本發明涉及超級電容器技術領域，具體涉及一種軌交車載超電容系統及其散熱調節方法。

背景技術：

由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內燃機尾氣排放對環境的污染越來越嚴重（尤其是在大、中城市），人們都在研究替代內燃機的新型能源裝置。已經進行的混合動力、燃料電池、化學電池產品及應用的研究與開發，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、化學電池污染環境、系統復雜、造價高昂等致命弱點，一直沒有很好的解決辦法。

超級電容器以其優異的特性揚長避短，是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點，可以部分或全部替代傳統的化學電池用于車輛的牽引電源和啟動能源，并且具有比傳統的化學電池更加廣泛的用途。正因為如此，世界各國（特別是西方發達國家）都不遺余力地對超級電容器進行研究與開發。其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研發生產上走在前面，而且還建立了專門的國家管理機構（如：美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等），制定國家發展計劃，由國家投入巨資和人力，積極推進。在我國推廣使用超級電容器，能夠減少石油消耗，減輕對石油進口的依賴，有利于國家石油安全；有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題；有利于解決部分產品的低溫啟動問題；有利于解決瞬間大功率的啟停應用。

目前超級電容器系統比能量低，在軌交應用中發熱嚴重，缺乏良好的散熱設計和散熱管理，并且在長期運行中由于熱積累導致循環壽命降低，充放電能量降低，由于發熱問題還會導致占用更大的空間進行散熱，導致超容系統在軌交中的應用難度更大。

對于車載式的能量回收系統而言，在有限的體積范圍內實現高壓能量回收，將會造成更大的電流和發熱量，對于超電容系統散熱設計提出了更高要求，另外車載的超電容對于性能穩定性、安全可靠性、維護便捷性也有更加直觀和嚴苛的要求，設計難度比站臺式的更大。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種軌交車載超電容系統及其散熱調節方法，其放置在軌交列車內和主網連接進行能量回收，具有散熱效果好、比能量大、結構穩定可擴展，并且連接安全方便。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種軌交車載超電容系統，其特征是，設置在軌交列車內，該超電容系統具體包含：

組合機柜，由多個層疊式抽屜柜堆疊而成，每個層疊式抽屜柜內沿縱向設置一排超電容標準模塊；

高壓箱，固定在所述組合機柜頂部，所述多個層疊式抽屜柜電連接后通過高壓箱與主網連接進行能量回收。

上述的軌交車載超電容系統，其中：

所述高壓箱內設有電容管理單元；

每個層疊式抽屜柜的后面板上設有通訊端子；每個層疊式抽屜柜中的各個超電容標準模塊頂部還分別設有超電容控制板；每個層疊式抽屜柜中的多個超電容控制板串聯后再通過通訊端子使系統中所有的超電容控制板串聯并最終由高壓箱內的電容管理單元進行控制。

上述的軌交車載超電容系統，其中：

每個層疊式抽屜柜上設有冷卻風扇，冷卻風扇通過通訊線連接高壓箱內的電容控制單元或相應的超電容控制板。

上述的軌交車載超電容系統，其中：

每個層疊式抽屜柜的后面板上設有功率接插件；

每個層疊式抽屜柜中的各個超電容標準模塊進行串聯后通過相應的功率接插件與下一個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，其中：

每個超電容控制板內具有溫度傳感單元以及電壓傳感單元，用于采樣每個超電容標準模塊的溫度以及電壓。

上述的軌交車載超電容系統，其中：

所述層疊式抽屜柜的后面板上設有出口散熱孔，層疊式抽屜柜內還設有連通出口散熱孔的散熱風道，散熱風道由進風通道以及出風通道組成，起到風道的限定作用。

上述的軌交車載超電容系統，其中：

每個超電容標準模塊分別包含多個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的散熱風道連通，相鄰超電容標準模塊的散熱通道也互相連通。

一種軌交車載超電容系統的散熱調節方法，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應超電容標準模塊的電壓、溫度，并將數據傳給高壓箱的電容管理單元；

高壓箱根據當前電壓數據控制超電容控制板對當前電壓進行充放電保護；

高壓箱根據當前溫度數據對冷卻風扇進行開關控制及功率調節。

上述的軌交車載超電容系統的散熱調節方法，其中：

超電容控制板根據系統工況運行的實際數據進行經驗分析，對長期循環使用的軌交工況進行發熱估計，以預先進行冷卻風扇的功率控制。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、由于車載式空間緊張，并且有振動沖擊要求，本發明結構緊湊可以減小空間并且提高強度；

2、智能化的散熱性；本發明采用多重散熱設計，對超電容標準模塊中超容間距進行設計，其次進行密封風道設計，保證風扇風量的充分利用，最后控制板采集超容溫度狀態調節風扇的開關和功率，并通過經驗算法優化其功率分布，提高了整個系統的散熱一致性。

3、成組連接安全方便；本發明在抽屜柜內部采用標準化模塊，模塊之間可通過銅跨接片進行電連接，通訊口采用端子對接，連接件很少且分散，成組連接十分安全及方便。

4、結構緊湊、可擴展：本發明適用于多種型號超級電容器，除通風風道外整個系統沒有多余空間，抽屜柜之間也保持緊裝配，體積比能量很高；另外每個抽屜柜都是相同的，可根據實際工況需求任意擴展，串并聯也可以自由制定，具有非常強的可擴展性。

附圖說明

圖1為本發明的安裝結構示意圖；

圖2為本發明的層疊式抽屜柜的正面等軸測圖；

圖3為本發明的層疊式抽屜柜的背面等軸測圖。

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖1所示，一種軌交車載超電容系統，其設置在軌交列車內，該超電容系統具體包含：組合機柜，由多個層疊式抽屜柜12堆疊而成，每個層疊式抽屜柜12內沿縱向設置一排超電容標準模塊1；高壓箱，固定在所述組合機柜頂部，所述多個層疊式抽屜柜12電連接后通過高壓箱與主網連接進行能量回收，具體的，可以由高壓箱連接變流器后接入主網。由于車載式空間緊張，并且有振動沖擊要求，上述內結構和布置，具有結構緊湊可以達到減小空間并且提高強度的目的，具體的，本實施例中，如圖2~3所示，每個層疊式抽屜柜內緊密排列設置3組超電容標準模塊1，每個層疊式抽屜柜12內部各超電容標準模塊1之間可通過銅跨接片進行電連接，組合機柜內一共設有6個層疊式抽屜柜12，6個層疊式抽屜柜12進行了18串1并的組合，滿足線網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之間可根據實際需要進行串并，以電纜進行連接，高壓箱根據工況需要進行相應數量的配置，通常并電容需要相應配置一個高壓箱，層疊式抽屜柜12之間也可進行擴展。

所述高壓箱內設有高壓箱里面有通訊用的高壓電控盒，將高壓轉成通訊用的24/48V電壓，還有將各個通訊數據匯總管理的電容管理單元CMU；每個層疊式抽屜柜12的后面板10上設有通訊端子7，用于采集數據和傳輸信息；每個層疊式抽屜柜12中的各個超電容標準模塊1頂部還分別設有超電容控制板2；每個層疊式抽屜柜12中的多個超電容控制板2通過內部接線端子串聯后再通過通訊端子7與下一個層疊式抽屜柜12內的超電容控制板2連接，使得系統中所有的超電容控制板2串聯并最終由高壓箱內的電容管理單元進行控制，通訊方式可以是485、CAN、LAN等。

每個層疊式抽屜柜12上分別設有冷卻風扇5，冷卻風扇5由高壓箱的電容控制單元控制；本實施例中，每個層疊式抽屜柜12上設置2個冷卻風扇5，冷卻風扇5上設有通訊線，可以直接和高壓箱連接也可以和超電容控制板2連接，最終接受高壓箱內電容管理單元的總控。

每個層疊式抽屜柜12的后面板10上設有功率接插件6，用于過電流；每個層疊式抽屜柜12中的各個超電容標準模塊1進行串聯后通過相應的功率接插件6與下一個層疊式抽屜柜12的功率接插件6電連接。

每個超電容控制板2內具有溫度傳感單元以及電壓傳感單元，用于采樣每個超電容標準模塊12的溫度以及電壓。

所述層疊式抽屜柜12的后面板10上設有出口散熱孔11，一對冷卻風扇5設置在層疊式抽屜柜12的前面板上，前面板上設置一對操作把手9，后面板的上側兩端分別設置固定腳4用于抽屜柜和能量回收總系統的固定，層疊式抽屜柜12內還設有連通出口散熱孔11的散熱風道，散熱風道由進風通道以及出風通道組成，起到風道的限定作用，通過結構限位方式進行固定，本實施例中，進風通道由進風通道鈑金件8搭建形成，進風通道的入風口設置所述的冷卻風扇5，出風通道由出風通道鈑金件3搭建形成其出風口連接出口散熱孔11，通過上述結構使冷卻風扇5產生的氣流得全部從密閉的散熱風道內通過。

每個超電容標準模塊1分別包含多個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內的散熱風道連通，相鄰超電容標準模塊1的散熱通道也互相連通，本發明中，散熱風道的分布以均勻設置為最佳，使得所有電容都均勻受風，可以通過仿真和試驗的方法對比出最佳的散熱方案、冷卻風扇5數量以及風量等。本實施例中，進風通道設置在入風口處的超電容標準模塊1與入風口中間，進風通道設置在出風口處的超電容標準模塊1與出風口中間，固定方式為通過螺釘和柜體以及模塊連接，使得冷卻風扇5產生的氣流得全部從密閉的散熱風道的進風通道、散熱通道以及出風通道內依次經過，提升冷卻效率。

本發明還公開了一種軌交車載超電容系統的散熱調節方法，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應超電容標準模塊1的電壓、溫度，并將數據傳給高壓箱的電容管理單元；高壓箱根據當前電壓數據控制超電容控制板2對當前電壓進行充放電保護；高壓箱根據當前溫度數據對冷卻風扇5進行開關控制及功率調節。

超電容控制板2根據系統工況運行的實際數據進行經驗分析，對長期循環使用的軌交工況進行發熱估計，以預先進行冷卻風扇的功率控制。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。