CN110223846A - 空调一体机、超级电容恒温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空调一体机及超级电容恒温系统，空调一体机采用内外机一体化设计。超级电容恒温系统包括空调箱、超级电容箱以及电气箱，超级电容箱内腔设置有多个超级电容模组，各超级电容模组设置有温度传感器、以及BMS电池管理系统，电气箱内腔设置有主控器，主控器与BMS电池管理系统以及空调一体机连接。温度传感器采集各超级电容模组的工作环境温度信息，BMS电池管理系统接收温度传感器采集的温度信息并实时监测超级电容主体的电压信息，主控器根据接收的温度信息以及电压信息调节超级电容系统在制冷模式、加热模式或均衡模式下工作，控制超级电容模组工作在最佳温度范围，提高了超级电容的性能和寿命。

Description

空调一体机、超级电容恒温系统

技术领域

本发明属于超级电容散热技术领域，尤其涉及一种空调一体机及超级电容恒温系统。

背景技术

超级电容储能系统在轨道车辆中广泛应用。超级电容充放电时，自身发热量较高，高温下超级电容内阻升高，寿命严重缩短；而温度过低时，超级电容的充放电倍率会急剧降低。因此，必须针对超级电容的工作状态及环境，配置合理的恒温系统，使超级电容在适宜温度环境下工作，以获得最佳的性能和寿命。超级电容系统常用的散热方式有强迫风冷、液冷等，液冷系统结构复杂，且要保证超级电容模组热量能传导至冷板上；强迫风冷可利用自然风、空调风、客室的空调废风等。用自然风或客室废风冷却的散热系统，结构简单，但超级电容与外环境相通，外界水汽进入后会在超级电容周围产生冷凝水，对防护等级较低的超级电容模组，易造成超级电容短路发热，甚是引发自燃、爆炸等事故。

例如，专利CN106128779B公开了一种超级电容散热系统，包括箱体、超级电容模组、风机组件、电加热组件和散热风机；箱体包括上罩壳、下罩壳、左罩壳、右罩壳和前后罩壳；风机组件通过设有的顶部进风口连通超级电容模组气路；风机组件通过设有的侧进风口连通左罩壳的下出风口通路；风机组件通过设有的底部出风口连通下罩壳的底端进风口通路；电加热组件的外层腔体通过设有的上进气口连通右罩壳的下进风口通路，电加热组件内层腔体底端连通下罩壳通路，电加热组件的内层腔体侧连通超级电容模组气路。即上述散热系统虽然可利用客室空调等车辆现有资源，实现外循环冷却模式、内循环冷却模式、内循环加热模式和混合模式，有效减轻散热系统重量。虽然上述超级电容散热系统中可以将超级电容箱体与空调机通过管路连接，通过空调机控制超级电容箱体的散热，但容易造成密封性差导致超级电容与外环境相通，外界水汽进入后会在超级电容周围产生冷凝水，使超级电容短路发热；且超级电容箱体与空调机为两个独立的结构，超级电容箱体本身不自带散热系统，与空调机连接时，容易受空调机安装位置以及周围环境的影响，安装不方便，便捷性差；同时，系统没有自带控制系统，不能实时监测超级电容箱中超级电容模组的工作状态，易使其因温度过高造成损坏。

因此，有必要结合上述现有超级电容散热系统，在现有超级电容系统设计的基础上进行改进，提供一种新的超级电容恒温系统。

发明内容

本发明针对上述现有超级电容散热系统存在的不足，提供了一种空调一体机及超级电容恒温系统，空调采用内、外机一体化设计；超级电容恒温系统设置为独立的空调箱与超级电容箱、电气箱拼接而成，结构紧凑，安装方便；超级电容恒温系统可以实时监测超级电容工作环境温度，控制其在制冷、加热或均衡工作模式下工作，提高了超级电容的性能和寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种空调一体机，包括：第一箱体、冷凝器、压缩机、贮液干燥器、冷凝风机、蒸发器以及电加热模块；所述第一箱体包括前罩板与后罩板，所述前罩板、后罩板上设置有第一风道；所述第一箱体的内腔设置有与所述前罩板、后罩板并排设置的第一隔板，所述第一隔板将所述第一箱体的内腔分隔为第一腔室与第二腔室；所述冷凝器、压缩机、贮液干燥器以及冷凝风机安装于所述第一腔室内，所述电加热模块与蒸发器在水平方向上并排安装于所述第二腔室内。

优选的，所述第一隔板上设置有用于线缆及管路通过的通孔，所述通孔设置有旋转密封件，用于将所述第一腔室与第二腔室密封隔离。

优选的，所述的空调一体机进一步包括电气控制系统，所述电气控制系统设置为独立的密闭箱，并安装于所述第一腔室内。

本发明还提供了一种超级电容恒温系统，包括空调箱、超级电容箱以及电气箱，所述空调箱采用所述的空调一体机；所述超级电容箱内腔设置有多个超级电容模组，各超级电容模组包括温度传感器、超级电容主体、以及BMS电池管理系统；所述温度传感器与BMS电池管理系统均设置于所述超级电容主体上，所述BMS电池管理系统与所述超级电容主体以及温度传感器连接；所述电气箱内腔设置有主控器，所述主控器与BMS电池管理系统以及空调一体机连接；所述温度传感器采集各超级电容模组的工作环境温度信息并传输至BMS电池管理系统，所述BMS电池管理系统将采集的温度信息以及超级电容主体的电压信息传送至主控器，所述主控器根据接收的温度信息以及电压信息控制空调一体机工作模式切换；所述工作模式包括制冷模式、加热模式、以及均衡模式。

优选的，所述超级电容箱包括第二箱体，多个超级电容模组安装于所述第二箱体内，所述第二箱体上开设有第二风道，与所述空调一体机的第二腔室空气流通。

优选的，所述第二箱体的内腔设置有第二隔板，所述第二隔板将所述第二箱体的内腔分隔为多个腔室；各超级电容模组均匀分布于各个腔室内；所述超级电容模组与第二隔板之间隔离有PC板。

优选的，所述第二隔板沿高度方向的两端设置有导风板。

优选的，所述超级电容主体包括多层超级电容单体，每层超级电容单体上设置有第三风道。

优选的，所述的超级电容恒温系统进一步包括两个带蜗壳的离心风机，所述离心风机设置于所述第二箱体的内腔内，与所述主控器连接，主控器控制所述离心风机在各工作模式下工作。

优选的，所述第二箱体内腔设置有用于安装离心风机的安装板，所述安装板上设置有导流风罩。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种空调一体机与超级电容恒温系统，空调采用内、外机一体化结构设计为独立的空调箱，超级电容恒温系统由空调箱、超级电容箱以及电气箱拼接而成，结构紧凑，安装方便。超级电容箱与空调箱的室内机部分(即第二腔室)连通，通过设计合理的内外循环散热风道，形成相对密闭的空气内循环环境，隔绝了外界水汽，解决了冷凝水的问题。同时，各个超级电容模组均设置有温度传感器以及BMS电池管理系统，电气箱中设置有主控器，以实时监测超级电容模组的温度信息以及电压信息，调节超级电容系统在制冷模式、加热模式或均衡模式下工作，控制超级电容模组工作在最佳温度范围，提高了超级电容的性能和寿命。

附图说明

图1为本发明的空调一体机结构图；

图2为本发明的超级电容恒温系统结构图；

图3为本发明的超级电容恒温系统结构图；

图4为本发明的超级电容模组结构图；

图5为本发明的离心风机结构图；

图6为本发明的超级电容恒温系统工作原理图；

其中：1-空调箱、11-第一箱体、111-前罩板、112-后罩板、113-第一风道、114-第一隔板、115-第一腔室、116-第二腔室、12-冷凝器、13-压缩机、14-贮液干燥器、15-冷凝风机、16-蒸发器、17-电加热模块、18-电气控制系统、2-超级电容箱、21-第二箱体、211-第二风道、212-第二隔板、213-导风板、214-PC板、22-超级电容模组、221-超级电容主体、222-BMS电池管理系统、223-第三风道、23-离心风机、231-安装板、232-导流风罩、3-电气箱、4-吊耳。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请的其中一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

参考图1所示，本实施例中提供了一种空调一体机，包括：第一箱体11、冷凝器12、压缩机13、贮液干燥器14、冷凝风机15、蒸发器16、电加热模块17以及电气控制系统18。第一箱体11包括前罩板111与后罩板112，前罩板111与后罩板112上设置有第一风道113；第一箱体11的内腔设置有与前罩板111、后罩板112并排设置的第一隔板114，第一隔板114将第一箱体11的内腔分隔为第一腔室115与第二腔室116。冷凝器12、压缩机13、贮液干燥器14以及冷凝风机15安装于第一腔室115内，构成空调室外机部分，与室外空气流通。电加热模块17与蒸发器16在水平方向上并排安装于第二腔室116内，构成室内机部分，内、外室之间相应设置有管道和电缆连接。其中，第一隔板114上开设有用于管道以及电缆通过的通孔，通孔处设置有旋转密封件，将第一腔室115与第二腔室116密封隔离，防止水汽从第一腔室115进入第二腔室116。同时，第二腔室116内可设置有蒸发风机，便于实现空气循环流通。电气控制系统18安装于第一腔室115内，实现对空调制冷制热等工作的控制。电气控制系统18可设置为独立的密闭箱，并可以单独拆卸，方便维护。

上述空调一体机可在制冷与加热模式下工作，具体的工作过程为：

制冷模式：压缩机13工作后，在蒸发器16中吸收热量后变为低温低压的气态制冷剂，经压缩机13吸入压缩后，将制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，排入冷凝器12。高温高压的气态制冷剂进入冷凝器12后，在冷凝风机15的作用下向周围环境中散热，同时冷凝为高温高压液态制冷剂。高温高压的液态制冷剂通过贮液干燥器14干燥过滤后，经膨胀阀节流降温降压后，变为低温低压液态与气态制冷剂的混合物进入蒸发器16。低温低压液态与气态制冷剂的混合物在蒸发器16中气化，吸收热量而起到降温的效果，同时析出冷凝水。吸收热量后的制冷剂蒸发变为低温低压的气态制冷剂，经压缩机13吸入后在进行压缩，实现制冷循环。

加热模式：电加热模块17工作后，在蒸发风机的作用下向周围环境中散热，使空气流通。

以下将上述实施例提供的空调一体机应用于超级电容散热系统设计中，参考图2、图3、图4、图5、图6所示。

一种超级电容恒温系统，包括空调箱1、超级电容箱2以及电气箱3，其中空调箱1采用上述设计的空调一体机；超级电容箱2包括第二箱体21、超级电容模组22、以及离心风机23，第二箱体21内腔设置有多个超级电容模组22，第二箱体21上开设有第二风道211，使第二箱体21的内腔与空调一体机的第二腔室116空气流通。超级电容模组22与离心风机23均安装于第二箱体21的内腔内。本实施例中，空调箱1的室内机部分与超级电容箱2连通，具有和超级电容箱2相同防护等级，空调箱1采用内、外机一体化设计，设计为独立的箱体结构与超级电容箱2拼接，其结构紧凑，安装方便，便于通过空调机对超级电容箱控制。

同时，本实施例中各个超级电容模组22包括由多层超级电容单体组成的超级电容主体221，超级电容主体221上布置有温度传感器以及BMS电池管理系统222；温度传感器采集超级电容模组的工作环境的温度信息，BMS电池管理系统接收温度传感器采集的温度信息并实时监测超级电容主体的电压信息。电气箱3内腔设置有主控器，主控器与BMS电池管理系统222、空调一体机以及离心风机23连接。温度传感器采集各超级电容模组的工作环境温度信息并传输至BMS电池管理系统，BMS电池管理系统将采集的温度信息以及电压信息传送至主控器，主控器实时监测超级电容模组的温度信息以及电压信息，发送控制指令至空调一体机，调节空调一体机工作，控制超级电容主体工作在最佳温度范围。

进一步参考图3、图4所示，本实施例中超级电容模组22由四周八根长螺杆定位，每层超级电容单体上设置有第三风道223，这种敞开式的镂空风道结构设计使超级电容模组的风冷散热效果显著。第二箱体21的内腔内设置有第二隔板212，第二隔板212将第二箱体21的内腔分隔为多个腔室，多个超级电容模组22均匀分布于各个腔室内。第二隔板212作为超级电容箱2的加强梁增强了箱体刚度，同时将超级电容模组22隔离为箱体的多个子系统，减少相邻超级电容模组22之间的传热，保证电容箱温度场的均匀性。第二隔板212沿高度方向的两端设置有导风板213，保证空调箱1产生的冷空气可通过超级电容模组22中部，减少超级电容模组22两侧的空气流动，同时各超级电容模组与第二隔板之间隔离有PC板214，保证超级电容模组之间的电气绝缘。

进一步参考图2、图5所示，本实施例中具体采用两个带蜗壳的离心风机23，第二箱体21的内腔设置有安装板231，离心风机23安装在安装板231上，安装板231上设置有导流风罩232，有助于风场均匀，减小风阻。离心风机23可与主控器连接，主控器控制离心风机工作。本实施例中空调箱1的室内机部分与超级电容箱2连接，形成密闭腔，由设置于超级电容模组的第三通道223在离心风机23的作用下，空气在密闭腔内循环，形成内循环系统；室外机部分与外界空气进行外循环，形成外循环系统。本实施例中的超级电容箱中还可以设置有烟雾报警器。

进一步参考图2、图3所示，本实施例中空调箱1、超级电容箱2以及电气箱3的每个箱体可单独加工，然后通过螺栓连接，空调箱1与超级电容箱2连接处的吊耳4设置于超级电容箱2上，避免后期安装吊耳产生装配误差。并在接触面及接缝处进行涂胶处理，以保证箱体的防护等级，此拼接方式可实现超级电容箱、空调箱、电气箱分别加工、装配，提高了工作效率。

因此，进一步参考图6所示，本实施例中的超级电容恒温系统可以在制冷、加热以及均衡三种模式下切换工作。即：

制冷模式时：主控器控制空调一体机制冷，超级电容箱2内离心风机23启动。在离心风机23的抽风作用下，空气在室内机与第二箱体21形成的密闭腔内流通，经过室内机的蒸发器16冷却，冷空气经过设置于超级电容模组22的第三通道223后被加热，热空气被吸入离心风机23后，回流到室内机的蒸发器16，完成一个散热内循环。控制冷凝风机15工作，外部空气流过冷凝器12带走冷凝器热量后，在冷凝风机15的作用下流出室外。

加热模式时：当超级电容模组的工作温度过低时，主控器控制空调启动加热模式，空调的电加热模块17工作，此时室外机部分不工作，没有空气外循环。在离心风机23的抽风作用下，热量在室内机与第二箱体21形成的密闭腔内流通，给超级电容模组加热。加热模式主要在冬季气温较低的状态下启动。

均衡模式时：当主控器检测到超级电容模组发热量小且外界温度较低时，空调器不工作，控制启动离心风机23，进行空气内循环，使空气在超级电容模组22的第三通道221进行空气内循环，将超级电容模组22内部热量散发。

综上可知，虽然现有的超级电容散热系统也可以与外设的空调机进行连接，通过空调机控制超级电容箱体的散热，但是其超级电容箱体与空调机为两个独立的结构，超级电容箱体本身不自带空调散热系统，与空调机连接时，容易受空调机安装位置以及周围环境的影响，安装不方便，便捷性差。与现有的超级电容散热系统相比，本发明的超级电容恒温系统将空调箱、超级电容箱以及电气箱拼接在一起，超级电容箱的各超级电容模组均设置有温度传感器以及BMS电池管理系统，电气箱中设置有主控器，以实时监测超级电容模组的温度信息以及电压信息，调节超级电容系统在制冷模式、加热模式或均衡模式下工作，控制超级电容主体工作在最佳温度范围，提高了超级电容的性能和寿命。

同时，本发明将空调设置为独立的室内外机一体化结构，室内机与超级电容箱体连通，既保证超级电容箱体的密封性；同时，设计合理的内外循环散热风道，形成相对密闭的空气内循环环境，隔绝了外界水汽，解决了冷凝水的问题，提高超级电容系统的安全性。本发明的空调箱、超级电容箱以及电气箱可单独设计，安装方便，结构紧凑。箱体采用铝合金材质、全铆接的生产工艺，实现了箱体轻量化设计、减少箱体变形。

Claims (10)

1.一种空调一体机，其特征在于，包括：第一箱体、冷凝器、压缩机、贮液干燥器、冷凝风机、蒸发器以及电加热模块；所述第一箱体包括前罩板与后罩板，所述前罩板、后罩板上设置有第一风道；所述第一箱体的内腔设置有与所述前罩板、后罩板并排设置的第一隔板，所述第一隔板将所述第一箱体的内腔分隔为第一腔室与第二腔室；所述冷凝器、压缩机、贮液干燥器以及冷凝风机安装于所述第一腔室内，所述电加热模块与蒸发器在水平方向上并排安装于所述第二腔室内。

2.根据权利要求1所述的空调一体机，其特征在于，所述第一隔板上设置有用于线缆及管路通过的通孔，所述通孔设置有旋转密封件，用于将所述第一腔室与第二腔室密封隔离。

3.根据权利要求1或2所述的空调一体机，其特征在于，进一步包括电气控制系统，所述电气控制系统设置为独立的密闭箱，并安装于所述第一腔室内。

4.一种超级电容恒温系统，其特征在于，包括空调箱、超级电容箱以及电气箱，所述空调箱采用权利要求1-3所述的空调一体机；所述超级电容箱内腔设置有多个超级电容模组，各超级电容模组包括温度传感器、超级电容主体、以及BMS电池管理系统；所述温度传感器与BMS电池管理系统均设置于所述超级电容主体上，所述BMS电池管理系统与所述超级电容主体以及温度传感器连接；所述电气箱内腔设置有主控器，所述主控器与BMS电池管理系统以及空调一体机连接；所述温度传感器采集各超级电容模组的工作环境温度信息并传输至BMS电池管理系统，所述BMS电池管理系统将采集的温度信息以及超级电容主体的电压信息传送至主控器，所述主控器根据接收的温度信息以及电压信息控制空调一体机工作模式切换；所述工作模式包括制冷模式、加热模式、以及均衡模式。

5.根据权利要求4所述的超级电容恒温系统，其特征在于，所述超级电容箱包括第二箱体，多个超级电容模组安装于所述第二箱体内，所述第二箱体上开设有第二风道，与所述空调一体机的第二腔室空气流通。

6.根据权利要求5所述的超级电容恒温系统，其特征在于，所述第二箱体的内腔设置有第二隔板，所述第二隔板将所述第二箱体的内腔分隔为多个腔室；各超级电容模组均匀分布于各个腔室内；所述超级电容模组与第二隔板之间隔离有PC板。

7.根据权利要求6所述的超级电容恒温系统，其特征在于，所述第二隔板沿高度方向的两端设置有导风板。

8.根据权利要求5-7所述的超级电容恒温系统，其特征在于，所述超级电容主体包括多层超级电容单体，每层超级电容单体上设置有第三风道。

9.根据权利要求8所述的超级电容恒温系统，其特征在于，进一步包括两个带蜗壳的离心风机，所述离心风机设置于所述第二箱体的内腔内，与所述主控器连接，主控器控制所述离心风机在各工作模式下工作。

10.根据权利要求9所述的超级电容恒温系统，其特征在于，所述第二箱体内腔设置有用于安装离心风机的安装板，所述安装板上设置有导流风罩。