本發(fā)明涉及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軌交車載超電容系統(tǒng)及其散熱調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重（尤其是在大、中城市），人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置。已經(jīng)進(jìn)行的混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒有很好的解決辦法。

超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。正因?yàn)槿绱?，世界各?guó)（特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家）都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開發(fā)。其中美國(guó)、日本和俄羅斯等國(guó)家不僅在研發(fā)生產(chǎn)上走在前面，而且還建立了專門的國(guó)家管理機(jī)構(gòu)（如：美國(guó)的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等），制定國(guó)家發(fā)展計(jì)劃，由國(guó)家投入巨資和人力，積極推進(jìn)。在我國(guó)推廣使用超級(jí)電容器，能夠減少石油消耗，減輕對(duì)石油進(jìn)口的依賴，有利于國(guó)家石油安全；有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題；有利于解決部分產(chǎn)品的低溫啟動(dòng)問題；有利于解決瞬間大功率的啟停應(yīng)用。

目前超級(jí)電容器系統(tǒng)比能量低，在軌交應(yīng)用中發(fā)熱嚴(yán)重，缺乏良好的散熱設(shè)計(jì)和散熱管理，并且在長(zhǎng)期運(yùn)行中由于熱積累導(dǎo)致循環(huán)壽命降低，充放電能量降低，由于發(fā)熱問題還會(huì)導(dǎo)致占用更大的空間進(jìn)行散熱，導(dǎo)致超容系統(tǒng)在軌交中的應(yīng)用難度更大。

對(duì)于車載式的能量回收系統(tǒng)而言，在有限的體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高壓能量回收，將會(huì)造成更大的電流和發(fā)熱量，對(duì)于超電容系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)提出了更高要求，另外車載的超電容對(duì)于性能穩(wěn)定性、安全可靠性、維護(hù)便捷性也有更加直觀和嚴(yán)苛的要求，設(shè)計(jì)難度比站臺(tái)式的更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種軌交車載超電容系統(tǒng)及其散熱調(diào)節(jié)方法，其放置在軌交列車內(nèi)和主網(wǎng)連接進(jìn)行能量回收，具有散熱效果好、比能量大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可擴(kuò)展，并且連接安全方便。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種軌交車載超電容系統(tǒng)，其特征是，設(shè)置在軌交列車內(nèi)，該超電容系統(tǒng)具體包含：

組合機(jī)柜，由多個(gè)層疊式抽屜柜堆疊而成，每個(gè)層疊式抽屜柜內(nèi)沿縱向設(shè)置一排超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊；

高壓箱，固定在所述組合機(jī)柜頂部，所述多個(gè)層疊式抽屜柜電連接后通過高壓箱與主網(wǎng)連接進(jìn)行能量回收。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

所述高壓箱內(nèi)設(shè)有電容管理單元；

每個(gè)層疊式抽屜柜的后面板上設(shè)有通訊端子；每個(gè)層疊式抽屜柜中的各個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊頂部還分別設(shè)有超電容控制板；每個(gè)層疊式抽屜柜中的多個(gè)超電容控制板串聯(lián)后再通過通訊端子使系統(tǒng)中所有的超電容控制板串聯(lián)并最終由高壓箱內(nèi)的電容管理單元進(jìn)行控制。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

每個(gè)層疊式抽屜柜上設(shè)有冷卻風(fēng)扇，冷卻風(fēng)扇通過通訊線連接高壓箱內(nèi)的電容控制單元或相應(yīng)的超電容控制板。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

每個(gè)層疊式抽屜柜的后面板上設(shè)有功率接插件；

每個(gè)層疊式抽屜柜中的各個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行串聯(lián)后通過相應(yīng)的功率接插件與下一個(gè)層疊式抽屜柜的功率接插件電連接。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

每個(gè)超電容控制板內(nèi)具有溫度傳感單元以及電壓傳感單元，用于采樣每個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊的溫度以及電壓。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

所述層疊式抽屜柜的后面板上設(shè)有出口散熱孔，層疊式抽屜柜內(nèi)還設(shè)有連通出口散熱孔的散熱風(fēng)道，散熱風(fēng)道由進(jìn)風(fēng)通道以及出風(fēng)通道組成，起到風(fēng)道的限定作用。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)，其中：

每個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊分別包含多個(gè)依次排列的超容單體，相鄰超容單體之間保持距離以形成散熱通道，散熱通道與其所在的層疊式抽屜柜內(nèi)的散熱風(fēng)道連通，相鄰超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊的散熱通道也互相連通。

一種軌交車載超電容系統(tǒng)的散熱調(diào)節(jié)方法，其特征是：

超電容控制板通過溫度傳感單元以及電壓傳感單元采集對(duì)應(yīng)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊的電壓、溫度，并將數(shù)據(jù)傳給高壓箱的電容管理單元；

高壓箱根據(jù)當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)控制超電容控制板對(duì)當(dāng)前電壓進(jìn)行充放電保護(hù)；

高壓箱根據(jù)當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)對(duì)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行開關(guān)控制及功率調(diào)節(jié)。

上述的軌交車載超電容系統(tǒng)的散熱調(diào)節(jié)方法，其中：

超電容控制板根據(jù)系統(tǒng)工況運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)長(zhǎng)期循環(huán)使用的軌交工況進(jìn)行發(fā)熱估計(jì)，以預(yù)先進(jìn)行冷卻風(fēng)扇的功率控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于車載式空間緊張，并且有振動(dòng)沖擊要求，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊可以減小空間并且提高強(qiáng)度；

2、智能化的散熱性；本發(fā)明采用多重散熱設(shè)計(jì)，對(duì)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊中超容間距進(jìn)行設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行密封風(fēng)道設(shè)計(jì)，保證風(fēng)扇風(fēng)量的充分利用，最后控制板采集超容溫度狀態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的開關(guān)和功率，并通過經(jīng)驗(yàn)算法優(yōu)化其功率分布，提高了整個(gè)系統(tǒng)的散熱一致性。

3、成組連接安全方便；本發(fā)明在抽屜柜內(nèi)部采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，模塊之間可通過銅跨接片進(jìn)行電連接，通訊口采用端子對(duì)接，連接件很少且分散，成組連接十分安全及方便。

4、結(jié)構(gòu)緊湊、可擴(kuò)展：本發(fā)明適用于多種型號(hào)超級(jí)電容器，除通風(fēng)風(fēng)道外整個(gè)系統(tǒng)沒有多余空間，抽屜柜之間也保持緊裝配，體積比能量很高；另外每個(gè)抽屜柜都是相同的，可根據(jù)實(shí)際工況需求任意擴(kuò)展，串并聯(lián)也可以自由制定，具有非常強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的層疊式抽屜柜的正面等軸測(cè)圖；

圖3為本發(fā)明的層疊式抽屜柜的背面等軸測(cè)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種軌交車載超電容系統(tǒng)，其設(shè)置在軌交列車內(nèi)，該超電容系統(tǒng)具體包含：組合機(jī)柜，由多個(gè)層疊式抽屜柜12堆疊而成，每個(gè)層疊式抽屜柜12內(nèi)沿縱向設(shè)置一排超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1；高壓箱，固定在所述組合機(jī)柜頂部，所述多個(gè)層疊式抽屜柜12電連接后通過高壓箱與主網(wǎng)連接進(jìn)行能量回收，具體的，可以由高壓箱連接變流器后接入主網(wǎng)。由于車載式空間緊張，并且有振動(dòng)沖擊要求，上述內(nèi)結(jié)構(gòu)和布置，具有結(jié)構(gòu)緊湊可以達(dá)到減小空間并且提高強(qiáng)度的目的，具體的，本實(shí)施例中，如圖2~3所示，每個(gè)層疊式抽屜柜內(nèi)緊密排列設(shè)置3組超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1，每個(gè)層疊式抽屜柜12內(nèi)部各超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1之間可通過銅跨接片進(jìn)行電連接，組合機(jī)柜內(nèi)一共設(shè)有6個(gè)層疊式抽屜柜12，6個(gè)層疊式抽屜柜12進(jìn)行了18串1并的組合，滿足線網(wǎng)端的電壓要求和每次能量回收所需的能量要求。值得注意的是，各層疊式抽屜柜12之間可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行串并，以電纜進(jìn)行連接，高壓箱根據(jù)工況需要進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量的配置，通常并電容需要相應(yīng)配置一個(gè)高壓箱，層疊式抽屜柜12之間也可進(jìn)行擴(kuò)展。

所述高壓箱內(nèi)設(shè)有高壓箱里面有通訊用的高壓電控盒，將高壓轉(zhuǎn)成通訊用的24/48V電壓，還有將各個(gè)通訊數(shù)據(jù)匯總管理的電容管理單元CMU；每個(gè)層疊式抽屜柜12的后面板10上設(shè)有通訊端子7，用于采集數(shù)據(jù)和傳輸信息；每個(gè)層疊式抽屜柜12中的各個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1頂部還分別設(shè)有超電容控制板2；每個(gè)層疊式抽屜柜12中的多個(gè)超電容控制板2通過內(nèi)部接線端子串聯(lián)后再通過通訊端子7與下一個(gè)層疊式抽屜柜12內(nèi)的超電容控制板2連接，使得系統(tǒng)中所有的超電容控制板2串聯(lián)并最終由高壓箱內(nèi)的電容管理單元進(jìn)行控制，通訊方式可以是485、CAN、LAN等。

每個(gè)層疊式抽屜柜12上分別設(shè)有冷卻風(fēng)扇5，冷卻風(fēng)扇5由高壓箱的電容控制單元控制；本實(shí)施例中，每個(gè)層疊式抽屜柜12上設(shè)置2個(gè)冷卻風(fēng)扇5，冷卻風(fēng)扇5上設(shè)有通訊線，可以直接和高壓箱連接也可以和超電容控制板2連接，最終接受高壓箱內(nèi)電容管理單元的總控。

每個(gè)層疊式抽屜柜12的后面板10上設(shè)有功率接插件6，用于過電流；每個(gè)層疊式抽屜柜12中的各個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1進(jìn)行串聯(lián)后通過相應(yīng)的功率接插件6與下一個(gè)層疊式抽屜柜12的功率接插件6電連接。

每個(gè)超電容控制板2內(nèi)具有溫度傳感單元以及電壓傳感單元，用于采樣每個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊12的溫度以及電壓。

所述層疊式抽屜柜12的后面板10上設(shè)有出口散熱孔11，一對(duì)冷卻風(fēng)扇5設(shè)置在層疊式抽屜柜12的前面板上，前面板上設(shè)置一對(duì)操作把手9，后面板的上側(cè)兩端分別設(shè)置固定腳4用于抽屜柜和能量回收總系統(tǒng)的固定，層疊式抽屜柜12內(nèi)還設(shè)有連通出口散熱孔11的散熱風(fēng)道，散熱風(fēng)道由進(jìn)風(fēng)通道以及出風(fēng)通道組成，起到風(fēng)道的限定作用，通過結(jié)構(gòu)限位方式進(jìn)行固定，本實(shí)施例中，進(jìn)風(fēng)通道由進(jìn)風(fēng)通道鈑金件8搭建形成，進(jìn)風(fēng)通道的入風(fēng)口設(shè)置所述的冷卻風(fēng)扇5，出風(fēng)通道由出風(fēng)通道鈑金件3搭建形成其出風(fēng)口連接出口散熱孔11，通過上述結(jié)構(gòu)使冷卻風(fēng)扇5產(chǎn)生的氣流得全部從密閉的散熱風(fēng)道內(nèi)通過。

每個(gè)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1分別包含多個(gè)依次排列的超容單體，相鄰超容單體之間保持距離以形成散熱通道，散熱通道與其所在的層疊式抽屜柜12內(nèi)的散熱風(fēng)道連通，相鄰超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1的散熱通道也互相連通，本發(fā)明中，散熱風(fēng)道的分布以均勻設(shè)置為最佳，使得所有電容都均勻受風(fēng)，可以通過仿真和試驗(yàn)的方法對(duì)比出最佳的散熱方案、冷卻風(fēng)扇5數(shù)量以及風(fēng)量等。本實(shí)施例中，進(jìn)風(fēng)通道設(shè)置在入風(fēng)口處的超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1與入風(fēng)口中間，進(jìn)風(fēng)通道設(shè)置在出風(fēng)口處的超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1與出風(fēng)口中間，固定方式為通過螺釘和柜體以及模塊連接，使得冷卻風(fēng)扇5產(chǎn)生的氣流得全部從密閉的散熱風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)通道、散熱通道以及出風(fēng)通道內(nèi)依次經(jīng)過，提升冷卻效率。

本發(fā)明還公開了一種軌交車載超電容系統(tǒng)的散熱調(diào)節(jié)方法，其包含：超電容控制板2通過溫度傳感單元以及電壓傳感單元采集對(duì)應(yīng)超電容標(biāo)準(zhǔn)模塊1的電壓、溫度，并將數(shù)據(jù)傳給高壓箱的電容管理單元；高壓箱根據(jù)當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)控制超電容控制板2對(duì)當(dāng)前電壓進(jìn)行充放電保護(hù)；高壓箱根據(jù)當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)對(duì)冷卻風(fēng)扇5進(jìn)行開關(guān)控制及功率調(diào)節(jié)。

超電容控制板2根據(jù)系統(tǒng)工況運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)長(zhǎng)期循環(huán)使用的軌交工況進(jìn)行發(fā)熱估計(jì)，以預(yù)先進(jìn)行冷卻風(fēng)扇的功率控制。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。