1.本发明涉及充电桩散热领域，尤其涉及一种与半导体制冷器结合的充电桩防护散热系统与方法。
背景技术：
2.目前，市面上的充电桩内部的功率模块需通风冷却，而散热风道通常采风机加过滤器设置；因此充电桩像“吸尘器”一样，将积聚在地面的柳絮和灰尘等杂物吸入、附着在过滤器外表面，但微小的杂质仍会进入到充电桩箱内部，扬尘或雾霾天气更甚。
3.在空气流通的过程中，势必会将尘埃、腐蚀性气体、湿气等带入设备中，充电桩的防水性较差，外部的雨水便易进入到充电桩的箱体内，会加快设备的老化，此外滤网上会附着有大量的杂质需要定期拆卸清洗或更换，影响使用，因此需要进行改进。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种与半导体制冷器结合的充电桩防护散热系统与方法。本发明充电桩防护散热系统不仅能在箱体密闭条件下完成高效散热，而且起到了可防水、防尘、防盐雾和防凝露的效果。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种与半导体制冷器结合的充电桩防护散热系统，包括充电桩箱体、置于其内的多个充电功率模块101，以及给充电功率模块101散热的多个相变冷板102；
7.所述充电桩箱体内部还设置有：汇集器103；半导体制冷器用冷板104；半导体制冷器105；冷却器107；储液罐109；制冷剂泵110；分液器111；
8.所述充电桩箱体外部设置有：风冷冷凝器108；
9.所述各相变冷板102的制冷剂通道出口，接入汇集器103的入口；汇集器103出口通过管路依次连接半导体制冷器用冷板104、冷却器107、风冷冷凝器108、储液罐109、制冷剂泵110；制冷剂泵110的出口连接分液器111的输入接口，再由分液器111分成多个支路后，分别接入各相变冷板102的制冷剂通道入口。
10.所述储液罐109内部储存制冷剂；
11.所述制冷剂在制冷剂泵110的驱动下，经分液器111分配至各相变冷板102的制冷剂通道入口并进入到相变冷板102内，制冷剂在相变冷板102内吸热、部分气化后，进入汇集器103和半导体制冷器用冷板104，以吸收半导体制冷器105工作时的热量；接着，制冷剂进入冷却器107继续吸收充电桩箱体内部的热量，并再次部分气化，最后进入充电桩箱体外部的风冷冷凝器108，与充电桩箱体外部的空气强制对流换热，冷却冷凝为液体后，流回至储液罐109内；再由制冷剂泵110驱动往复循环。
12.所述半导体制冷器105的上部为热端，下部为冷端；
13.所述半导体制冷器用冷板104紧密贴附于半导体制冷器105的热端；流过半导体制冷器用冷板104的制冷剂，将半导体制冷器105制冷时产生的热量转移至风冷冷凝器108。
14.所述半导体制冷器105冷端的下方，设置有冷凝水收集管106；
15.所述冷凝水收集管106的接口处设有一u型管，用于收集半导体制冷器105排出的冷凝水，并将其引流至充电桩箱体的外部。
16.所述冷却器107为翅片管冷却器。
17.一种充电桩防护散热方法，包括如下步骤：
18.当充电桩工作时，制冷剂在制冷剂泵110的驱动下，经分液器111分配至各相变冷板102的制冷剂通道内，制冷剂在制冷剂相变冷板102内吸热、部分气化后，进入汇集器103和半导体制冷器用冷板104，以吸收半导体制冷器105工作时的热量；接着，制冷剂进入冷却器107继续吸收充电桩箱体内部的热量，并再次部分气化，最后进入充电桩箱体外部的风冷冷凝器108，与充电桩箱体外部的空气强制对流换热，冷却冷凝为液体后，流回至储液罐110内；再由制冷剂泵110驱动制冷剂进入下一个循环。
19.当充电桩停止工作时，启动半导体制冷器105使其制冷，半导体制冷器105下表面附近空气温度降低，在温差产生的密度差的作用下，半导体制冷器105周围的空气流到半导体制冷器105下表面，若半导体制冷器105下表面温度低于空气的露点温度，空气中的水蒸汽在半导体制冷器105的制冷表面冷凝成水后进入冷凝水收集管106，排至充电桩箱体外。
20.所述冷凝水收集管106的接口处设有一u型管；u型管的液封作用，使充电桩箱体内与外界形成密封；充电桩箱体外的空气不会漏入到充电桩箱体内，以使充电桩箱体内空气不会在电子元器件表面凝露。
21.本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
22.1)散热功能由制冷剂泵驱动的相变冷板与风冷冷凝器完成，由于相变冷板的换热系数大，制冷剂相变换热气化潜热大，需要循环的制冷剂质量流量小，制冷剂泵驱动功耗低，具有显著的节能效果。
23.2)充电桩箱体内空间小，密封后空气中的水蒸汽量少，采用半导体制冷器除湿即可满足要求，同时借助循环制冷剂带走半导体制冷器热端的热量，可使半导体制冷器具有较高的制冷系数，取得较好的除湿效果。
24.3)充电桩箱体外风冷冷凝器可借用通用的小型空调风冷冷凝器，性价比高，易清洗，安全可靠。
25.4)由于冷凝水收集管的接口处设有一u型管，u型管的液封作用，使充电桩箱体内与外界形成密封；充电桩箱体外的空气不会漏入到充电桩箱体内，以使充电桩箱体内空气不会在电子元器件表面凝露，起到了防水、防尘、防盐雾和防凝露的作用。
26.5)本发明技术手段简便易行，构思巧妙，成本低廉，具有积极的推广应用价值。
附图说明
27.图1为本发明与半导体制冷器结合的充电桩防护散热系统结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
29.如图1所示。本发明公开了一种与半导体制冷器结合的充电桩防护散热系统，包括充电桩箱体、置于其内的多个充电功率模块101以及给充电功率模块101散热的多个相变冷
板102；
30.所述充电桩箱体内部还设置有：汇集器103；半导体制冷器用冷板104；半导体制冷器105；冷却器107；储液罐109；制冷剂泵110；分液器111；
31.所述充电桩箱体外部设置有：风冷冷凝器108；
32.各相变冷板(102)的制冷剂通道出口汇总后，接入汇集器103的入口；汇集器103出口通过管路依次连接半导体制冷器用冷板104、冷却器107、风冷冷凝器108、储液罐109、制冷剂泵110；制冷剂泵110的出口连接分液器111的输入接口，再由分液器111分成多个支路后，分别接入各相变冷板102的制冷剂通道入口。
33.所述储液罐109内部储存制冷剂；所述制冷剂在制冷剂泵110的驱动下，经分液器111分配至各相变冷板102的入口并进入到相变冷板内102，制冷剂在各相变冷板102内吸热、部分气化后，进入汇集器103和半导体制冷器用冷板104，以吸收半导体制冷器105工作时的热量，使半导体制冷器105能得到较低的制冷温度；接着，制冷剂进入冷却器107继续吸收充电桩箱体内部的热量，并再次部分气化，最后进入充电桩箱体外部的风冷冷凝器108，与充电桩箱体外部的空气强制对流换热，冷却冷凝为液体后，流回至储液罐109内；再由制冷剂泵110驱动往复循环。
34.所述半导体制冷器105的上部为热端，下部为冷端；工作时下部制冷吸收热量，上部热端放出热量，且放出的热量为下部冷端制冷量与输入电功率之和。
35.所述半导体制冷器用冷板104紧密贴附于半导体制冷器105的热端；流过半导体制冷器用冷板104的制冷剂，将半导体制冷器105制冷时产生的热量转移至风冷冷凝器108。
36.所述半导体制冷器105冷端的下方，设置有冷凝水收集管106；
37.所述冷凝水收集管106用于收集半导体制冷器105排出的冷凝水，并将其引流至充电桩箱体的外部。
38.所述冷却器107为翅片管冷却器。
39.制冷剂相变冷板102，本领域也称液冷板，是在金属板材内通过机械加工形成制冷剂通道，通常在制冷剂通道内加工出扩展换热表面以提高换热效率，发热的电子元件安装于板的表面，制冷剂从液冷板的进口进入，在液冷板内的制冷剂通道内吸收热量，在出口处流出，把电子元件发出的热量带走。根据换热流体不同分为：1)含水介质非相变冷板冷却；2)制冷剂泵驱动制冷剂相变换热冷板冷却两类。液冷板流道形成的工艺常见的有：摩擦焊、真空钎焊、埋铜管、深孔钻等。
40.本发明充电桩防护散热方式，可通过如下步骤实现：
41.当充电桩工作时，制冷剂在制冷剂泵110的驱动下，经分液器111分配至各个散热模块的制冷剂相变冷板102制冷剂通道内，制冷剂在制冷剂相变冷板102内吸热、部分气化后，进入汇集器103和半导体制冷器用冷板104，以吸收半导体制冷器105工作时的热量；接着，制冷剂进入冷却器107继续吸收充电桩箱体内部的热量，并再次部分气化，最后进入充电桩箱体外部的风冷冷凝器108，与充电桩箱体外部的空气强制对流换热，冷却冷凝为液体后，流回至储液罐110内；再由制冷剂泵110驱动制冷剂进入下一个循环。
42.由于充电桩箱体内的温度高于箱外的温度，在温度较高时，箱内温度高于箱内空气的露点温度，不会凝露。当充电桩停止工作时，启动半导体制冷器105使其制冷，半导体制冷器105下表面附近空气温度降低，在温差产生的密度差的作用下，半导体制冷器105周围
的空气流到半导体制冷器105下表面，若半导体制冷器105的制冷表面低于空气的露点温度，空气中的水蒸汽在半导体制冷器105的制冷表面冷凝成水后进入冷凝水收集管106，排至充电桩箱体外。所述冷凝水收集管106的接口处设有一u型管；u型管的液封作用，使充电桩箱体内与外界形成密封；充电桩箱体外的空气不会漏入到充电桩箱体内，以使充电桩箱体内空气不会在电子元器件表面凝露。使充电桩在密闭环境下实现良好散热，又兼顾了防水、防尘、防盐雾的技术效果。
43.应用举例：
44.1.例如某一150k w直流充电桩、两侧充电枪，10个功率模块，每个模块功率有24只igbt，每只igbt散热量为30.7w，总散热量为7368w，然后加上功率模块外进线开关、交流接触器的散热量，整个充电桩热损耗总总散热量约为7500w。
45.采用10个液冷板，每个液冷板的负荷约为737w，10个液冷板合计散热能力为7370w，翅片管冷却器(带风扇)107的散热能力为200w；风冷冷凝器的散热能力为7500w；夏季当环境温度为35℃时，风冷冷凝器内的制冷剂冷凝温度可维持在45℃以下，冷板与功率模块的接触面的温度可维持在55℃以下，低于普通风冷散热时的温度。
46.2.夏季室外计算干球温度33.5℃；室外计算湿球温度为27.7℃，露点温度25.9℃，当充电桩不工作时，启动半导体制冷器105使其制冷，此时制冷剂泵110、风冷冷凝器108仍然工作，半导体制冷器105冷表面温度低于20℃，使充电桩箱体内半导体制冷器105周边的空气经百叶窗流到半导体制冷器105冷表面，只有半导体制冷器105的制冷表面低于空气的露点温度，空气中的水蒸汽在半导体制冷器105的制冷表面冷凝成水后进入冷凝水收集管106，排至充电桩箱体外，冷凝水收集管106具有一u型管，由于u型管的液封作用，使充电桩箱体内向外排水的同时，始终保持充电桩箱体内部与外部的密封。充电桩箱体外的空气不会漏入到充电桩箱体内，可保持充电桩箱体内空气不会在电子元器件表面凝露。
47.3.夏季室外计算干球温度34.2℃；室外计算湿球温度为27.8℃，露点温度25.8℃，含湿量21.1g/kg干空气，除湿至露点温度10℃，7.6g/kg干空气，充电桩箱体尺寸：1.88m
×
0.8m
×
0.6m＝0.9m3，约1.1kg空气。将充电桩箱体内空气露点温度由25.8℃降低至10℃，除湿量14.9g，水蒸汽汽化潜热2500kj/kg，除湿需要制冷量37.25kj。cp064080半导体制冷片，输入电压16v，电流16a，制冷温差30℃时，制冷量为75w,假设除湿效率50％，在30℃时将露点温度由25.8℃降至10℃，半导体制冷片需工作993s即可。
48.如上所述，便可较好地实现本发明。
49.本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。