具有相变材料和多孔热导体保持架的充电端口冷却的制作方法

具有相变材料和多孔热导体保持架的充电端口冷却
1.引言本节中提供的信息旨在概括介绍本公开的背景。在本节中描述的范围内，当前命名的发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的描述方面，既不明确也不隐含地被认为是针对本公开的现有技术。
技术领域
2.本公开涉及车辆充电端口的冷却。


背景技术：

3.充电站在为电动车辆充电的同时监控在dc快速充电操作期间充电端口针的温度。当充电针温度高于某一温度（例如，70℃）时，那么充电系统从最大满充电速率降低到非常低的充电速率（例如，1/5比率）。当发生甚至大于极限（例如，90
°
c）的更高的针温度时，充电将停止。已知用液体冷却回路来冷却充电针，这会产生包装限制，并且需要管道和热交换器来冷却液体。因此，希望在不使用复杂的冷却回路的情况下防止高充电针温度，并且还大大简化设计。


技术实现要素：

4.本部分提供了本公开的一般概述，且不是其全部范围或所有特征的全面公开。
5.电动车辆充电端口包括一对充电针，每个充电针通过基座连接到相应的充电线缆。一对多孔金属保持架围绕这对充电针的基座。相变材料设置在该对多孔金属保持架中。这对多孔金属保持架由金属泡沫或金属网制成。蒸汽室设置在该对充电针的基部和该对多孔保持架之间。
6.本发明提供了以下技术方案：1.一种电动车辆充电端口，包括：一对充电针，每个充电针通过基座连接到相应的充电线缆；一对多孔保持架，其围绕所述一对充电针的所述基座；和设置在所述一对多孔保持架中的相变材料。
7.2.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，其中，所述一对多孔保持架由金属泡沫制成。
8.3.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，其中，所述一对多孔保持架由石墨泡沫制成。
9.4.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，其中，所述一对多孔保持架由金属网制成。
10.5.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，其中，所述相变材料包括石蜡或水合盐中的一种。
11.6.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，还包括设置在所述一对充电针的基
部和所述一对多孔保持架之间的蒸汽室。
12.7.根据技术方案6所述的电动车辆充电端口，其中，所述蒸汽室包括甲醇、氨、水和丙酮中的一种。
13.8.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，还包括围绕所述一对多孔保持架的金属外壳。
14.9.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，还包括设置在所述一对多孔保持架中的多个热管。
15.10.根据技术方案1所述的电动车辆充电端口，还包括在所述一对多孔保持架中的多个空气流动通道。
16.11.根据技术方案10所述的电动车辆充电端口，还包括与所述多个空气流动通道连通的空气导管。
17.12.根据技术方案11所述的电动车辆充电端口，还包括与所述空气导管连通设置的风扇。
18.13.一种电动车辆，包括：车身；和电动车辆充电端口，其设置在所述车身上，并且包括一对充电针，每个充电针通过基座连接到相应的充电线缆；一对多孔保持架，其围绕所述一对充电针的基座；和设置在所述对多孔保持架中的相变材料。
19.14.根据技术方案13所述的电动车辆，其中，所述一对多孔保持架由金属泡沫制成。
20.15.根据技术方案13所述的电动车辆，其中，所述一对多孔保持架由金属网制成。
21.16.根据技术方案13所述的电动车辆，其中，所述相变材料包括石蜡或水合盐中的一种。
22.17.根据技术方案13所述的电动车辆，还包括设置在所述一对充电针的基部和所述一对多孔保持架之间的蒸汽室。
23.18.根据技术方案13所述的电动车辆充电端口，还包括在所述一对多孔保持架中的多个空气流动通道。
24.19.根据技术方案18所述的电动车辆充电端口，还包括与所述多个空气流动通道连通的空气导管。
25.20.根据技术方案19所述的电动车辆充电端口，还包括与所述空气导管连通设置的风扇。
26.从详细描述、权利要求和附图中，本公开的进一步的应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
27.本文描述的附图仅用于说明所选实施例的目的，并且不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
28.图1是根据本公开原理的dc快速充电端口的示例性透视图；
图2是dc快速充电端口的平面图；图3是根据本公开原理的围绕充电针基座的金属泡沫和相变材料的示意图；图4是根据本公开原理的围绕充电针基座的金属网和相变材料的示意图；图5是根据本公开原理的金属泡沫和包裹在金属泡沫中的相变材料的示意图，该金属泡沫围绕充电针的基部；图6是根据本公开原理的金属泡沫和相变材料的示意图，其中热管设置在其中并围绕充电针的基部；图7是根据本公开的原理的金属泡沫和相变材料的示意图，其中冷却空气通道设置在其中并围绕充电针的基部，并通向车辆外部；图8是示出了通过压差的替代被动空气流动系统的示意图；和图9是示出替代主动空气流动系统的示意图。
29.在附图中，附图标记可以重复使用来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
30.参照图1，车辆10被示为包括车辆充电端口12。充电站的dc快速充电插头14被图示为由用户插入充电端口12中。充电端口12通常包括两个充电针16（在图2中最佳示出），每个适于被dc快速充电插头14接合。充电针16每个都包括连接到充电线缆20的基座区域18，充电线缆20被护套22覆盖。
31.如图3所示，充电针的基座区域18被多孔金属或石墨保持架24a、24b包围，该保持架具有包裹在金属或石墨保持架24a、24b的孔内的相变材料26。如图3所示，多孔金属或石墨保持架24a、24b可以包括金属或石墨泡沫24a，或者如图4所示的金属网24b。出于本公开的目的，多孔金属或石墨保持架24a、24b或金属网24b被称为高热导率保持架24。蒸汽室28可以任选地设置在高热导率保持架24和充电针16的基座区域18之间。相变材料（pcm）是在它们经历其物理状态变化（即，从固体到液体）时吸收或释放大量所谓“潜热”的物质。示例性相变材料可以包括石蜡和水合盐。相变材料26能够吸收大量热量，并且与金属或石墨泡沫24a或金属网24b相结合，大大提高了相变材料26的冷却能力。特别地，相变材料26的冷却能力由品质因数方程定义：；其中k=热导率；
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=密度；且l=潜热。因为相变材料（诸如石蜡）具有k=0.15 w/m/k的相对小的热导率，所以高热导率保持架24分散在整个相变材料26中以提高整体热导率。任选蒸汽室28的使用也可以用于增强热吸收。蒸汽室28可以包括封闭室，该封闭室包括5-10%的流体，诸如甲醇、氨、水和丙酮，这些流体在被加热时可以变成蒸汽。因此，本公开将相变材料26与任选的蒸汽室28和高热导率（金属或石墨）泡沫或网24集成在一起，以提供瞬态热生成的更快响应。
32.对于密度为
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=820 kg/m3、潜热为240 kj/kg且cp=2.85 kj/kg-k（其中“cp”是材料的比热容）的相变材料的所需相变材料体积的示例计算，其中在500安培下在20分钟的充电期间的30w热生成产生约36 kj的热量。允许相变材料的温度上升20度导致所需的相变材料体积为148 ml。
33.参照图5，多孔金属壳24a、24b可以用额外的多孔金属材料30（诸如金属泡沫或金属网）包裹，以分散从针到相变材料的热传递，并减少在非循环期间的再生时间。
34.作为进一步的选项，热管32可以设置在多孔高热导率保持架24a、24b内，以便进一步增强从热源到周围环境以及相变材料26和多孔高热导率保持架24a、24b的热传递。
35.如图7所示，充电针16的基座区域18和多孔高热导率保持架24a、24b可以用盖34围绕，盖34包括穿过其中的气流通道36。排气导管38可以连接到盖34的内部，并与车辆10的外表面40连通。因此，当车辆在充电事件之后被驾驶时，穿过车辆外表面的气流可以进一步帮助冷却充电针。根据另外的方面，如图8所示，空气导管38可以在空气流动的位置中设置有流动分离器42，使得在空气导管38中生成压差，以便被动地通过盖34吸入空气。最后，如图9所示，空气导管38可以设置有风扇44，以提供通过盖34的主动空气流动，该主动空气流动可以在充电事件期间和之后被激活。
36.以上描述本质上仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真正范围不应该限制于此，因为当研究附图、说明书、和以下权利要求书之后其它修改将变得显而易见。应当理解的是，在方法内的一个或多个步骤可以不同次序（或同时）执行而不改变本公开的原理。另外，虽然以上将实施例中的每一者描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个均可在任何其它实施例的特征中实施和/或结合任何其它实施例的特征实施，即使该结合没有明确描述。换句话来说，所描述实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍保留在本公开的范围内。
37.使用各种术语来描述元件之间的空间和功能关系（例如，模块、电路元件、半导体层等之间的关系），包括“连接”、“接合”、“耦合”、“邻近”、“紧挨着”、“在顶部上”、“在上方”、“在下方”和“设置”。除非明确描述为“直接的”，否则当在上述公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但是也可以是在第一和第二元件之间存在一个或多个介入元件（在空间上或功能上）的间接关系。如在本文中使用的，短语a、b、和c中的至少一者应被解释为意味着使用非排它性逻辑“或”的逻辑（a或b或c），且不应被解释为意指“a中的至少一个、b中的至少一个、和c中的至少一个”。
38.在图中，由箭头指示的箭头方向大体表示说明所关注的信息（诸如数据或指令）的流。例如，当元件a和元件b交换各种信息，但从元件a传输到元件b的信息与图示相关时，则箭头可从元件a指向元件b。该单向箭头并不暗示不存在从元件b传输到元件a的其它信息。此外，对于从元件a发送到元件b的信息，元件b可向元件a发送该信息的请求或者该信息的接收确认。
39.在包括以下定义的本技术中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下项、是以下项的一部分、或包括以下项：专用集成电路（asic）；数字、模拟、或混合式模拟/数字离散电路；数字、模拟、或混合式模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（fpga）；执行代码的处理器电路（共享、专用或成组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或成组）；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或上述中的一些或所有的组合，诸如在系统芯片中。
40.模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（lan）、因特网、广域网（wan）、或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能都可在经由接口电路连接的多个模块中分布。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的
示例中，服务器（又称为远程服务器、或云服务器）模块可代表客户端模块完成某些功能。
41.如上文使用的，术语代码可包括软件、固件、和/或微代码，并且可指代程序、例程、功能、类别、数据结构、和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语成组处理器电路涵盖结合另外的处理器电路来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的指代涵盖离散裸片上的多个处理器电路、单个裸片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或上述的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语成组存储器电路涵盖结合另外的存储器来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
42.术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如在本文中使用的，术语计算机可读介质并不涵盖通过介质（诸如在载波上）传播的暂时性电或电磁信号；术语计算机可读介质可因此视为是有形且非暂时性的。非暂时性的有形计算机可读介质的非限制示例为：非易失性存储器电路（诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路、或掩码只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁性存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）、以及光学存储介质（诸如cd、dvd、或蓝光光盘）。
43.在本技术中描述的设备和方法可部分地或完全地由专用计算机实施，该计算机是通过配置通用计算机以执行在计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的。上文描述的功能框、流程图部件、和其它元件用作为软件规范，其可以通过本领域技术人员或程序员的常规作业而转译为计算机程序。