專利名稱：用于冷卻電池的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大電池應(yīng)用，并且更具體地涉及用來冷卻大電池系統(tǒng) (例如混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng))的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
混合柴油電動車輛(諸如混合柴油電動機車)例如包括具有幾個 能量存儲裝置(即電池)的能量存儲系統(tǒng)。這些能量存儲裝置通常被 用來在動態(tài)制動模式期間在牽引電動機產(chǎn)生可以被存儲的過量電能 時、或者在發(fā)動機運行模式期間在機車發(fā)動機產(chǎn)生可以被存儲的過量 電能時存儲次級電能。每個機車通常包括許多能量存儲裝置，例如十 到十五個之間，其中每個能量存儲裝置是包括幾百個組合在一起的單
個單元電池(cell)的巨大塊狀體，并且每個總計重達幾百磅。
用于常規(guī)機車的能量存儲系統(tǒng)的常規(guī)冷卻系統(tǒng)通常有這樣的特 征至少一個冷卻空氣管道通過每個能量存儲裝置的內(nèi)部并且與其內(nèi)
部單元電池鄰近。外部空氣通過每個冷卻空氣管道被吸入并且穿過每 個能量存儲裝置的內(nèi)部，其后外部空氣被排到通風區(qū)，例如機車外部。 如果在內(nèi)部冷卻空氣管道中的一個中發(fā)生泄漏，則通過冷卻空氣管道 的外部空氣可能泄漏進入每個能量存儲裝置的內(nèi)部。在幾種情況下， 泄漏進入每個能量存儲裝置的內(nèi)部的外部空氣包括污染物，例如塵 粒。在典型操作期間，每個能量存儲裝置在高溫下運行(例如在300 攝氏度的范圍內(nèi))，并且通?？缭矫總€能量存儲裝置的端子施加高電 壓。泄漏的包含污染物的外部空氣進入能量存儲裝置的內(nèi)部并且在能 量存儲裝置的內(nèi)部的高溫環(huán)境中在能量存儲裝置的內(nèi)部電子器件上 積累灰塵和污垢，由此不利地影響能量存儲裝置的蠕變和沖擊特性 (str ike property )
因此，為機車的能量存儲裝置提供冷卻系統(tǒng)將是有利的，該冷卻 系統(tǒng)減少或消除了外部空氣或冷卻流體在每個能量存儲裝置的內(nèi)部 之內(nèi)的通行，以減小這樣的冷卻系統(tǒng)對能量存儲系統(tǒng)的內(nèi)部電子器件 和操作特性的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的 一 個實施例中，提供一種用來冷卻混合電動車輛的能 量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)。能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置。所述 系統(tǒng)包括被配置成密封能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置 的至少一個內(nèi)核的至少一個內(nèi)殼。另外，所述系統(tǒng)包括被配置成圍繞 所述至少一個內(nèi)殼的至少一個外層。所述系統(tǒng)進一步包括位于所述至 少 一 個內(nèi)殼和所述至少 一 個外層之間的內(nèi)部空間，其中該內(nèi)部空間被 配置成通過外層中的至少一個入口接收冷卻流體。
在本發(fā)明的 一 個實施例中，提供一種用來冷卻混合電動車輛的能 量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)。能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置。所述 系統(tǒng)包括被配置成密封能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置 的至少一個內(nèi)核的至少一個內(nèi)殼。另外，所述系統(tǒng)包括被配置成熱接 合內(nèi)殼的相應(yīng)外表面的至少一個傳熱表面。所述系統(tǒng)進一步包括被配 置成圍繞所述至少一個內(nèi)殼的至少一個外層，以及被配置成接收冷卻 流體管道內(nèi)的冷卻流體的在外層之內(nèi)的入口 。冷卻流體管道被配置成 促進冷卻流體靠近所述至少一個傳熱表面并且通過位于入口上面的 出口的對流。
在本發(fā)明的 一 個實施例中，提供一種用來冷卻混合電動車輛的能 量存儲系統(tǒng)的方法。能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置。所述 方法包括利用至少一個內(nèi)殼密封能量存儲系統(tǒng)的至少 一個相應(yīng)能量 存儲裝置的至少一個內(nèi)核。另外，所述方法包括利用至少一個外層圍 繞所述至少一個內(nèi)殼。所述方法進一步包括接收通過外層中的入口并 且進入位于所述至少一個內(nèi)殼和所迷至少一個外層之間的內(nèi)部空間 中的冷卻流體。
在本發(fā)明的 一個實施例中，提供一種用來冷卻混合電動車輛的能 量存儲系統(tǒng)的方法。能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置。所述 方法包括利用至少一個內(nèi)殼密封能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量 存儲裝置的至少一個內(nèi)核。另外，所述方法包括利用至少一個傳熱表 面熱接合內(nèi)殼的相應(yīng)外表面。所述方法進一步包括利用至少一個外層 圍繞所述至少一個內(nèi)殼，并且接收通過在外層內(nèi)的入口并且在至少一 個相應(yīng)冷卻流體管道內(nèi)的冷卻流體。所述方法進一步包括促進靠近所述至少一個傳熱表面并且通過位于入口上面的出口的冷卻流體的對流。


將通過參考本發(fā)明在附圖中示出的特定實施例來更詳細地描述 以上簡要描述的本發(fā)明的實施例。要理解的是，這些附圖僅描述本發(fā) 明的典型實施例并且因此不被認為是對其范圍的限制，將通過使用附
圖利用附加特性和細節(jié)來解釋和描述本發(fā)明的實施例，其中
圖1是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面平面圖2是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面平面圖3是示出用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法的示范 性實施例的流程圖4是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面?zhèn)纫晥D和截面端碎見圖5是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面?zhèn)纫晥D和截面端視圖6是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面?zhèn)纫晥D和截面端視圖7是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面?zhèn)纫晥D和截面端視圖8是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面?zhèn)纫晥D9是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的 截面頂視圖10是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法的示范性 實施例；
圖11是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法的示范性 實施例；
圖12是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例 的截面?zhèn)纫晥D；圖13是示出能量存儲系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的實施例的最高溫度存儲 裝置和最低溫度存儲裝置的最高溫度和最低溫度的實施例的定時圖14是示出能量存儲系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的實施例的最高溫度存儲 裝置和最低溫度存儲裝置的最高溫度和最低溫度的實施例的定時圖15是能量存儲系統(tǒng)的示范性實施例的框圖16是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法的示范性 實施例；
圖17是用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法的示范性 實施例。
具體實施例方式
盡管針對軌道車輛，特別是具有柴油發(fā)動機的混合列車和機車， 來描述本發(fā)明的示范性實施例，但是以下討論的本發(fā)明的示范性實施 例也可應(yīng)用于其它用途，例如(但是不限于)混合柴油電動越野車、 船舶(marine vessel)、以及,爭止設(shè)備，其中的每一個都可以使用 用于推進的柴油發(fā)動機和具有一個或多個能量存儲裝置的能量存儲 系統(tǒng)。另外，以下討論的本發(fā)明的實施例類似地可以應(yīng)用于混合車輛，
不管它們是柴油機驅(qū)動的還是非柴油機驅(qū)動的，包括混合機車、混合 越野車、混合船舶、以及靜止應(yīng)用。此外，本申請的實施例適用于任
何電池應(yīng)用，無論這樣的應(yīng)用是否在上述柴油機驅(qū)動的車輛上執(zhí)行。 另外，盡管本申請的實施例討論了被吸入空氣入口并且通過空氣管道 的外部空氣和冷卻空氣的使用，'但是除空氣以外的被本領(lǐng)域技術(shù)人員 認識到的任何冷卻流體可以代替在本申請的實施例中討論的冷卻空 氣或外部空氣而被使用。
圖1示出用來冷卻混合柴油電動機車14的能量存儲系統(tǒng)12的系 統(tǒng)10的一個實施例。能量存儲系統(tǒng)12示例性地包括位于機車14的 平臺16下面的多個能量存儲裝置(即電池)15。盡管圖1示出了位 于平臺16下面的能量存儲裝置15，但能量存儲裝置15可以位于機車 平臺16的上面或上方，例如用于煤水車(tender)應(yīng)用，例如正如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。在系統(tǒng)10的示范性實施例中，機車 14的平臺16位于機車的輪子上面并且基本上與每個機車的駕駛室的 底板對齊，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。然而，平臺16可以
10與除駕駛室以外的機車14的其它水平表面對齊。
在圖1的所示出的示范性實施例中，'系統(tǒng)10包括在相對沒有污 染(包括柴油機煙霧、熱空氣廢氣等)的位置處的、位于平臺16上 面的機車14的外表面20上的空氣入口 18。空氣入口 18是在靠近才幾 車14的散熱器區(qū)域52的機車14的外表面20中的開口 ，具有基于特 定能量存儲系統(tǒng)12以及每個能量存儲系統(tǒng)的冷卻氣流要求的尺寸。 盡管圖1示出了位于靠近散熱器區(qū)域52的外表面20的開口中的空氣 入口 18,但是空氣入口 18可以位于平臺16上面靠近機車的任何區(qū)域 的外表面20的開口中。在另外的示范性實施例中，空氣入口18可以 位于機車平臺16的上面或下面沿外表面20、 21的任何位置處，只要 引入到入口 18中的外部空氣包括最少量的污染物即可。通過在平臺1 上面沿機車14的外表面20定位空氣入口 18，被吸入到空氣入口中的 外部空氣相對于平臺16下面的靠近機車外表面21的外部空氣包含顯 著更少量的污染物。盡管圖1示出了位于機車l4的外表面20的頂板 部分44上的空氣入口 18，《旦空氣入口可以位于平臺16上面沿機車 14的外表面20的任何位置處，包括在平臺16上面的外表面20的頂 板部分44或側(cè)面部分46上的任何位置處。另外，盡管圖l示出了位 于平臺16上面機車14的外表面20中的一個空氣入口 18，但是一個 以上的空氣入口 18可以位于4幾車14的外表面20中。
正如圖1的示范性實施例中進一步示出的，過濾介質(zhì)32位于空 氣入口管道內(nèi)靠近空氣入口 18的過濾位置34處。過濾介質(zhì)32輔助 在被吸入空氣入口 18中的外部空氣進入空氣入口管道22之前從所述 外部空氣除去污染物。盡管圖1示出多種過濾介質(zhì)32，包括一個以上 的過濾層，例如篩(screen) 38、旋轉(zhuǎn)過濾器40和紙過濾器42,但 是可以利用任何類型的過濾介質(zhì)。另外，由于系統(tǒng)10的示范性實施 例的特點是空氣入口 18沿機車平臺16上的機車外表面20放置，因 此通過空氣入口輸入的外部空氣中的污染物的量相對低，從而使對過 量過濾的需要減到最小，并且/或者延長過濾器和電池部件的壽命。 篩濾器38可以被布置作為輸入的外部空氣遭遇的第一過濾層以除去 大的物體，例如葉子和紙。旋轉(zhuǎn)過濾器40可以被布置作為輸入的外 部空氣的第二過濾層以利用例如空氣旋轉(zhuǎn)離心才幾(spinning centrifuge)裝置根據(jù)密度來分離物質(zhì) 另外，紙過濾器42例如可以被用作附加過濾層以在過濾過程期間從外部空氣收集另外的顆粒。
由于系統(tǒng)10的示范性實施例的特征是用于所有過濾介質(zhì)32的單一過 濾位置34，因此，與在多個過濾位置處相對，包括每個過濾介質(zhì)的定 期更換和/或清潔的定期維護可以在單一過濾位置處便利地完成。
正如圖1的示范性實施例中進一步所示的，系統(tǒng)10包括與空氣 入口 18流動連通的空氣管道24和空氣入口管道22。
過濾介質(zhì)32被設(shè)置在空氣入口管道22和空氣入口 18之間。空 氣管道24通過鼓風機26和電動機28 (以下討論)以及風門控制裝置 58 (以下討論)耦接到空氣入口管道22。盡管圖1示出了鼓風機26 和相應(yīng)的電動機28, ^旦是每個鼓風才幾26可以由才幾械源定向驅(qū)動，或 者每個鼓風機26可以由第二鼓風機驅(qū)動，第二鼓風機又可以由機械 源驅(qū)動。雖然空氣入口管道22示例性地位于機車平臺16上面，而空 氣管道24示例性地位于機車平臺16下面。然而，空氣入口管道和空 氣管道并不限于分別位于機車上面和下面。另外，盡管圖l示出一個 空氣入口管道和一個空氣管道，但是可以沿外表面放置一個以上的空 氣入口 ，對于空氣入口可以使用一個以上的相應(yīng)空氣入口管道和空氣管道。
在圖1的示范性實施例中示出的空氣管道24沿機車14的長度通 過并且與機車平臺16下面的每個能量存儲裝置15流動連通。盡管圖 1示出位于空氣管道的相對側(cè)上的四個能量存儲裝置，但是任何數(shù)目 的能量裝置可以與空氣管道流動連通，包括例如在空氣管道的相對側(cè) 上或在空氣管道的一側(cè)上。另外，盡管圖1示出一個位于機車平臺16 下面的空氣管道，但一個以上的空氣管道可以位于平臺下面，并且因 此一組以上的能量存儲裝置可以分別與每個相應(yīng)的空氣管道流動連 通。
正如圖1的示范性實施例中進一步示出的，系統(tǒng)10包括由位于 空氣入口管道22內(nèi)的電動機28驅(qū)動的鼓風機26。在運行期間，在給 電動機28供電并且啟動鼓風機26后，鼓風機就通過在單個過濾位置 34處的過濾介質(zhì)32并且通過空氣入口管道22和空氣管道24將外部 空氣從機車平臺16上面吸入到空氣入口 18中。隨后鼓風機26使外 部空氣經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置15并且進入機車14的公共通風 區(qū)域30。在圖1示出的示范性實施例中，公共通風區(qū)域30是發(fā)動機
12艙區(qū)域，其從機車發(fā)動機接收大量熱，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
鼓風機26迫使外部空氣通過管道聯(lián)接器(duct coupling) 53以使外 部空氣經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置15，并且進一步通過相應(yīng)的通風 孔聯(lián)接器54將外部空氣吸入到發(fā)動機艙30。發(fā)動機艙30包括沿機車 14的外表面的一個或多個預(yù)先存在的通風孔(未示出)，以使外部空 氣在進入發(fā)動機艙后就被排出機車外。盡管圖1示出了一個鼓風機和 相應(yīng)電動機，但是可以在每個空氣管道內(nèi)使用一個以上的鼓風機和相 應(yīng)電動機，或者可替換地可以如上所討論地在多個空氣管道中的每一 個內(nèi)設(shè)置一個鼓風機和相應(yīng)電動機。如圖1的示范性實施例中所示， 第二管道57示例性地耦接在空氣管道24與在每個能量存儲裝置15 和發(fā)動機艙區(qū)域30之間的每個通風孔聯(lián)接器54之間。提供第二管道 57以使較冷的外部空氣從空氣管道24進入每個通風孔聯(lián)接器54，以 混合較冷的外部空氣與已經(jīng)經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置15并且進 入每個通風孔聯(lián)接器54的較熱的外部空氣。在每個通風孔聯(lián)接器54 內(nèi)，來自每個空氣管道24的較冷的外部空氣與已經(jīng)經(jīng)過或通過每個 能量存儲裝置15的較熱的較冷的空氣混合，從而降低傳送到發(fā)動機 艙區(qū)域30的外部空氣的溫度。另外，在示范性實施例中，可以定位 第二管道57以利用機車外部的相應(yīng)通風孔(未示出)混合來自空氣 管道24的較冷的外部空氣。在使用第二管道的示范性實施例中，當 外部空氣從機車外部排出時更多量的較冷的外部空氣可以與已經(jīng)經(jīng) 過或通過每個能量存儲裝置的較熱的外部空氣混合，由于外部空氣有 較大的可能性接觸人，因此如果排出的外部空氣的溫度在不能接受的 高水平則帶來安全性問題。
如圖1的示范性實施例中所示，系統(tǒng)10包括給鼓風機26和電動 機28供電的電源56。在示范性實施例中，電源56是給鼓風機26和 電動機26供電的輔助電源，用以將外部空氣吸入空氣入口 18中，通 過過濾介質(zhì)32、通過空氣入口管道22和空氣管道24，以使外部空氣 經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置15并且進入機車14的公共通風區(qū)域 30。在示范性實施例中，鼓風機26連續(xù)運行以避免在機車14運行期 間鼓風才幾電動才幾的長時間不轉(zhuǎn)，從而防止在機車14運行期間由于枳j 械振動引起的鼓風機26的電動機軸承的故障。
除了電源56外，風門控制裝置58可以位于空氣入口管道22內(nèi)以選擇性地切斷向鼓風機26的外部空氣供應(yīng)。風門控制裝置58可以 由機車控制器62控制，并且可在打開(外部空氣供應(yīng)流到鼓風機26 ) 和關(guān)閉(切斷向鼓風機26的外部空氣供應(yīng))位置之間切換。機車控 制器62示例性地耦接到風門控制裝置58，并且根據(jù)每個能量存儲裝 置15的溫度在打開和關(guān)閉位置之間切換風門控制裝置，所述溫度是 機車控制器從也耦接到機車控制器的每個能量存儲裝置的相應(yīng)溫度 傳感器64 (例如溫度計)讀取的。另外，機車控制器62可以將風門 控制裝置切換到打開和關(guān)閉位置之間的中間位置，以控制流到鼓風機 26的外部空氣的供應(yīng)。為使系統(tǒng)10的效率最大，機車控制器62可以 將風門控制裝置58切換到關(guān)閉位置，使得鼓風機持續(xù)旋轉(zhuǎn)(假定電 動機正在接收功率)但是沒有外部空氣提供給鼓風機，從而將鼓風機 做的任何工作減到最小。在示范性實施例中，能量存儲裝置的工作溫 度范圍可以在例如270-330攝氏度之間，然而例如機車控制器在從能 量存儲裝置中的每一個讀出270攝氏度的最低溫度后就可以將風門控 制裝置轉(zhuǎn)向關(guān)閉位置，并且切斷向鼓風機的外部空氣供應(yīng)，由此關(guān)斷 冷卻系統(tǒng)。270-330攝氏度的示范性溫度范圍僅僅是實例，并且能量 存儲裝置在變化的溫度范圍下運轉(zhuǎn)。另外，例如機車控制器在從能量 存儲裝置中的每一個讀出300攝氏度的最高溫度后就可以將風門控制 裝置轉(zhuǎn)向打開位置，并且重新打開向鼓風機的外部空氣供應(yīng)以使冷卻 系統(tǒng)重新開始。盡管圖1示出一個電源和風門控制裝置，但是可以使 用一個以上的電源和一個以上的風門控制裝置。盡管示出的電源56 是輔助電源，但是電動機28可以由機車發(fā)動機電源供電。機車控制 器62被包含在系統(tǒng)10的所示示范性實施例中以監(jiān)控耦接到每個能量 存儲裝置15的溫度傳感器64。除了選擇性地操作風門控制系統(tǒng)之外， 機車控制器62還可以選擇性地操作持續(xù)速度鼓風機、電源56的速度 的多速鼓風機、變速鼓風機/直接驅(qū)動的鼓風機或可切換的鼓風機。 機車控制器62可以根據(jù)比較來自每個能量存儲裝置15的溫度傳感器 64的監(jiān)控溫度與存儲在機車控制器存儲器中的每個能量存儲裝置15 的相應(yīng)預(yù)定溫度閾值來選擇性地操作每個鼓風機。
鼓風機26可以是持續(xù)速度鼓風機、電源56的速度的多速鼓風機、 或包括用以開啟以及關(guān)斷鼓風機的開關(guān)的可切換的鼓風機。例如，多 速鼓風機可以在電源到鼓風機的速度的多個速度(即1/2、 1/4、 1/8等等)下運行、或在像反向驅(qū)動電動機那樣的變速驅(qū)動下運行。
圖2示出用來冷卻能量存儲系統(tǒng)12'的系統(tǒng)10'的另一個實施例。 所述系統(tǒng)10'包括與空氣入口 18'流動連通的空氣入口管道22'和空氣 管道24'。如圖2的示范性實施例中所示，系統(tǒng)10'包括可控地操作 鼓風機26'和電動機28'的電源56'。在示范性實施例中，電源56'包 括可控地操作鼓風機26'和電動機28'的輔助電源，以將外部空氣吸 入空氣入口 18'中，通過過濾介質(zhì)32'并且通過空氣入口管道22'和空 氣管道24'。在通過空氣管道24'后，外部空氣就通過位于管道聯(lián)接 器53'內(nèi)的相應(yīng)風門控制裝置58'從空氣管道24'到達每個能量存儲裝 置15'。每個風門控制裝置58'都位于靠近每個能量存儲裝置15'的管 道聯(lián)接器53'內(nèi)以選擇性地切斷到每個能量存儲裝置的外部空氣供 應(yīng)。每個風門控制裝置58'由機車控制器62'控制以選擇性地切斷經(jīng) 過或通過每個能量存儲裝置15'、通過相應(yīng)通風孔聯(lián)接器54'并且進 入公共通風區(qū)域30'(例如發(fā)動機艙)中的外部空氣的供應(yīng)。每個風 門控制裝置58'可以由機車控制器62'在打開(外部空氣供應(yīng)流到每 個能量存儲裝置15')和關(guān)閉(切斷向每個能量存儲裝置15'的外部 空氣供應(yīng))位置之間切換。另外，機車控制器62'可以將風門控制裝 置58'切換到打開和關(guān)閉位置之間的中間位置，以選擇性地控制提供 給每個能量存儲裝置15'的外部空氣供應(yīng)。機車控制器62'示例性地 耦接到每個風門控制裝置58'，并且根據(jù)每個能量存儲裝置15'的溫 度使風門控制裝置在打開和關(guān)閉位置之間切換，所述溫度是從也耦接 到機車控制器的每個能量存儲裝置的相應(yīng)溫度傳感器64'讀取的。在 示范性實施例中，能量存儲裝置的工作溫度范圍可以是270-330攝氏 度，然而機車控制器在從能量存儲裝置中的每一個讀出270攝氏度的 最低溫度后就可以將風門控制裝置轉(zhuǎn)向關(guān)閉位置，并且切斷向每個能 量存儲裝置的外部空氣供應(yīng)。270-330攝氏度的溫度范圍的實例僅僅 是示范性的，并且能量存儲裝置可以在變化的溫度范圍下運轉(zhuǎn)。另外， 機車控制器在從能量存儲裝置中的每一個讀出300攝氏度的最低溫度 后就可以將風門控制裝置轉(zhuǎn)向打開位置，并且重新打開向每個能量存 儲裝置的外部空氣供應(yīng)。盡管圖2為每個能量存儲裝置示出一個電源 和一個風門控制裝置，但是可以為每個能量存儲裝置使用一個以上的 電源和一個以上的風門控制裝置。盡管示出的電源56'是輔助電源，但是電動機28'可以由機車發(fā)動機電源供電。系統(tǒng)10'的那些沒有在
最初的標記，并且在此不需要進一步討論。
圖3示出用來冷卻混合柴油機電動機車14的能量存儲系統(tǒng)12的 方法100的示范性實施例。能量存儲系統(tǒng)12包括多個位于機車14的 平臺16下面的能量存儲裝置15。能量存儲裝置15可以類似地位于機 車或其它車輛14的平臺16上面。方法100從在平臺上方的車輛外表 面上定位(框102)空氣入口開始(框101)。更具體地說，所述方 法包括將空氣管道連通到空氣入口和每個能量存儲裝置(框104)。 另外，所述方法包括在空氣管道內(nèi)定位由電動機驅(qū)動的鼓風機(框 106)。在框111處結(jié)束之前，所述方法進一步包括將外部空氣吸入 空氣入口中并且通過空氣管道(框108)，后面是使外部空氣經(jīng)過或 通過每個能量存儲裝置并且進入車輛的公共通風區(qū)域(框IIO)。
所述方法可以進一步包括在與空氣管道24流動連通的空氣入口 管道22內(nèi)靠近空氣入口 18的過濾位置34處提供過濾介質(zhì)32,其中 過濾介質(zhì)32可以包括過濾篩38、旋轉(zhuǎn)過濾器40、紙過濾器42、以及 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它類型的過濾介質(zhì)。另外，所述方法可 以進一步包括在外部空氣進入空氣入口管道18之前從外部空氣除去 污染物。所述方法可以進一步包括在空氣入口管道22內(nèi)定位風門控 制裝置58以選擇性地切斷到每個能量存儲裝置15的外部空氣供應(yīng)。
圖4示出用來冷卻能量存儲系統(tǒng)312的系統(tǒng)310的另外的實施例， 其中能量存儲系統(tǒng)312包括一個或多個能量存儲裝置315。盡管圖4 示出一個能量存儲裝置，但系統(tǒng)310可以用于多個能量存儲裝置315， 如圖5中所示。
系統(tǒng)310示例性地包括被配置成密封能量存儲系統(tǒng)312的能量存 儲裝置315的內(nèi)核322的內(nèi)殼320。在冷卻空氣管道、入口和出口被 去除的情況下，能量存儲裝置315的內(nèi)核322包括能量存儲裝置的所 有部件。內(nèi)殼320在能量存儲裝置315的內(nèi)核322的周圍形成氣密容 器(containment)，并且可以是例如重栽箱。內(nèi)殼320可以由合適 的金屬材料(例如不銹鋼)形成。然而，內(nèi)殼320并不完全包含內(nèi)核 322,因為內(nèi)核322的多個部件(例如溫度傳感器)穿過內(nèi)殼。能量 存儲裝置的所有內(nèi)核322部件(包括能量存儲裝置315的內(nèi)部電子器件)都包含在內(nèi)殼320內(nèi)。系統(tǒng)310進一步示例性地包括被配置成圍 繞內(nèi)殼320的外層324。外層324可以是由隔熱材料(例如WDS)制 成的隔熱層。 一對安裝托架323穿過外層324,并且被耦接到靠近內(nèi) 核的相對端表面333、 334的內(nèi)殼320,以在外層324內(nèi)空間地懸掛內(nèi) 殼320。圖5示出了被配置成密封兩個能量存儲裝置315的兩個內(nèi)核 322的內(nèi)殼320，并且外層324被配置成圍繞內(nèi)殼320。
在外層324和內(nèi)殼320之間是內(nèi)部空間326，內(nèi)部空間326被配 置成通過外層324中的入口 318接收冷卻流體328。如圖4的端視圖 中所示，內(nèi)部空間326圍繞內(nèi)殼320，這歸因于環(huán)繞內(nèi)殼320的外層 324的間隔，盡管外層324可以具有距離內(nèi)殼320的變化的間隔。另 外，圖4示出在外層324中的出口 336 ，該出口 336被布置成靠近入 口 318,然而出口 336可以位于沿外層324的位置處。盡管圖4示出 了外層中的一個入口和一個出口 ， ^f旦是一個以上的入口和/或出口可 以位于外層324內(nèi)。
如圖4中所示，內(nèi)殼320是具有六個外表面329、 330、 331、 "2、 333、 334的矩形形狀的殼，包括四個側(cè)表面329、 330、 331、 332和 兩個端表面333、 334。盡管圖4中示出的內(nèi)殼是矩形形狀的殼，但是 該內(nèi)殼可以采用任何形狀，只要在外部空氣沿內(nèi)殼320的外表面對流 期間外部空氣保4寺4皮限制不(contained off from)進入內(nèi)核的內(nèi)部 即可。
如圖6的示范性實施例中所示，內(nèi)殼320進一步包括沿內(nèi)殼的底 部外表面332的內(nèi)隔熱層337。內(nèi)隔熱層337被配置成控制冷卻流體 328在內(nèi)部空間326內(nèi)沿底部外表面332的對流。在圖6的示范性實 施例中，底部外表面332可以更密切接觸最接近底部外表面3"的能 量存儲裝置的內(nèi)部單元電池，并且因此與其它外表面相比，底部外表 面332的傳熱特性可能大于其它外表面，從而導(dǎo)致在內(nèi)部空間326內(nèi) 外部空氣在底部外表面332的對流的不平衡。因此，通過沿底部外表 面332布置內(nèi)隔熱層337 ，可以抵消外部空氣沿內(nèi)殼320的每個外表 面的對流。如圖7的另外的示范性實施例中所示，可以沿內(nèi)殼320的 三個(即一個以上)外表面329、 330、 331放置內(nèi)隔熱層337以便也 在外表面之間平衡內(nèi)部空間326內(nèi)的冷卻流體328的對流。盡管圖6 和7示出在外表面之間的以及沿每個外表面的恒定厚度的內(nèi)隔熱層
17337,但是內(nèi)隔熱層可以在外表面之中具有變化的厚度和/或沿單個外 表面具有變化的厚度，以便穩(wěn)定冷卻流體沿每個相應(yīng)外表面的相應(yīng)對流。
如圖4中所示，可控出口 341位于外層324內(nèi)?？煽爻隹?341示 例性地是活動閘門并且被配置成選擇性地打開和關(guān)閉出口 336以控制 內(nèi)部空間326內(nèi)的冷卻流體328的流動。盡管圖4、 6和7示出了活 動閘門，但是可控出口可以采取幾種選擇性地打開和關(guān)閉出口的不同 形式。另外，控制器342被耦接到可控出口 341并且在存儲器344中 包括存儲的最高溫度閾值和最低溫度閾值。最高和最低溫度閾值是表 示冷卻系統(tǒng)分別開啟和關(guān)斷的最高和最低溫度的最高和最低溫度閾 值。然而，所述系統(tǒng)不需要任何這樣的最高和最低溫度閾值?？刂破?342被配置成監(jiān)控內(nèi)核322的溫度?？刂破?42被配置成在確定內(nèi)核 322的溫度小于在存儲器344中存儲的最低溫度閾值后就關(guān)閉可控出 口 341 (即關(guān)閉活動閘門)，以^f吏內(nèi)部空間326內(nèi)的冷卻流體328的 流動停止。在控制器342關(guān)閉可控出口 341并且切斷冷卻流體328的 流動的情況下，外部隔熱層324用來對內(nèi)部空間326內(nèi)的冷卻流體328 進行隔熱，并且因此穩(wěn)定能量存儲裝置315的冷卻流體328和內(nèi)核322 的溫度以實現(xiàn)熱平衡。如果外部隔熱層324沒有穩(wěn)定具有內(nèi)核322的 溫度的冷卻流體328的溫度，則內(nèi)核322將由于不斷加熱冷卻流體328 而不斷損失熱能，并且最后將需要非預(yù)期的加熱循環(huán)。
控制器342被配置成在控制器342確定內(nèi)核322的溫度大于存儲 在存儲器344中的最高溫度閾值后就打開可控出口 341，并且促使內(nèi) 部空間326內(nèi)的冷卻流體328流動。在示范性實施例中，可控入口 318 和可控出口 341可以是活動閘門，例如，所述活動閘門可以被控制器 342選擇性i也打開和關(guān)閉以控制冷卻流體328流到內(nèi)部空間326中。 在控制器342啟動在內(nèi)部空間326內(nèi)冷卻流體328的流動后，內(nèi)殼320 的每個外表面329、 330、 331、 332、 333、 334就被配置成參與通過 入口 318接收的冷卻流體328的對流。在系統(tǒng)310的示范性實施例中， 冷卻流體328流到入口 318中是基于機車的運轉(zhuǎn)的，并且因此當入口 318打開并且機車在運轉(zhuǎn)中時，冷卻流體328進入內(nèi)部空間326。斗 式裝置(scoop device)(未示出)可以附著到入口 318外部以在機 車運轉(zhuǎn)期間輔助被引導(dǎo)的外部空氣進入內(nèi)部空間326中。然而，冷卻流體328的流動可以與4幾車的運轉(zhuǎn)無關(guān)，并且例如改為由纟皮電動才幾驅(qū) 動的鼓風機協(xié)助并且被布置成靠近每個入口 。
圖8示出用來冷卻混合柴油電動機車的能量存儲系統(tǒng)412的系統(tǒng) 410的另外的實施例。能量存儲系統(tǒng)412包括一個或多個能量存儲裝 置415。盡管圖8示出了一個能量存儲裝置415，但是系統(tǒng)410可以 和多個能量存儲裝置415 —起被使用。系統(tǒng)410示例性地包括被配置 成密封能量存儲系統(tǒng)412的能量存儲裝置415的內(nèi)核422的內(nèi)殼420。 在冷卻空氣管道、入口和出口被去除的情況下，能量存儲裝置415的 內(nèi)核422包括能量存儲裝置的所有部件。內(nèi)殼420在能量存儲裝置415 的內(nèi)核422的周圍形成氣密容器。能量存儲裝置的所有內(nèi)核422部件 (包括內(nèi)部電子器件)都包含在內(nèi)殼420內(nèi)。
另外，系統(tǒng)410包括被配置成熱接合內(nèi)殼420的底部外表面432 的傳熱表面446。傳熱表面446示例性地位于內(nèi)殼420內(nèi)并且靠近底 部外表面432。傳熱表面446被配置成從內(nèi)核422內(nèi)抽取熱能到傳熱 表面446，用來隨后在對流期間將抽取的熱能傳遞到冷卻流體(在下 面討論)。盡管圖8示出位于內(nèi)殼420內(nèi)并且沿內(nèi)殼420的底部外表 面432的傳熱表面446,但是傳熱表面可以布置在內(nèi)殼外部并且沿內(nèi) 殼420的底部外表面。另外，盡管圖8示出沿內(nèi)殼的底部外表面定位 的傳熱表面，但是傳熱表面可以沿內(nèi)殼的任何外表面或內(nèi)殼的一個以 上的外表面定位，只要涉及冷卻系統(tǒng)的入口和出口的定位的某些參數(shù) 被滿足即可，如下所述。傳熱表面446可以是例如導(dǎo)熱材料和散熱器 材料中的 一 種，或者是能夠從內(nèi)核的內(nèi)部抽取熱能用于后來冷卻流體 的對流的任何材料，如下所述。另外，可以利用傳熱液體來替代內(nèi)殼 420內(nèi)以及內(nèi)核422內(nèi)的傳熱表面446，以促進到外表面(例如底部 外表面432 )的熱傳遞。
正如圖8中進一步示出的，外層424被配置成圍繞每個內(nèi)殼420。 外層424可以是由隔熱材料(例如WDS和/或VAC )制成的隔熱層。入 口 418示例性地位于外層424內(nèi)并且被配置成接收冷卻管道447內(nèi)的 冷卻流體428。冷卻管道447被配置成促進冷卻流體428與靠近底部 外表面432的傳熱表面446的對流。由于傳熱表面446已經(jīng)從內(nèi)核442 內(nèi)抽取熱能，因此傳熱表面在內(nèi)核422的內(nèi)部冷卻的同時被加熱。由 于機車的運轉(zhuǎn)迫使冷卻流體進入入口 418中，因此冷卻流體428在機
19車運轉(zhuǎn)期間熱接合傳熱表面446。在冷卻流體428經(jīng)歷與傳熱表面446 的對流之后，冷卻流體428通過位于入口 418上的出口 436。由于出 口 436位于入口 418上面，因此^f更于冷卻流體428的自然對流(即煙 囪效應(yīng))。因此，如果傳熱表面446被改變位置到內(nèi)殼420的另一外 表面，則出口可能需要根據(jù)冷卻管道和入口的重新定位而被重新定位 以確保維持出口高于入口的高度差。盡管圖8示出在外層424內(nèi)的一 個入口和一個出口 ， j旦是可以^吏用一個以上的入口 、出口和冷卻管道。
圖8示出位于外層424內(nèi)并且被配置成選擇性地打開和關(guān)閉入口 418來控制冷卻管道447內(nèi)的冷卻流體428的流動的可控入口 419。 控制器442示例性地被耦接到可控入口 419,并且具有存儲在存儲器 444中的最高溫度閾值和最低溫度閾值。最高和最低溫度閾值是表示 冷卻系統(tǒng)分別開啟和關(guān)閉的最高和最低溫度的最高和最低溫度閾值。 然而，系統(tǒng)410不需要任何這樣的最高和最低溫度閾值來進行操作。 控制器442被配置成監(jiān)控內(nèi)核422的溫度。圖8進一步示出位于可控 入口 419上面的外層424中并且被配置成與可控入口 419 一起選擇性 地打開和關(guān)閉的可控出口 437。在示范性實施例中，可控入口和可控 出口可以是活動閘門，例如，所述活動閘門可以被控制器選擇性地打 開和關(guān)閉以控制冷卻流體流到內(nèi)部空間中，但是可以使用用以選擇性 地打開和關(guān)閉相應(yīng)入口和出口的其它機構(gòu)?？刂破?42被配置成在控 制器442確定內(nèi)核422溫度小于最低溫度閾值后就關(guān)閉入口 418，并 且使冷卻管道447內(nèi)的冷卻流體428的流動停止。
在控制器使冷卻管道447內(nèi)的冷卻流體428的流動停止的情況 下，外部隔熱層424 :陂配置成將冷卻流體428與冷卻管道447隔熱并 且因此穩(wěn)定冷卻流體428和能量存儲裝置415的內(nèi)核422的溫度以實 現(xiàn)熱平衡。控制器442被配置成在控制器442確定內(nèi)核422溫度大于 最高溫度閾值后就打開入口 418,并且啟動在冷卻管道447內(nèi)的冷卻 流體428的流動。
圖10示出用來冷卻混合柴油電動車輛的能量存儲系統(tǒng)312的方 法500的示范性實施例，其中能量存儲系統(tǒng)312包括一個或多個能量 存儲裝置315。方法500從利用內(nèi)殼320密封(框502 )能量存儲裝 置315的內(nèi)核322開始(框501 ),后面是利用外層324圍繞(框504 ) 內(nèi)殼320。所述方法進一步包括通過外層324中的入口 318接收(框506 )冷卻流體并且使冷卻流體進入位于內(nèi)殼32G和外層324之間的 內(nèi)部空間326中。
圖11示出用來冷卻混合柴油電動車輛的能量存儲系統(tǒng)412的方 法600的示范性實施例，其中能量存儲系統(tǒng)412包括一個或多個能量 存儲裝置415。方法600從利用內(nèi)殼420密封(框602 )能量存儲裝 置415的內(nèi)核422開始(框601 )。方法600進一步包括熱接合(框 604 )內(nèi)殼420的外表面432與傳熱表面446。方法600進一步包括利 用外層424圍繞(框606 )內(nèi)殼420，并且通過外層424內(nèi)的入口 418 接收(框608 )冷卻流體428并且使冷卻流體進入到冷卻管道447內(nèi)。 所述方法進一步包括促進冷卻流體428靠近傳熱表面446并且通過位 于入口 418上面的出口 436的對流(框610)。
圖12示出用來冷卻混合柴油電動機車714的能量存儲系統(tǒng)712 的系統(tǒng)710的實施例。能量存儲系統(tǒng)712示例性地包括多個能量存儲 裝置715,包括在能量存儲裝置之中的具有最高溫度721的最高溫度 存儲裝置717和具有最低溫度723的最低溫度存儲裝置719。盡管圖 12示出位于機車平臺716下面的能量存儲裝置715,但是能量存儲裝 置715可以位于機車平臺716上方或上面。在圖12中示出的系統(tǒng)710 的示范性實施例進一步包括與空氣入口 718和每個能量存儲裝置715 流動連通的空氣管道724。在圖12的示范性實施例中，空氣入口 718 沿機車714的外表面720布置并且在機車平臺716上面，但是其可以 位于沿外表面的任何位置處，或者在機車平臺716上面或者在機車平 臺716下面。另外，系統(tǒng)710包括位于空氣管道724內(nèi)的鼓風機726 , 鼓風機726用于將外部空氣吸入空氣入口 718中并且通過空氣管道 724以使外部空氣經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置715。在圖12中示出 并且在此沒有討論的系統(tǒng)710的那些其它元件類似于以上討論的那些 元件，利用700標記，并且在此不需要進一步討論。
另外，如圖12的示范性實施例中所示，系統(tǒng)710進一步包括與 每個能量存儲裝置715耦接的控制器762?？刂破?62可以被耦接到 每個能量存儲裝置715的相應(yīng)溫度傳感器764?？刂破?62被配置成 增大每個能量存儲裝置715的溫度，所述每個能量存儲裝置715的溫 度低于最高溫度721減去存儲在控制器762的存儲器763中的預(yù)定閾 值。例如，如果最高溫度存儲裝置717具有300攝氏度的最高溫度721,并且控制器762的存儲器763中存儲的預(yù)定閾值是15攝氏度，則控 制器762開始利用多種熱源之一來增大具有小于285攝氏度的溫度的 每個能量存儲裝置715的溫度，如下所述。然而，具有300攝氏度的 最高溫度的最高溫度存儲裝置717的示范性實施例僅是實例并且最高 溫度存儲裝置717可以具有任何最高溫度721值。在圖12的示范性 實施例中示出的控制器762被配置成監(jiān)控每個能量存儲裝置715的溫 度，使得控制器在能量存儲裝置715的溫度超過最高溫度閾值時啟動 鼓風機726。另外，控制器在能量存儲裝置715的溫度降到最低溫度 閾值之下時停用鼓風機726。
盡管圖12示出連通耦接到一個空氣入口的一個空氣管道、位于 空氣管道內(nèi)的一個鼓風機、以及耦接到每個能量存儲裝置的一個控制 器，但是一個以上的空氣管道可以連通耦接到相應(yīng)入口， 一個以上的 鼓風機可以分別位于每個空氣管道內(nèi)，并且一個以上的控制器可以耦 接到每個能量存儲裝置。
圖13示出能量存儲系統(tǒng)712的相應(yīng)最高溫度存儲裝置717和最 低溫度存儲裝置719的最高溫度721和最低溫度723的示范性定時圖。 如圖13的示范性定時圖中所示，在大約t-150處，控制器762開始 增大最低存儲裝置719的溫度(正如控制器的開/關(guān)加熱波形7"所 指示的，波形727表示信號從控制器762到最低溫度存儲裝置719的 加熱裝置756 )以加熱最低溫度存儲裝置，如下所述。在圖13的示范 性實施例中，由于在t-150處的最低溫度723比最高溫度721減去存 儲在存儲器763中的預(yù)定閣值(例如10度)要小，因此控制器762 被配置成增大具有最低溫度723的最低溫度存儲裝置719的溫度?？?制器762被配置成增大最低溫度存儲裝置719 (和滿足適當標準的任 何能量存儲裝置715)的溫度到最高溫度721的預(yù)定范圍(例如5攝 氏度)之內(nèi)。在圖13的示范性實施例中，當最低溫度723在最高溫 度721的預(yù)定范圍(例如5攝氏度)之內(nèi)時，控制器762周期性地增 大最低溫度存儲裝置719的溫度，直到大約t = 310為止。根椐在每個 時間增量處利用溫度閾值手動估算每個能量存儲裝置的溫度與最高 溫度721之間的溫度差，控制器762可以手動增大滿足以上標準的每 個能量存儲裝置715的溫度。如圖13中所示，如果控制器762不增 大最低溫度存儲裝置719的溫度，則最低溫度723曲線將改為采用圖13中所示的另一最低溫度725曲線，并且通過最高溫度721和最低溫 度725之間的溫度差測量的能量存儲系統(tǒng)的工作范圍將顯著大于最高 溫度721與最低溫度723之間的溫度差的減小的工作范圍。在圖13 的示范性定時圖中，最高溫度721與最低溫度723的時間變化速率取 決于鼓風機速度726、在每個能量存儲裝置715上的能量荷栽以及每 個能量存儲裝置715的周圍溫度。
如上所述，當控制器762增大能量存儲裝置的溫度時，控制器762 被配置成啟動加熱裝置756(例如每個能量存儲裝置715的加熱電路)。 控制器762在機車的動態(tài)制動模式期間將來自機車714的牽引電動機 的熱能提供給每個加熱裝置756。然而，在示范性實施例中，控制器 762可以被配置成在例如機車的電動機驅(qū)動模式或空閑模式期間# 用 從機車發(fā)動機提供的熱能來啟動加熱裝置756 (例如每個能量存儲裝 置715的加熱電路)。
在控制器762的存儲器763內(nèi)，可以存儲相對于其它能量存儲裝 置具有一貫更低的溫度的歷史的特定能量存儲裝置715的標識
(identity)。在系統(tǒng)710運行期間，控制器762可以被配置成將具 有先前低溫歷史的存儲在存儲器763中的那些以前被標識的能量存儲 裝置715的溫度從低于最高溫度721減去預(yù)定閾值的溫度增大到大于 最高溫度721加上預(yù)定范圍的溫度。因此，控制器762被配置成通過 將具有先前更低溫度歷史的那些能量存儲裝置715加熱得超過最高溫 度721以對那些能量存儲裝置715糾正過度(在預(yù)料那些能量存儲裝 置721的溫度將下降得低于預(yù)期的情況下)。控制器762被配置成在 動態(tài)制動模式期間利用從牽引電動機提供的熱能增大被識別為具有 先前低溫歷史的能量存儲裝置715的溫度，而在電動機驅(qū)動模式或空 閑模式期間可以利用從機車發(fā)動機提供的熱能來增大它們的溫度。
控制器762被配置成將具有比最高溫度721減去預(yù)定閾值要低的 溫度的每個能量存儲裝置715的溫度預(yù)熱到最高溫度的預(yù)定范圍內(nèi)。 例如，控制器762可以將能量存儲裝置715的溫度從低于最高溫度330 攝氏度減去10攝氏度的預(yù)定閾值的溫度280攝氏度預(yù)熱到325攝氏 度，或預(yù)熱到最高溫度330攝氏度的預(yù)定范圍5度之內(nèi)?？刂破?62
被配置成在動態(tài)制動模式期間或在機車的動態(tài)制動模式終止之前預(yù) 熱每個能量存儲裝置715。除了以上所述的預(yù)熱能量存儲裝置之外，控制器762另外可以被 配置成將每個能量存儲裝置715的溫度從超出最低溫度72 3升高預(yù)定 閾值的溫度預(yù)先冷卻到最低溫度的預(yù)定范圍內(nèi)。例如，控制器762可 以從320攝氏度的溫度預(yù)先冷卻能量存儲裝置，因為該溫度在最低溫 度270攝氏度升高IO攝氏度的預(yù)定閾值的溫度之上，并且控制器762 可以將能量存儲裝置預(yù)先冷卻到275攝氏度，或預(yù)先冷卻到最低溫度 270攝氏度的預(yù)定范圍5攝氏度之內(nèi)。控制器762可以被配置成在遭 遇即將到來的預(yù)期動態(tài)制動模式之前預(yù)先冷卻每個能量存儲裝置 715,因為即將到來的加熱能量存儲裝置的時機是迫切的。
每個能量存儲裝置715都具有充電狀態(tài)，并且控制器762被配置 成預(yù)熱每個能量存儲裝置715的溫度。所述預(yù)熱可以基于充電狀態(tài)。 以上描述基于以前的歷史，也能夠根據(jù)存儲裝置的充電狀態(tài)獲得熱耗 散/溫度偏移的傳遞函數(shù)(例如高SOC裝置趨向于傳熱更快，而低SOC 裝置可以被加熱以補償所述不同溫度)。另一個選擇是，每個能量存 儲裝置的最佳工作溫度是SOC的函數(shù)。因此，可以調(diào)整SOC的差而不
是最高溫度存儲裝置和最低溫度存儲裝置之間的溫度差。
圖14示出系統(tǒng)710的另外的實施例，其中控制器762被配置成 使具有超出最高溫度721減去預(yù)定閾值的溫度的每個能量存儲裝置 715與能量存儲系統(tǒng)712斷開。在斷開滿足以上標準的能量存儲裝置 715中的每一個后，控制器就被配置成增大具有低于最高溫度721減 去預(yù)定閾值的溫度的每個能量存儲裝置715的溫度。在示范性實施例 中，如果最高溫度是300攝氏度，最低溫度是270攝氏度，并且預(yù)定 閾值是10攝氏度，則控制器762被配置成使具有超出290攝氏度的 溫度的每個能量存儲裝置715斷開并且進一步被配置成增大具有低于 290攝氏度的溫度的每個能量存儲裝置715的溫度。在另外的實施例 中，控制器可以被配置成斷開最高溫度存儲裝置717并且增大最低溫 度存儲裝置719的溫度?？刂破?62被配置成利用先前討論的標準斷 開每個能量存儲裝置715并且在每個能量存儲裝置上的低功率需求期 間利用先前討論的標準來增大每個能量存儲裝置715。對每個能量存 儲裝置715的低功率需求可能出現(xiàn)在機車714的動態(tài)或制動推進模式 期間。例如，如杲機車714需要來自40個能量存儲裝置的二次能量 (secondary energy)中的400 HP (這樣每個能量存儲裝置折合10HP)，那么，如果控制器762斷開具有最熱溫度的20個能量存儲裝 置，則剩余的20個能量存儲裝置將必然承擔它們以前栽荷的兩倍(或 每個20 HP)，從而增大了它們各自的溫度。因此，控制器762被配 置成通過增大對每個能量存儲裝置715的功率需求來增大滿足以上標 準的每個能量存儲裝置715的溫度。然而，控制器762可以利用除了 增大每個能量存儲裝置的相應(yīng)栽荷以外的方法增大來自能量存儲系 統(tǒng)的能量存儲裝置的溫度。在動態(tài)制動模式期間，熱能可以從牽引電 動機提供，熱能然后被提供給每個能量存儲裝置715的相應(yīng)加熱裝置 756?？商鎿Q地，對每個能量存儲裝置715的低功率需求可能出現(xiàn)在 電動機驅(qū)動模式或空閑模式期間，在該情況下提供給每個相應(yīng)加熱裝 置756的熱能可以來自機車發(fā)動機。
如圖14的示范性定時圖中所示，由于最高能量721超過最高能 量減去預(yù)定閾值，因此控制器762在大約t-100處使最高溫度存儲裝 置717與能量存儲系統(tǒng)712斷開。同時，由于最低溫度723低于最高 溫度721減去預(yù)定閾值(例如IO攝氏度)，控制器762開始增大最 低溫度存儲裝置719的溫度。盡管最高溫度存儲裝置717與能量存儲 系統(tǒng)712斷開，但是最高溫度721仍然被控制器762跟蹤并且在圖14 中被標示。由在大約t=120、 300和360處的波形來描繪在最低溫度 存儲裝置719內(nèi)的加熱裝置756的啟動。如圖14的示范性實施例中 所示，對于相應(yīng)最高溫度存儲裝置717和最低溫度存儲裝置719,控 制器762被配置成隨著時間過去將最高溫度721和最低溫度723之間 的差最小化。當比較在比較控制器762斷開最高溫度存儲裝置717并 且增大最低溫度存儲裝置719的溫度之后的最高溫度721和最低溫度 723曲線與如果控制器762不斷開或加熱相應(yīng)最高溫度存儲裝置717 和最低溫度存儲裝置719將產(chǎn)生的最低溫度7 33曲線和最高溫度731 曲線時，描繪該最小化。如圖14中所示，由最高能量721和最低能 量723之間的溫度差測量的能量存儲系統(tǒng)712的工作范圍在控制器 762斷開最高溫度存儲裝置717并且增大最低溫度存儲裝置719的溫 度之后顯著減小。盡管圖14描繪了斷開和增大單個最高能量裝置717 和最低能量裝置719的能量的控制器762,但是控制器可以斷開多個 能量裝置并且增大多個能量裝置的溫度，這樣以使能量存儲系統(tǒng)的工 作溫度范圍變窄。因此，圖14的示范性示意圖包括示范性值和范圍，
25并且本發(fā)明的實施例并不限于圖14或本申請的任何其它示范圖中所 示的任何示范性值或范圍。
如圖15的示范性實施例中所示，控制器762被配置成斷開一個 或多個能量存儲裝置715?？刂破骺梢员获罱拥狡叫锌偩€電路764， 其中每個平行總線電路包括一個或多個開關(guān)766,所述一個或多個開 關(guān)766被配置成選擇性地連接每個平行總線電路764內(nèi)并聯(lián)配置的每 個能量存儲裝置715?？刂破?62被配置成選擇性地接通和斷開每個 開關(guān)766以分別連接和斷開每個能量存儲裝置715與能量存儲系統(tǒng) 712，正如先前所公開的。
圖16示出用來冷卻混合柴油電動機車714的能量存儲系統(tǒng)712 的方法800的示范性實施例。能量存儲系統(tǒng)712包括多個能量存儲裝 置715，包括具有最高溫度721的最高溫度存儲裝置717和具有最低 溫度723的最低溫度存儲裝置719。方法800從連通耦接(框802 ) 空氣管道724到空氣入口 718和每個能量存儲裝置715開始(框801 )。 方法800進一步包括在空氣管道724內(nèi)定位(框804 )鼓風機"6以 將外部空氣吸入空氣入口 718中并且通過空氣管道724以使外部空氣 經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置715。所述方法進一步包括在框807處 結(jié)束之前增大(框806 )具有低于最高溫度721至少減去預(yù)定閾值的 溫度的每個能量存儲裝置715的溫度。
圖17示出用來冷卻混合柴油電動機車714的能量存儲系統(tǒng)712 的方法900的示范性實施例。能量存儲系統(tǒng)712包括多個能量存儲裝 置715,包括具有最高溫度721的最高溫度存儲裝置717和具有最低 溫度723的最低溫度存儲裝置719。方法900從連通耦接(框902 ) 空氣管道724到空氣入口 718和每個能量存儲裝置715開始(框901 )。 方法900隨后包括在空氣管道924內(nèi)定位(框904 )至少一個鼓風機 926以將外部空氣吸入空氣入口 718中并且通過空氣管道924以使外 部空氣經(jīng)過或通過每個能量存儲裝置715。所述方法進一步包括在框 907處結(jié)束之前斷開(906 )具有超出最高溫度721減去預(yù)定閾值的溫 度的一個或多個能量存儲裝置715與能量存儲系統(tǒng)712以增大具有低 于最高溫度721減去預(yù)定閣值的溫度的每個能量存儲裝置715的溫 度。
根據(jù)前述說明，可以利用包含計算機軟件、固件、硬件或其任何組合或子集的計算機編程或工程技術(shù)執(zhí)行以上討論的本發(fā)明的實施 例，其中技術(shù)效果是冷卻混合柴油發(fā)電機車輛的每個能量存儲裝置。
任何這種具有計算機可讀編碼工具的合成程序可以被包含或設(shè)置在 一個或多個計算機可讀媒介內(nèi)，由此制造計算機程序產(chǎn)品(即根據(jù)討 論的本發(fā)明的實施例的制造物品)。所述計算機可讀媒介可以是例如 固定(硬)驅(qū)動器、磁盤、光盤、磁帶、半導(dǎo)體存儲器例如只讀存儲
器(ROM)等等、或任何傳送/接收媒介例如因特網(wǎng)或其它通訊網(wǎng)絡(luò)或 線路?？梢酝ㄟ^從一個媒介直接執(zhí)行編碼、通過從一個媒介復(fù)制編碼 到另一個媒介、或通過在網(wǎng)絡(luò)上傳送編碼來制造或/或使用包含所述 計算機編碼的制造物 品o
計算機科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠容易地組合如所述制作的軟 件與合適的通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C硬件例如微處理器來制作本發(fā)明的方 法實施例的計算機系統(tǒng)或計算機子系統(tǒng)。用來制造、使用或出售本發(fā) 明的實施例的設(shè)備可以是 一 個或多個處理系統(tǒng)，包括但不限于中央處
理器(CPU)、存儲器、存儲裝置、通信線路或裝置、服務(wù)器、1/0裝
置、或者一個或多個處理系統(tǒng)的任何子部件，包括軟件、固件、硬件 或其任何組合或子集，這包括有那些被討論的本發(fā)明的實施例。
本書面描述利用實例公開本發(fā)明的實施例，包括最佳模式，并且 也使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的實施 例可以取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括被本領(lǐng)域技術(shù) 人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有與權(quán)利要求的字面語 言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如杲這樣的其它實例包括與權(quán)利要求的 字面語言沒有實質(zhì)差別的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們被確定在權(quán)利要求的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置，所述系統(tǒng)包括被配置成密封所述能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置的至少一個內(nèi)核的至少一個內(nèi)殼，被配置成圍繞所述至少一個內(nèi)殼的至少一個外層；以及位于所述至少一個內(nèi)殼和所述至少一個外層之間的內(nèi)部空間，所述內(nèi)部空間被配置成通過所述外層中的入口接收冷卻流體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述能量存儲系統(tǒng)用于混合電動車輛，所述混合電動車輛是混合電動機車、混合電動越野車或混合電動海上運輸工具中的一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述外層是隔熱層， 一個內(nèi)殼被配置成密封一個內(nèi)核， 一個外層圍繞所述內(nèi)殼，所述內(nèi)殼和外層被配置成促進所述冷卻流體沿所述內(nèi)殼的至少一個外表面的對流，所述冷卻流體通過所述入口被接收并且進入到所述內(nèi)部空間中。
4. 根椐權(quán)利要求3的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)殼是包括六個外表面的矩形殼，所述六個外表面包含四個側(cè)表面和兩個端表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括在所述外層中的出口以促進所述冷卻流體沿所述四個側(cè)表面的對流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述出口被布置成靠近所述外層中的所述入口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述內(nèi)殼進一步包括沿所述至少一個外表面的至少一個內(nèi)隔熱層，所述至少一個內(nèi)隔熱層被配置成控制所述冷卻流體在所述內(nèi)部空間內(nèi)沿所述至少一個外表面的對流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述至少一個內(nèi)隔熱層被配置成穩(wěn)定冷卻流體在所述內(nèi)部空間內(nèi)沿所述內(nèi)殼的所述至少一個相應(yīng)外表面的相應(yīng)對流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)隔熱層沿所述內(nèi)殼的底部外表面定位以減少所述冷卻流體沿所述底部外表面的對流，在沒有沿所述底部外表面的所述內(nèi)隔熱層的情況下的所述冷卻流體的所述對流大于所述冷卻流體沿所述內(nèi)殼的頂部外表面的對流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述至少一個內(nèi)隔熱層沿多個外表面定位，所述多個外表面具有所述外表面之間的變化厚度和沿所述多個外表面中的一個的變化厚度中的至少 一個，以穩(wěn)定冷卻流體在所述內(nèi)部空間中沿所述內(nèi)殼的所述至少一個相應(yīng)外表面的相應(yīng)對流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括在所述外層中的可控出口 ，所述可控出口被配置成選擇性地打開和關(guān)閉所述出口以控制所述內(nèi)部空間內(nèi)的冷卻流體的流動；以及被耦接到所述可控出口 、在存儲器中具有存儲的最高和最低溫度閾值的控制器，所述控制器被配置成監(jiān)控所述內(nèi)核的溫度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成在所迷控制器已經(jīng)確定所述內(nèi)核的溫度小于所述最低溫度閾值后就關(guān)閉所述出口以使所述內(nèi)部空間內(nèi)的冷卻流體的流動停止。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述外隔熱層被配置成穩(wěn)定所述冷卻流體和所述能量存儲裝置的所迷內(nèi)核的溫度以實現(xiàn)熱平衡。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成在所迷控制器已經(jīng)確定所述內(nèi)核的所述溫度大于所述最高溫度閾值后就打開所述可控出口并且啟動在所述內(nèi)部空間內(nèi)的冷卻流體的流動。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)殼的所述至少一個外表面被配置成參與通過所述入口接收的所述冷卻流體的對流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求3的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述能量存儲裝置的所述內(nèi)核是具有至少一個內(nèi)部冷卻管道以及從所述能量存儲裝置除去的入口和出口中的至少一個的能量存儲裝置。
17. —種用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置，所述系統(tǒng)包括被配置成密封所述能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置的至少一個內(nèi)核的至少一個內(nèi)殼；被配置成熱接合所述內(nèi)殼的相應(yīng)外表面的至少一個傳熱表面；被配置成圍繞所述至少一個內(nèi)殼的至少一個外層，以及在所述外層內(nèi)的入口 ，所述入口被配置成接收冷卻流體管道內(nèi)的冷卻流體，所述冷卻流體管道被配置成促進靠近所述至少一個傳熱表面并且通過位于所述入口上面的相應(yīng)出口的所述冷卻流體的對流。
18. 根椐權(quán)利要求17的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述能量存儲系統(tǒng)用于混合電動車輛，作為混合電動車輛之 一 的所述混合能量車輛是混合電動機車、混合電動越野車或混合電動海上運輸工具。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中一個內(nèi)殼被配置成密封一個內(nèi)核， 一個傳熱表面被配置成熱接合所述內(nèi)殼的相應(yīng)外表面，并且所述外層是外隔熱層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括在所述外層中的可控入口 ，所述可控入口被配置成選擇性地打開和關(guān)閉以控制所述空氣管道內(nèi)的冷卻流體的流動；以及被耦接到所述可控入口、在存儲器中具有存儲的最低和最高溫度閾值的控制器，所述控制器被配置成監(jiān)控所述內(nèi)核的溫度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括在位于所述可控入口上面的所述外層中并且被配置成與所述可控入口一起選擇性地打開和關(guān)閉的可控出口 。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成在所述控制器已經(jīng)確定所述內(nèi)核溫度小于所述最低溫度閾值后就關(guān)閉所述入口并且使所述空氣管道內(nèi)的冷卻流體的流動停止。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述外隔熱層被配置成穩(wěn)定所述冷卻流體和所述能量存儲裝置的所述內(nèi)核的溫度以實現(xiàn)熱平衡。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所迷控制器被配置成在所述控制器已經(jīng)確定所述內(nèi)核的所述溫度大于所述最高溫度閾值后就打開所述入口并且啟動在所述空氣管道內(nèi)的冷卻流體的流動。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)殼的一個外表面被配置成熱接合傳熱表面，以促進所述冷卻流體與靠近外表面的所述傳熱表面的對流。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)殼的底表面被配置成熱接合傳熱表面，所述空氣管道被配置成促進靠近所述傳熱表面的所述冷卻流體的對流。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括被布置成靠近所述機車外部的所述入口的至少一個斗式裝置，所述至少一個斗式裝置被配置成在所述機車運轉(zhuǎn)時引導(dǎo)外部空氣進入到所述入口內(nèi)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所迷傳熱表面位于靠近相應(yīng)外表面的所述內(nèi)殼內(nèi)，所述傳熱表面被配置成從內(nèi)核內(nèi)抽取熱能到傳熱表面。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，所迷傳熱表面是導(dǎo)熱材料和散熱器材料中的 一種。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，進一步包括被配置成在內(nèi)核內(nèi)循環(huán)以穩(wěn)定內(nèi)核的內(nèi)部溫度的內(nèi)部冷卻介質(zhì)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)核包括多個單元電池，所述多個單元電池包括在各個單元電池之間的至少 一 個空氣間隙，所述至少 一 個空氣間隙導(dǎo)致所述內(nèi)核內(nèi)相應(yīng)內(nèi)部溫度不平衡；所述內(nèi)部冷卻介質(zhì)被配置成傳導(dǎo)所述空氣間隙之間的熱能以減少所述空氣間隙的出現(xiàn)并且穩(wěn)定所述內(nèi)部溫度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求18的用來冷卻能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述至少一個外層包括第一隔熱層和圍繞靠近所述內(nèi)殼的至少一個外表面的所述空氣管道的至少一部分的第二隔熱層。
33. —種用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法，所迷能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置，所述方法包括利用至少一個內(nèi)殼密封所述能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置的至少一個內(nèi)核；利用至少一個外層圍繞所述至少一個內(nèi)殼；以及 通過所述外層中的入口接收冷卻流體并且進入位于所述至少一個內(nèi)殼和所述至少 一 個外層之間的內(nèi)部空間。
34. —種用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的方法，所述能 量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置，所述方法包括利用至少一個內(nèi)殼密封所述能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置的至少一個內(nèi)核；熱接合所述內(nèi)殼的相應(yīng)外表面與至少一個傳熱表面；利用至少一個外層圍繞所述至少一個內(nèi)殼；以及 通過在所述外層內(nèi)的入口并且在至少一個相應(yīng)空氣管道內(nèi)接收 冷卻流體；以及促進靠近所述至少一個傳熱表面并且通過位于所述入口上面的 出口的所述冷卻流體的對流。
全文摘要
提供一種用來冷卻混合電動車輛的能量存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)。所述能量存儲系統(tǒng)包括至少一個能量存儲裝置。所述系統(tǒng)包括被配置成密封能量存儲系統(tǒng)的至少一個相應(yīng)能量存儲裝置的至少一個內(nèi)核的至少一個內(nèi)殼。另外，所述系統(tǒng)包括被配置成圍繞所述至少一個內(nèi)殼的至少一個外層。所述系統(tǒng)進一步包括位于所述至少一個內(nèi)殼和所述至少一個外層之間的內(nèi)部空間，其中內(nèi)部空間被配置成通過外層中的至少一個入口接收冷卻流體。
文檔編號H01M2/10GK101689688SQ200880023807
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日
發(fā)明者A·K·庫馬, J·D·布蒂恩 申請人:通用電氣公司