模块控制液冷泵按2n%加速运行；若T5-T5’大于D，则MCU主控模块控制液冷泵按100%转速运行。

如图7所示，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S10，AD模块每隔时间t4检测蓄放热工质进口温度数值T3、蓄放热工质出口温度数值T4数值，判断T4是否大于40摄氏度，若否，MCU主控模块控制热水泵按最低转速运行；若是，则进一步判断T4-T3是否小于X，若是则意味着当前蓄放热工质温升较小、蓄放热工质流量过大或者散热量小，MCU主控模块控制热水泵按n%减速，直至最低运行转速，若T4-T3介于X到Y之间，则MCU主控模块控制热水泵按现有转速运行；若T4-T3介于Y到Z之间，则MCU主控模块控制热水泵按n%加速运行；若T4-T3大于Z，则MCU主控模块控制热水泵按100%转速运行。

如图8所示，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S11，AD模块每隔时间t5检测三通调节阀402的开度，若三通调节阀402开度等于100%，意味着所有蓄放热工质进入蓄热装置进行放热，则MCU主控模块控制散热风机按0%输出；若三通调节阀402开度不等于100%，则进入步骤S12：AD模块检测蓄放热工质进口温度数值T3和环境温度传感器数值T2，进行判断T3是否大于35摄氏度，若否，则意味着蓄放热工质具备较大的吸收热量能力，为了避免造成循环冷却介质温度低引起粘度上升，MCU主控模块控制散热风机按0%输出；若T3大于35摄氏度，则进一步判断T3-T2是否小于J，若是，则意味着当前蓄放热工质与环境温度接近，散热风机转速过大或者散热量小，MCU主控模块控制散热风机按n%减速，直至最低运行转速，若T3-T2介于J到K之间，则MCU主控模块控制散热风机按现有转速运行，若T3-T2介于K到L之间，则MCU主控模块控制散热风机按2n%加速运行，若T4-T3大于L，则MCU主控模块控制散热风机按100%转速运行。

如图9所示，在进入运行调节阶段后，还包括步骤S13，当大功率充电冷却系统控制器3接收到充电设备控制器的停机指令后，MCU主控模块控制延时20s关闭液冷泵，在关闭液冷泵后延时20s关闭热水泵，在关闭热水泵5s后将三通调节阀402的开度调节为100%，在三通调节阀402的开度调整后15s关闭散热风机，结束关机指令。

综上所述，本发明具有以下优点：

（1）通过大功率充电冷却系统可提高能源的利用率及降低损耗，具体是说，通过蓄热装置对充电连接装置产生的热量进行暂存之后可以加以利用，举例地，对冷却循环介质进行预热，及可以给站场或者其他场所进行冬季供暖及生活热水以及其热回收转换为高品位热源。

（2）通过大功率充电冷却系统及其控制方法可减少噪声污染及对周边空气温度的影响，具体是指，由于散热风机并不是一直高速运转，所以噪声污染较轻，通过设置蓄热装置，避免充电连接装置的热量全部散失于空气中，可降低充电设备周边空气的温升。

（3）通过该控制方法可有效增加系统部件寿命，具体是指，通过智能化控制散热风机，避免散热风机需要长期不间断高速运转，有利于增加散热风机的寿命，另外避免液冷泵在冬天长期高负荷运转，有利于增加液冷泵的寿命。

（4）本发明的控制方法使得大功率充电冷却系统可以根据实际运行状况进行自适应调节，以更好地适应各种环境工况。