[发明专利]一种高效的轨道交通储能热管理系统及其热管理方法

说明书

本发明公开一种高效的轨道交通储能热管理系统及其热管理方法，通过热管内液态工质吸收储能单体的热量时发生相变，气态的工质经气体管道传输至散热器或相变储能器从而实现热量的交换；当热管中工质气化导致液位降低时，通过液位控制机构及时补充工质。本发明是一种能够迅速、有效对储能装置进行散热的热管理系统，能够满足轨道交通车辆在不同工况尤其是极端情况下储能装置快速散热、温度适宜且一致等要求。

技术领域

本发明属于储能装置技术领域，特别是涉及一种高效的轨道交通储能热管理系统及其热管理方法。

背景技术

近年来，城市环境污染问题日益严重，节能减排、开发利用新能源成为当下各国关注的焦点。发展城市公共交通，尤其是城市轨道交通，推进新能源在公共交通中的应用，是解决城市空气污染问题的有效途径。城市轨道交通动力电池在充放电过程中产生热量并迅速积累，这必然会引起电池内部温度升高，尤其当电池应用于城市轨道交通大电流充放电工况下或者环境温度较高时，电池内部可能发生剧烈的化学反应，产生的大量热量如果不能及时散出就会不断积聚，可能引发电池漏液、冒烟等现象，严重时甚至发生剧烈燃烧、爆炸等安全事故。温度对电池的整体性能有显著影响，主要体现在电池的电化学系统运行、充放电效率、可充性、可靠性、安全性及循环寿命上。一般来说，温度每上升10℃，化学反应速率就会增大一倍，温度的升高会加快电池内部有害化学反应的速率，进而对电池造成破坏，尤其在高倍率充放电时，温度每上升5℃，电池的寿命就会衰减一半。相对电动汽车而言，城市轨道交通的动力系统对储能的功率要求更高，对其快速充放电能力的需求更强，这将导致储能装置在大电流充放电时产生更多热量，因此需要对其进行特殊的、更有效的热管理。

近二十年来，动力电池热管理研究工作取得了长足进展，主要形成了如下几种系统技术：基于耐高温或耐低温电池材料的电池热管理技术；空气或液体为传热介质的动力电池热管理系统；基于制热制冷原理如热管、冷板等技术的动力电池热管理。其中主流的车用储能热管理方式有风冷、液冷及使用相变材料冷却。风冷热管理系统通过空气流经锂电池箱内将热量带走，造价低、易实现，但占用空间大、一致性差、散热效率低，适用于对散热要求不高的场合。液冷热管理是用液体替代空气进行散热，散热效率较空气更高，但是系统复杂、造价更高且存在安全隐患。相变材料和热管结合的热管理技术，是当下比较热门的储能装置热管理技术。已有文献研究表明，与空冷等其他热管理方式相比，采用热管冷却方式具有良好的散热效果。

现有的动力电池热管理系统中多采用烧结式热管，虽然热管的传热能力比较强，但是这种热管的散热能力是固定的，散热能力有限，不可以无限增大其热负荷，因此很多因素制约着热管的传热效率。当高强度、高温恶劣环境下热管达到某种极限后，热管的蒸发端干涸并出现过热，工作流体的循环会出现中断的情况。加之城市轨道交通车辆功率等级高，电池产热总量大，现有的热管理系统无法负荷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种高效的轨道交通储能热管理系统及其热管理方法，是一种能够迅速、有效对储能装置进行散热的热管理系统，能够满足轨道交通车辆在不同工况尤其是极端情况下储能装置快速散热、温度适宜且一致等要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高效的轨道交通储能热管理系统，包括由多个储能单体构成的储能装置、箱体、热管阵列、气体管道、液体管道、液体槽、液位控制机构、加热器、散热器、相变储能器、传感器、阀门和控制单元；所述储能装置置于箱体内，所述热管阵列穿插于每个储能单体之间，所述热管阵列的顶部通过气体管道连通至液体槽，在所述气体管道上设置散热器和/或相变储能器，所述热管阵列的底部通过液体管道连通液体槽，在所述液体槽上设置有液位控制机构，所述热管阵列、液体管道和液体槽内填有液态工质；在所述箱体底部设置加热器；在所述散热器和储能单体上设置有传感器；在所述气体管道上设置有阀门；所述控制单元连接至所述加热器、散热器、传感器和阀门的控制端。所述储能装置可以是锂电池、超级电容或其它的储能方式。