[發明專利]一種高效的軌道交通儲能熱管理系統及其熱管理方法

有效

• 申請號: 201810180104.3
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108321448B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 戴朝華;陳化博;傅雪婷;袁爽;陳維榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/613;H01M10/6552;H01M10/6568;H01G2/08
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發明公開一種高效的軌道交通儲能熱管理系統及其熱管理方法，通過熱管內液態工質吸收儲能單體的熱量時發生相變，氣態的工質經氣體管道傳輸至散熱器或相變儲能器從而實現熱量的交換；當熱管中工質氣化導致液位降低時，通過液位控制機構及時補充工質。本發明是一種能夠迅速、有效對儲能裝置進行散熱的熱管理系統，能夠滿足軌道交通車輛在不同工況尤其是極端情況下儲能裝置快速散熱、溫度適宜且一致等要求。

技術領域

本發明屬于儲能裝置技術領域，特別是涉及一種高效的軌道交通儲能熱管理系統及其熱管理方法。

背景技術

近年來，城市環境污染問題日益嚴重，節能減排、開發利用新能源成為當下各國關注的焦點。發展城市公共交通，尤其是城市軌道交通，推進新能源在公共交通中的應用，是解決城市空氣污染問題的有效途徑。城市軌道交通動力電池在充放電過程中產生熱量并迅速積累，這必然會引起電池內部溫度升高，尤其當電池應用于城市軌道交通大電流充放電工況下或者環境溫度較高時，電池內部可能發生劇烈的化學反應，產生的大量熱量如果不能及時散出就會不斷積聚，可能引發電池漏液、冒煙等現象，嚴重時甚至發生劇烈燃燒、爆炸等安全事故。溫度對電池的整體性能有顯著影響，主要體現在電池的電化學系統運行、充放電效率、可充性、可靠性、安全性及循環壽命上。一般來說，溫度每上升10℃，化學反應速率就會增大一倍，溫度的升高會加快電池內部有害化學反應的速率，進而對電池造成破壞，尤其在高倍率充放電時，溫度每上升5℃，電池的壽命就會衰減一半。相對電動汽車而言，城市軌道交通的動力系統對儲能的功率要求更高，對其快速充放電能力的需求更強，這將導致儲能裝置在大電流充放電時產生更多熱量，因此需要對其進行特殊的、更有效的熱管理。

近二十年來，動力電池熱管理研究工作取得了長足進展，主要形成了如下幾種系統技術：基于耐高溫或耐低溫電池材料的電池熱管理技術；空氣或液體為傳熱介質的動力電池熱管理系統；基于制熱制冷原理如熱管、冷板等技術的動力電池熱管理。其中主流的車用儲能熱管理方式有風冷、液冷及使用相變材料冷卻。風冷熱管理系統通過空氣流經鋰電池箱內將熱量帶走，造價低、易實現，但占用空間大、一致性差、散熱效率低，適用于對散熱要求不高的場合。液冷熱管理是用液體替代空氣進行散熱，散熱效率較空氣更高，但是系統復雜、造價更高且存在安全隱患。相變材料和熱管結合的熱管理技術，是當下比較熱門的儲能裝置熱管理技術。已有文獻研究表明，與空冷等其他熱管理方式相比，采用熱管冷卻方式具有良好的散熱效果。

現有的動力電池熱管理系統中多采用燒結式熱管，雖然熱管的傳熱能力比較強，但是這種熱管的散熱能力是固定的，散熱能力有限，不可以無限增大其熱負荷，因此很多因素制約著熱管的傳熱效率。當高強度、高溫惡劣環境下熱管達到某種極限后，熱管的蒸發端干涸并出現過熱，工作流體的循環會出現中斷的情況。加之城市軌道交通車輛功率等級高，電池產熱總量大，現有的熱管理系統無法負荷。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種高效的軌道交通儲能熱管理系統及其熱管理方法，是一種能夠迅速、有效對儲能裝置進行散熱的熱管理系統，能夠滿足軌道交通車輛在不同工況尤其是極端情況下儲能裝置快速散熱、溫度適宜且一致等要求。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種高效的軌道交通儲能熱管理系統，包括由多個儲能單體構成的儲能裝置、箱體、熱管陣列、氣體管道、液體管道、液體槽、液位控制機構、加熱器、散熱器、相變儲能器、傳感器、閥門和控制單元；所述儲能裝置置于箱體內，所述熱管陣列穿插于每個儲能單體之間，所述熱管陣列的頂部通過氣體管道連通至液體槽，在所述氣體管道上設置散熱器和/或相變儲能器，所述熱管陣列的底部通過液體管道連通液體槽，在所述液體槽上設置有液位控制機構，所述熱管陣列、液體管道和液體槽內填有液態工質；在所述箱體底部設置加熱器；在所述散熱器和儲能單體上設置有傳感器；在所述氣體管道上設置有閥門；所述控制單元連接至所述加熱器、散熱器、傳感器和閥門的控制端。所述儲能裝置可以是鋰電池、超級電容或其它的儲能方式。