用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法，該溫度調(diào)節(jié)裝置尤其是用于調(diào)節(jié)設在客車頂部的儲能系統(tǒng)的溫度，包括獨立于乘客艙的空調(diào)系統(tǒng)設置的儲能空調(diào)系統(tǒng)、連接儲能空調(diào)系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的風道以及設在儲能系統(tǒng)外的防護罩。該溫度調(diào)節(jié)裝置既能節(jié)能又能很好地調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)的溫度從而使儲能系統(tǒng)工作在合理的溫度范圍內(nèi)。
【專利說明】用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及新能源客車【技術(shù)領域】，具體涉及一種用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫 度調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對環(huán)境問題的重視加深，新能源客車尤其是混合動力客車和純電動汽車 逐漸走入大眾的視線。尤其是純電動汽車和純電動客車，需要使用大量的動力電池，不僅需 要考慮暴雨等環(huán)境對純電動汽車的動力電池的安裝位置的影響，同時動力電池的散熱問題 也是急需考慮的問題之一。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中提出的解決動力電池的散熱問題的方法是：采用引進乘客艙的空調(diào)風 進入動力電池組所在的儲能系統(tǒng)中進行散熱的方式。即引入的空調(diào)風進入儲能系統(tǒng)內(nèi)降 溫，最后由風機將儲能系統(tǒng)內(nèi)的氣體排出。這樣有可能導致儲能系統(tǒng)內(nèi)部的溫度遠低于外 界環(huán)境的溫度但仍然被排出，造成能量的浪費。另外，這種方式要求乘客艙的空調(diào)長時間處 于工作狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種既能節(jié)能又能很好地調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)的溫 度從而使儲能系統(tǒng)工作在合理的溫度范圍內(nèi)的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝 置。該裝置尤其是用于調(diào)節(jié)設在客車頂部的儲能系統(tǒng)的溫度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的用于新能源客車的儲能系統(tǒng) 的溫度調(diào)節(jié)裝置，尤其是用于調(diào)節(jié)設在客車頂部的儲能系統(tǒng)的溫度，包括獨立于乘客艙的 空調(diào)系統(tǒng)設置的儲能空調(diào)系統(tǒng)、連接儲能空調(diào)系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的風道以及設在儲能系統(tǒng)外 的防護罩。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置具有以下 優(yōu)點。由于設置有獨立于乘客艙的儲能空調(diào)系統(tǒng)直接對儲能系統(tǒng)進行溫度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式 更簡便。也不容易出現(xiàn)儲能系統(tǒng)內(nèi)部的空氣的溫度遠低于外界環(huán)境的溫度但仍然被排出的 情況，因此更加節(jié)能。另外，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的實際工作溫度進行實時調(diào)節(jié)，使儲能系統(tǒng) 工作在合理的溫度范圍內(nèi)，這也能延長儲能系統(tǒng)的工作壽命。
[0007] 在一個實施例中，所述防護罩的內(nèi)壁設有隔熱材料，所述隔熱材料在外部溫度遠 高于內(nèi)部溫度時阻止外部環(huán)境的熱量向防護罩內(nèi)擴散；所述隔熱材料在外部溫度遠低于內(nèi) 部溫度時阻止防護罩內(nèi)的熱量向外部環(huán)境擴散。防護罩尤其是在外部溫度很高和外部溫度 很低的情況下，例如夏天的中午太陽暴曬環(huán)境溫度很高的時候，或者冬天晚上環(huán)境溫度降 到很低的情況下，能起到隔離防護罩內(nèi)和外部環(huán)境溫度的作用。從而使得防護罩內(nèi)的溫度 保持在相對合理的范圍內(nèi)，在儲能空調(diào)對儲能系統(tǒng)的溫度進行調(diào)節(jié)時，不僅能節(jié)能，而且能 減少儲能系統(tǒng)工作在極端溫度的可能性，在一定程度上能對儲能系統(tǒng)起到保護作用。
[0008] 在一個實施例中，所述防護罩上設有至少一個風機，所述風機用于抽出防護罩內(nèi) 的熱空氣。尤其是在防護罩內(nèi)溫度較高時，風機起到將防護罩內(nèi)的熱空氣抽出的作用，從而 使防護罩內(nèi)以及儲能系統(tǒng)內(nèi)的空氣加速冷卻。
[0009] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述防護罩的頂部設有太陽能電池板，所述太陽能電池 板的能量經(jīng)過轉(zhuǎn)化后用于驅(qū)動風機。利用太陽能來驅(qū)動風機，節(jié)約其它的能源，例如儲能系 統(tǒng)的電能。
[0010] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述儲能空調(diào)系統(tǒng)的出口通過風道直接進入儲能系統(tǒng)的 進風口，所述儲能系統(tǒng)的出風口直接通過風道連接到儲能空調(diào)系統(tǒng)的入口。儲能系統(tǒng)至少 包括若干個儲能元件。經(jīng)過儲能系統(tǒng)后的空氣又直接回到儲能空調(diào)系統(tǒng)，這樣形成氣流的 動態(tài)的封閉循環(huán)，不僅能較少能量浪費，而且由于不需要直接與外部環(huán)境進行空氣交換，可 以提1?儲能系統(tǒng)的防護等級。
[0011] 在一個實施例中，所述儲能系統(tǒng)的出風口位于儲能系統(tǒng)的進風口的上部以減少固 態(tài)顆粒伴隨出風進入儲能空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)。優(yōu)選地，將進風口設在靠近儲能系統(tǒng)的底部，將出風 口設在儲能系統(tǒng)的上部并遠離進風口。這樣，空調(diào)風從靠近底部的位置進入并對儲能系統(tǒng) 內(nèi)的儲能元件進行充分的冷卻或加熱后，從儲能系統(tǒng)的上部排出。因此，空調(diào)風不僅能起到 較好的溫度調(diào)節(jié)作用，而且由于出風口設在儲能系統(tǒng)的上部，延長了儲能系統(tǒng)內(nèi)的顆粒的 沉降，使得顆粒不容易伴隨空調(diào)風回到儲能空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)，從而也能延長儲能空調(diào)系統(tǒng)的壽 命。
[0012] 本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)新能源客車儲能系統(tǒng)的溫度的方法，該方法用于上述 的裝置。
[0013] 在一個實施例中，通過與所述儲能系統(tǒng)的儲能元件連接的電池管理系統(tǒng)對儲能空 調(diào)系統(tǒng)的啟停及加熱或冷卻的功率進行控制和調(diào)節(jié)，從而使儲能系統(tǒng)工作在合理的溫度范 圍內(nèi)。由于儲能系統(tǒng)內(nèi)包括多個儲能元件，儲能元件工作時產(chǎn)生大量的熱量。因此，為了使 儲能元件能工作在合理的溫度范圍內(nèi)，例如0?45°c，一般會在儲能系統(tǒng)內(nèi)設置多個溫度 傳感器來監(jiān)測儲能元件的溫度。一旦儲能元件的溫度超出合理的溫度范圍，例如高于45°C 和低于〇°C時，電池管理系統(tǒng)（BMS)就會發(fā)出讓儲能空調(diào)系統(tǒng)啟動的信號，從而對儲能系統(tǒng) 內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)。
[0014] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述電池管理系統(tǒng)上存儲有多個冷卻溫度閾值，當儲能 元件的溫度達到最低的冷卻溫度閾值（例如達到30°c )時，電池管理系統(tǒng)控制儲能空調(diào)系 統(tǒng)開啟冷卻并以低于最大冷卻功率的冷卻速率（例如最大冷卻功率P〇的20%)運行；當儲 能元件的溫度達到允許的最高的冷卻溫度閾值（例如達到45°C )時，電池管理系統(tǒng)控制儲 能空調(diào)系統(tǒng)以最大冷卻功率匕的冷卻速率運行。根據(jù)儲能元件的實際的溫度來調(diào)節(jié)冷卻 功率的大小，有利于節(jié)約能源和達到好的溫度調(diào)節(jié)效果。
[0015] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述電池管理系統(tǒng)上存儲有多個加熱溫度閾值，當儲能 元件的溫度降到最低的加熱溫度閾值（例如達到-20°c )時，電池管理系統(tǒng)控制（BMS)儲能 空調(diào)系統(tǒng)開啟加熱并以最大加熱功率的加熱速率運行；當儲能元件的溫度達到最高的 加熱溫度閾值（例如達到〇°C )時，電池管理系統(tǒng)（BMS)控制儲能空調(diào)系統(tǒng)停止加熱。根 據(jù)儲能元件的實際的溫度來調(diào)節(jié)加熱功率的大小，有利于節(jié)約能源和達到好的溫度調(diào)節(jié)效 果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1所示是本發(fā)明的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置的一種實施例 的主視圖。
[0017] 圖2所示是圖1中的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3所示是圖1中的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4所示是圖1中的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0021] 如圖1?圖4所示為本發(fā)明的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置的一種 具體實施例。本發(fā)明的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置尤其適用于調(diào)節(jié)設在客 車頂部5的儲能系統(tǒng)的溫度。本發(fā)明中的儲能系統(tǒng)2指的是在新能源客車中實現(xiàn)電能存儲 和釋放的裝置或系統(tǒng)。該儲能系統(tǒng)2包括若干個具有快速充放電能力的儲能元件，例如超 級電容或者動力電池等。在某些地區(qū)或區(qū)域，夏天在太陽暴曬的情況下，客車頂部5的溫度 可以達到54°C或以上。而設在客車頂部5的儲能元件，例如動力電池，在暴曬時其溫度可以 較長時間保持在50°C或更高。而在冬天寒冷的時候，外界環(huán)境的溫度可達_20°C。而儲能 元件的最佳工作溫度為〇°C?45°C，若是儲能元件較長時間地工作在溫度高于45°C或低于 〇°C的環(huán)境中，儲能元件的使用壽命會急劇縮短，甚至儲能元件的循環(huán)使用壽命以指數(shù)下降 的趨勢遞減。本發(fā)明的用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置就是為了解決該問題而 設計的。
[0022] 在一個實施例中，如圖1所示，該溫度調(diào)節(jié)裝置主要包括儲能空調(diào)系統(tǒng)1、風道3以 及設在儲能系統(tǒng)2外的防護罩4。其中，儲能空調(diào)系統(tǒng)1獨立于乘客艙的空調(diào)系統(tǒng)，由電池 管理系統(tǒng)（即BMS)8來進行控制。在一個實施例中，如圖2所示，電池管理系統(tǒng)8設在防護 罩4內(nèi)且位于儲能系統(tǒng)2的外部。
[0023] 另外，風道3包括進風道和出風道。從儲能空調(diào)系統(tǒng)1的出口出來的空調(diào)風經(jīng)進風 道和儲能系統(tǒng)2的進風口 2. 1進入儲能系統(tǒng)2內(nèi)。儲能系統(tǒng)2內(nèi)經(jīng)調(diào)溫后的空氣經(jīng)儲能系 統(tǒng)的出風口 2. 2和出風道連接到儲能空調(diào)系統(tǒng)1的入口。這樣形成一個封閉的風道系統(tǒng)， 這樣可以減少外界環(huán)境（例如空氣質(zhì)量）對儲能空調(diào)系統(tǒng)1和儲能系統(tǒng)2的影響，從而提 高儲能系統(tǒng)2的防護等級。例如，現(xiàn)有引入乘客艙空調(diào)風的方式，其儲能系統(tǒng)的防護等級一 般低于IP32。而本發(fā)明的儲能系統(tǒng)的防護等級可達到IP65。防護等級提高后，可減少儲能 系統(tǒng)的負擔，使得儲能系統(tǒng)能更好地為新能源客車提供工作電源。
[0024] 在一個優(yōu)選的實施例中，如圖3所示，儲能系統(tǒng)2的出風口 2. 2位于儲能系統(tǒng)2的 進風口 2. 1的上部。這樣的結(jié)構(gòu)有利于儲能系統(tǒng)2內(nèi)部的固態(tài)顆粒沉淀，減少固態(tài)顆粒伴 隨出風進入儲能空調(diào)系統(tǒng)1內(nèi)。進一步優(yōu)選地，將進風口 2. 1設在靠近儲能空調(diào)系統(tǒng)1 一 側(cè)且位于儲能系統(tǒng)2的底部，將出風口 2. 2設在儲能系統(tǒng)2的上部。出風口 2. 2遠離進風 口 2. 1，這樣進入儲能系統(tǒng)2內(nèi)的空調(diào)風在對儲能元件進行充分調(diào)溫后才會被排出。
[0025] 為了更方便說明，將儲能系統(tǒng)2內(nèi)的溫度稱為儲能系統(tǒng)的內(nèi)部溫度，將防護罩4除 儲能系統(tǒng)2外的其它空間的溫度稱為儲能系統(tǒng)的外部溫度。防護罩4外的溫度稱為外界溫 度。
[0026] 在一個實施例中，為了避免尤其是在暴曬的情況下，防護罩4的溫度上升得太高 而影響儲能系統(tǒng)外部溫度，在防護罩4的內(nèi)壁設有隔熱材料6,如圖4所示。該隔熱材料6 在外界溫度遠高于外部溫度時阻止外界環(huán)境的熱量向防護罩4內(nèi)擴散。例如，在暴曬的情 況下，該隔熱材料6可減緩防護罩4內(nèi)的溫度上升速度。另外，該隔熱材料6在外界溫度遠 低于外部溫度時阻止防護罩4內(nèi)的熱量向外界環(huán)境擴散。例如，在外界溫度低于0°時，該 隔熱材料6可減緩防護罩4內(nèi)的熱量流失。
[0027] 在一個實施例中，尤其為了防止外部溫度過高，在防護罩4上設有一至多個風機 9。在溫度達到某個值，例如35°C，風機9將開啟，用于抽出防護罩4內(nèi)的熱空氣。優(yōu)選地， 由電池管理系統(tǒng)8來控制風機9的開啟和關閉。另外，也可以在防護罩4上設有安裝百葉 窗的通風口。尤其是在外部溫度比較適宜、空氣質(zhì)量相對比價好的外界環(huán)境中，該防護罩4 的通風口可以利用走行風來帶走防護罩4內(nèi)的熱量。
[0028] 在個實施例中，為了減少能耗和節(jié)省儲能兀件的能源，在防護罩4的頂部設有 太陽能電池板7。該太陽能電池板7將太陽能進行轉(zhuǎn)化后用于直接驅(qū)動風機9。
[0029] 本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)新能源客車儲能系統(tǒng)的溫度的方法。該方法用于上述 的溫度調(diào)節(jié)裝置。在本發(fā)明的實施例中，該方法主要包括儲能系統(tǒng)2的溫度高于電池管理 系統(tǒng)8上存儲的冷卻溫度閾值時進行降溫冷卻的方法以及儲能系統(tǒng)2內(nèi)的溫度低于電池管 理系統(tǒng)8上存儲的加熱溫度閾值時的加熱調(diào)節(jié)方法。這兩種調(diào)節(jié)方法使得儲能系統(tǒng)2工作 在合理的溫度范圍內(nèi)，例如〇°C?45°C。當然，對于不同的車輛和儲能系統(tǒng)，其最佳的工作 溫度會有差別。但這并不影響本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)方法的普遍適用性。
[0030] 下面通過具體的實施例來說明本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)方法的工作原理。在一個實施例 中，儲能元件的最佳工作溫度為〇°C?45°C。電池管理系統(tǒng)8上存儲有多個冷卻溫度閾值， 例如分別為?\ = 30°C，T2 = 35°C，T3 = 38°C，T4 = 40°〇和T5 = 45°C。當儲能元件的溫度 達到最低的冷卻溫度閾值30°C時，電池管理系統(tǒng)8控制儲能空調(diào)系統(tǒng)1開啟冷卻。但在最 低的冷卻溫度閾值30°C時，儲能空調(diào)系統(tǒng)1并不是以最大冷卻功率的冷卻速率P。運行，而 是以低于最大冷卻功率的冷卻速率例如20%匕運行。當檢測到儲能系統(tǒng)2內(nèi)的溫度高于 最低的冷卻溫度閾值時，將以更高的冷卻速率運行，例如40%匕。當儲能元件的溫度達到 允許的最高的冷卻溫度閾值例如45°C時，電池管理系統(tǒng)8控制儲能空調(diào)系統(tǒng)1以最大冷卻 功率P〇的冷卻速率運行。下表1示出了一種具體的冷卻調(diào)節(jié)的實施例。
[0031] 表1:
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于新能源客車的儲能系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)裝置，尤其是用于調(diào)節(jié)設在客車頂部的 儲能系統(tǒng)的溫度，包括獨立于乘客艙的空調(diào)系統(tǒng)設置的儲能空調(diào)系統(tǒng)、連接儲能空調(diào)系統(tǒng) 和儲能系統(tǒng)的風道以及設在儲能系統(tǒng)外的防護罩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述防護罩的內(nèi)壁設有隔熱材料，所述隔 熱材料在外部溫度遠高于內(nèi)部溫度時阻止外部環(huán)境的熱量向防護罩內(nèi)擴散；所述隔熱材料 在外部溫度遠低于內(nèi)部溫度時阻止防護罩內(nèi)的熱量向外部環(huán)境擴散。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述防護罩上設有至少一個風機，所 述風機用于抽出防護罩內(nèi)的熱空氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述防護罩的頂部設有太陽 能電池板，所述太陽能電池板的能量經(jīng)過轉(zhuǎn)化后用于驅(qū)動風機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述儲能空調(diào)系統(tǒng)的出口通 過風道直接進入儲能系統(tǒng)的進風口，所述儲能系統(tǒng)的出風口直接通過風道連接到儲能空調(diào) 系統(tǒng)的入口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)的出風口位于 儲能系統(tǒng)的進風口的上部以減少固態(tài)顆粒伴隨出風進入儲能空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)；優(yōu)選地，將進風 口設在靠近儲能系統(tǒng)的底部，將出風口設在儲能系統(tǒng)的上部并遠離進風口。
7. -種用于調(diào)節(jié)新能源客車儲能系統(tǒng)的溫度的方法，其特征在于，其用于根據(jù)權(quán)利要 求1?6中任一項所述的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過與所述儲能系統(tǒng)的儲能元件連接的 電池管理系統(tǒng)對儲能空調(diào)系統(tǒng)的啟停及加熱或冷卻的功率進行控制和調(diào)節(jié)，從而使儲能系 統(tǒng)在合理的溫度范圍內(nèi)工作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)上存儲有多個冷卻溫 度閾值，當儲能元件的溫度達到最低的冷卻溫度閾值時，電池管理系統(tǒng)控制儲能空調(diào)系統(tǒng) 開啟冷卻并以低于最大冷卻功率的冷卻速率運行；當儲能元件的溫度達到允許的最高的冷 卻溫度閾值時，電池管理系統(tǒng)控制儲能空調(diào)系統(tǒng)以最大冷卻功率的冷卻速率運行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)上存儲有多個加 熱溫度閾值，當儲能元件的溫度降到最低的加熱溫度閾值時，電池管理系統(tǒng)控制儲能空調(diào) 系統(tǒng)開啟加熱并以最大加熱功率的加熱速率運行；當儲能元件的溫度達到最高的加熱溫度 閾值時，電池管理系統(tǒng)控制儲能空調(diào)系統(tǒng)停止加熱。
【文檔編號】H01M10/663GK104157931SQ201410408796
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】劉進程, 劉凌, 席力克, 張彪, 石魏, 黃河, 文多 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司