用于新能源客车的储能系统的温度调节装置及调节方法

用于新能源客车的储能系统的温度调节装置及调节方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于新能源客车的储能系统的温度调节装置及调节方法，该温度调节装置尤其是用于调节设在客车顶部的储能系统的温度，包括独立于乘客舱的空调系统设置的储能空调系统、连接储能空调系统和储能系统的风道以及设在储能系统外的防护罩。该温度调节装置既能节能又能很好地调节储能系统的温度从而使储能系统工作在合理的温度范围内。
【专利说明】用于新能源客车的储能系统的温度调节装置及调节方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源客车【技术领域】，具体涉及一种用于新能源客车的储能系统的温 度调节装置及调节方法。

【背景技术】
[0002] 随着人们对环境问题的重视加深，新能源客车尤其是混合动力客车和纯电动汽车 逐渐走入大众的视线。尤其是纯电动汽车和纯电动客车，需要使用大量的动力电池，不仅需 要考虑暴雨等环境对纯电动汽车的动力电池的安装位置的影响，同时动力电池的散热问题 也是急需考虑的问题之一。
[0003] 现有技术中提出的解决动力电池的散热问题的方法是：采用引进乘客舱的空调风 进入动力电池组所在的储能系统中进行散热的方式。即引入的空调风进入储能系统内降 温，最后由风机将储能系统内的气体排出。这样有可能导致储能系统内部的温度远低于外 界环境的温度但仍然被排出，造成能量的浪费。另外，这种方式要求乘客舱的空调长时间处 于工作状态。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种既能节能又能很好地调节储能系统的温 度从而使储能系统工作在合理的温度范围内的用于新能源客车的储能系统的温度调节装 置。该装置尤其是用于调节设在客车顶部的储能系统的温度。
[0005] 本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于新能源客车的储能系统 的温度调节装置，尤其是用于调节设在客车顶部的储能系统的温度，包括独立于乘客舱的 空调系统设置的储能空调系统、连接储能空调系统和储能系统的风道以及设在储能系统外 的防护罩。
[0006] 与现有技术相比，本发明的用于新能源客车的储能系统的温度调节装置具有以下 优点。由于设置有独立于乘客舱的储能空调系统直接对储能系统进行温度调节，调节方式 更简便。也不容易出现储能系统内部的空气的温度远低于外界环境的温度但仍然被排出的 情况，因此更加节能。另外，能够根据储能系统的实际工作温度进行实时调节，使储能系统 工作在合理的温度范围内，这也能延长储能系统的工作寿命。
[0007] 在一个实施例中，所述防护罩的内壁设有隔热材料，所述隔热材料在外部温度远 高于内部温度时阻止外部环境的热量向防护罩内扩散；所述隔热材料在外部温度远低于内 部温度时阻止防护罩内的热量向外部环境扩散。防护罩尤其是在外部温度很高和外部温度 很低的情况下，例如夏天的中午太阳暴晒环境温度很高的时候，或者冬天晚上环境温度降 到很低的情况下，能起到隔离防护罩内和外部环境温度的作用。从而使得防护罩内的温度 保持在相对合理的范围内，在储能空调对储能系统的温度进行调节时，不仅能节能，而且能 减少储能系统工作在极端温度的可能性，在一定程度上能对储能系统起到保护作用。
[0008] 在一个实施例中，所述防护罩上设有至少一个风机，所述风机用于抽出防护罩内 的热空气。尤其是在防护罩内温度较高时，风机起到将防护罩内的热空气抽出的作用，从而 使防护罩内以及储能系统内的空气加速冷却。
[0009] 在一个优选的实施例中，所述防护罩的顶部设有太阳能电池板，所述太阳能电池 板的能量经过转化后用于驱动风机。利用太阳能来驱动风机，节约其它的能源，例如储能系 统的电能。
[0010] 在一个优选的实施例中，所述储能空调系统的出口通过风道直接进入储能系统的 进风口，所述储能系统的出风口直接通过风道连接到储能空调系统的入口。储能系统至少 包括若干个储能元件。经过储能系统后的空气又直接回到储能空调系统，这样形成气流的 动态的封闭循环，不仅能较少能量浪费，而且由于不需要直接与外部环境进行空气交换，可 以提1?储能系统的防护等级。
[0011] 在一个实施例中，所述储能系统的出风口位于储能系统的进风口的上部以减少固 态颗粒伴随出风进入储能空调系统内。优选地，将进风口设在靠近储能系统的底部，将出风 口设在储能系统的上部并远离进风口。这样，空调风从靠近底部的位置进入并对储能系统 内的储能元件进行充分的冷却或加热后，从储能系统的上部排出。因此，空调风不仅能起到 较好的温度调节作用，而且由于出风口设在储能系统的上部，延长了储能系统内的颗粒的 沉降，使得颗粒不容易伴随空调风回到储能空调系统内，从而也能延长储能空调系统的寿 命。
[0012] 本发明还涉及一种用于调节新能源客车储能系统的温度的方法，该方法用于上述 的装置。
[0013] 在一个实施例中，通过与所述储能系统的储能元件连接的电池管理系统对储能空 调系统的启停及加热或冷却的功率进行控制和调节，从而使储能系统工作在合理的温度范 围内。由于储能系统内包括多个储能元件，储能元件工作时产生大量的热量。因此，为了使 储能元件能工作在合理的温度范围内，例如0?45°c，一般会在储能系统内设置多个温度 传感器来监测储能元件的温度。一旦储能元件的温度超出合理的温度范围，例如高于45°C 和低于〇°C时，电池管理系统（BMS)就会发出让储能空调系统启动的信号，从而对储能系统 内的温度进行调节。
[0014] 在一个优选的实施例中，所述电池管理系统上存储有多个冷却温度阈值，当储能 元件的温度达到最低的冷却温度阈值（例如达到30°c )时，电池管理系统控制储能空调系 统开启冷却并以低于最大冷却功率的冷却速率（例如最大冷却功率P〇的20%)运行；当储 能元件的温度达到允许的最高的冷却温度阈值（例如达到45°C )时，电池管理系统控制储 能空调系统以最大冷却功率匕的冷却速率运行。根据储能元件的实际的温度来调节冷却 功率的大小，有利于节约能源和达到好的温度调节效果。
[0015] 在一个优选的实施例中，所述电池管理系统上存储有多个加热温度阈值，当储能 元件的温度降到最低的加热温度阈值（例如达到-20°c )时，电池管理系统控制（BMS)储能 空调系统开启加热并以最大加热功率的加热速率运行；当储能元件的温度达到最高的 加热温度阈值（例如达到〇°C )时，电池管理系统（BMS)控制储能空调系统停止加热。根 据储能元件的实际的温度来调节加热功率的大小，有利于节约能源和达到好的温度调节效 果。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1所示是本发明的用于新能源客车的储能系统的温度调节装置的一种实施例 的主视图。
[0017] 图2所示是图1中的俯视结构示意图。
[0018] 图3所示是图1中的左视结构示意图。
[0019] 图4所示是图1中的A-A剖视结构示意图。

【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 如图1?图4所示为本发明的用于新能源客车的储能系统的温度调节装置的一种 具体实施例。本发明的用于新能源客车的储能系统的温度调节装置尤其适用于调节设在客 车顶部5的储能系统的温度。本发明中的储能系统2指的是在新能源客车中实现电能存储 和释放的装置或系统。该储能系统2包括若干个具有快速充放电能力的储能元件，例如超 级电容或者动力电池等。在某些地区或区域，夏天在太阳暴晒的情况下，客车顶部5的温度 可以达到54°C或以上。而设在客车顶部5的储能元件，例如动力电池，在暴晒时其温度可以 较长时间保持在50°C或更高。而在冬天寒冷的时候，外界环境的温度可达_20°C。而储能 元件的最佳工作温度为〇°C?45°C，若是储能元件较长时间地工作在温度高于45°C或低于 〇°C的环境中，储能元件的使用寿命会急剧缩短，甚至储能元件的循环使用寿命以指数下降 的趋势递减。本发明的用于新能源客车的储能系统的温度调节装置就是为了解决该问题而 设计的。
[0022] 在一个实施例中，如图1所示，该温度调节装置主要包括储能空调系统1、风道3以 及设在储能系统2外的防护罩4。其中，储能空调系统1独立于乘客舱的空调系统，由电池 管理系统（即BMS)8来进行控制。在一个实施例中，如图2所示，电池管理系统8设在防护 罩4内且位于储能系统2的外部。
[0023] 另外，风道3包括进风道和出风道。从储能空调系统1的出口出来的空调风经进风 道和储能系统2的进风口 2. 1进入储能系统2内。储能系统2内经调温后的空气经储能系 统的出风口 2. 2和出风道连接到储能空调系统1的入口。这样形成一个封闭的风道系统， 这样可以减少外界环境（例如空气质量）对储能空调系统1和储能系统2的影响，从而提 高储能系统2的防护等级。例如，现有引入乘客舱空调风的方式，其储能系统的防护等级一 般低于IP32。而本发明的储能系统的防护等级可达到IP65。防护等级提高后，可减少储能 系统的负担，使得储能系统能更好地为新能源客车提供工作电源。
[0024] 在一个优选的实施例中，如图3所示，储能系统2的出风口 2. 2位于储能系统2的 进风口 2. 1的上部。这样的结构有利于储能系统2内部的固态颗粒沉淀，减少固态颗粒伴 随出风进入储能空调系统1内。进一步优选地，将进风口 2. 1设在靠近储能空调系统1 一 侧且位于储能系统2的底部，将出风口 2. 2设在储能系统2的上部。出风口 2. 2远离进风 口 2. 1，这样进入储能系统2内的空调风在对储能元件进行充分调温后才会被排出。
[0025] 为了更方便说明，将储能系统2内的温度称为储能系统的内部温度，将防护罩4除 储能系统2外的其它空间的温度称为储能系统的外部温度。防护罩4外的温度称为外界温 度。
[0026] 在一个实施例中，为了避免尤其是在暴晒的情况下，防护罩4的温度上升得太高 而影响储能系统外部温度，在防护罩4的内壁设有隔热材料6,如图4所示。该隔热材料6 在外界温度远高于外部温度时阻止外界环境的热量向防护罩4内扩散。例如，在暴晒的情 况下，该隔热材料6可减缓防护罩4内的温度上升速度。另外，该隔热材料6在外界温度远 低于外部温度时阻止防护罩4内的热量向外界环境扩散。例如，在外界温度低于0°时，该 隔热材料6可减缓防护罩4内的热量流失。
[0027] 在一个实施例中，尤其为了防止外部温度过高，在防护罩4上设有一至多个风机 9。在温度达到某个值，例如35°C，风机9将开启，用于抽出防护罩4内的热空气。优选地， 由电池管理系统8来控制风机9的开启和关闭。另外，也可以在防护罩4上设有安装百叶 窗的通风口。尤其是在外部温度比较适宜、空气质量相对比价好的外界环境中，该防护罩4 的通风口可以利用走行风来带走防护罩4内的热量。
[0028] 在个实施例中，为了减少能耗和节省储能兀件的能源，在防护罩4的顶部设有 太阳能电池板7。该太阳能电池板7将太阳能进行转化后用于直接驱动风机9。
[0029] 本发明还涉及一种用于调节新能源客车储能系统的温度的方法。该方法用于上述 的温度调节装置。在本发明的实施例中，该方法主要包括储能系统2的温度高于电池管理 系统8上存储的冷却温度阈值时进行降温冷却的方法以及储能系统2内的温度低于电池管 理系统8上存储的加热温度阈值时的加热调节方法。这两种调节方法使得储能系统2工作 在合理的温度范围内，例如〇°C?45°C。当然，对于不同的车辆和储能系统，其最佳的工作 温度会有差别。但这并不影响本发明的温度调节方法的普遍适用性。
[0030] 下面通过具体的实施例来说明本发明的温度调节方法的工作原理。在一个实施例 中，储能元件的最佳工作温度为〇°C?45°C。电池管理系统8上存储有多个冷却温度阈值， 例如分别为?\ = 30°C，T2 = 35°C，T3 = 38°C，T4 = 40°〇和T5 = 45°C。当储能元件的温度 达到最低的冷却温度阈值30°C时，电池管理系统8控制储能空调系统1开启冷却。但在最 低的冷却温度阈值30°C时，储能空调系统1并不是以最大冷却功率的冷却速率P。运行，而 是以低于最大冷却功率的冷却速率例如20%匕运行。当检测到储能系统2内的温度高于 最低的冷却温度阈值时，将以更高的冷却速率运行，例如40%匕。当储能元件的温度达到 允许的最高的冷却温度阈值例如45°C时，电池管理系统8控制储能空调系统1以最大冷却 功率P〇的冷却速率运行。下表1示出了一种具体的冷却调节的实施例。
[0031] 表1:
[0032]

【权利要求】
1. 一种用于新能源客车的储能系统的温度调节装置，尤其是用于调节设在客车顶部的 储能系统的温度，包括独立于乘客舱的空调系统设置的储能空调系统、连接储能空调系统 和储能系统的风道以及设在储能系统外的防护罩。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防护罩的内壁设有隔热材料，所述隔 热材料在外部温度远高于内部温度时阻止外部环境的热量向防护罩内扩散；所述隔热材料 在外部温度远低于内部温度时阻止防护罩内的热量向外部环境扩散。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述防护罩上设有至少一个风机，所 述风机用于抽出防护罩内的热空气。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的装置，其特征在于，所述防护罩的顶部设有太阳 能电池板，所述太阳能电池板的能量经过转化后用于驱动风机。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，所述储能空调系统的出口通 过风道直接进入储能系统的进风口，所述储能系统的出风口直接通过风道连接到储能空调 系统的入口。
6. 根据权利要求1?5中任一项所述的装置，其特征在于，所述储能系统的出风口位于 储能系统的进风口的上部以减少固态颗粒伴随出风进入储能空调系统内；优选地，将进风 口设在靠近储能系统的底部，将出风口设在储能系统的上部并远离进风口。
7. -种用于调节新能源客车储能系统的温度的方法，其特征在于，其用于根据权利要 求1?6中任一项所述的装置。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过与所述储能系统的储能元件连接的 电池管理系统对储能空调系统的启停及加热或冷却的功率进行控制和调节，从而使储能系 统在合理的温度范围内工作。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电池管理系统上存储有多个冷却温 度阈值，当储能元件的温度达到最低的冷却温度阈值时，电池管理系统控制储能空调系统 开启冷却并以低于最大冷却功率的冷却速率运行；当储能元件的温度达到允许的最高的冷 却温度阈值时，电池管理系统控制储能空调系统以最大冷却功率的冷却速率运行。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述电池管理系统上存储有多个加 热温度阈值，当储能元件的温度降到最低的加热温度阈值时，电池管理系统控制储能空调 系统开启加热并以最大加热功率的加热速率运行；当储能元件的温度达到最高的加热温度 阈值时，电池管理系统控制储能空调系统停止加热。
【文档编号】H01M10/663GK104157931SQ201410408796
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】刘进程, 刘凌, 席力克, 张彪, 石魏, 黄河, 文多 申请人:湖南南车时代电动汽车股份有限公司