一种电池动力机车冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及电池变流器的换热领域，具体为一种电池动力机车冷却系统，本发明专利技术包括散热器、电阻冷却器、水冷基板、离心式风机、环境温度控制器；在满足传统冷却系统对功率器件（二极管和IGBT）散热的同时，实现了对变流器内的电阻、变压器、电抗器的散热，并且控制变流器内的环境温度满足部件的工作需求。本发明专利技术方案总体分为水冷部分、风冷部分和环境温度控制部分。水冷部分分为功率器件水冷和电阻水冷；风冷部分包括对水冷部分冷却液的强迫风冷、对变压器和电抗器的强迫风冷；环境温度控制部分是对变流器柜内的环境空气的冷却。在满足变流器内部密封设计的要求下，实现了对多个部件的散热，且冷却效果良好，提高变流器运行可靠性，保证其安全性。证其安全性。证其安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种电池动力机车冷却系统


[0001]本专利技术涉及电池变流器的换热领域，具体为一种电池动力机车冷却系统。

技术介绍

[0002]随着轨道交通的高速发展，对机车运行安全的重视程度也更高。机车变流器需要进行密封设计以较少变流器柜内的灰尘，提高变流器运行可靠性。变流器密封设计势必会影响其部件的通风散热效果。为了保证变流器内部件的散热需求，使部件温升控制在设计范围内，需要进行冷却系统设计。
[0003]现有变流器的冷却系统一般只针对功率器件的散热，采用水循环风冷的方式，通过冷却液的循环将功率器件所产生的热量吸收至冷却液，再通过风机对散热器的强迫风冷将冷却液的热量散发到空气中。存在以下缺点：现有的冷却系统只考虑功率器件的散热需求，不能满足变流器内部其它需要散热的部件及变流器内环境的散热需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术对电池变流器的密封导致其散热效率低，不能满足其散热要求且现有技术只解决功率器件的散热需求，不满足其他散热需求等问题，提供了一种电池动力机车冷却系统，实现了对变流器的功率器件（二极管和IGBT）、电阻、变压器、电抗器以及变流器内环境温度的控制。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种电池动力机车冷却系统，包括散热器，所述散热器的进液口通过管道与电阻冷却器的出液口连接，所述电阻冷却器的进液口与进液主管路连接；所述散热器的出液口通过管道与水泵的进液口密封相连（散热器通过其内部多个流道或翅片将管道内的冷却液温度散发到环境中，降低冷却液的温度），所述水泵的出液口与出液主管路密封连接；所述进液主管路与出液主管路之间分别通过第一分支管路并联连接有多个水冷基板（水冷基板的数量根据功率器件的数量可以进行调整，水冷基板外侧安装功率器件
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例如二极管和IGBT），所述水冷基板内设置有蛇形流道，所述蛇形流道的两端导流口分别对接水冷基板的进液口和出液口；所述进液主管路与出液主管路分别通过不锈钢细管道与位于最高处的膨胀水箱（膨胀水箱的作用：利用空气密度低于冷却液而向上流动的原理将水循环过程中可能产生的气体通过不锈钢细管道排放到膨胀水箱；当膨胀水箱内部的压力高于或低于双向阀的阈值时，双向阀自动打开排出或吸进气体使膨胀水箱内的压力满足设计要求）的底部水气连接口连接，所述膨胀水箱底部的出液口通过橡胶管与水泵的进液口处的管道连接（为水泵进口提供压力，保证进出口压差从而保证水泵的扬程实现），所述膨胀水箱顶部设置有双向阀，所述双向阀的进出口通过溢流管连接积液槽（溢流管的末端放置在变流器底端的积液槽内，保证冷却液溢出时不会滴落在其下方部件上导致电气故障），所述膨胀水箱的侧壁装配有液位仪（液位仪用于检测液位高度和作出故障预警，液位仪上设置有刻度，当液位低于最低刻度线时需要补液，如果液位降低较明显，则需检查冷却回路是否有漏液故障），所述膨胀水箱侧壁外位于液位仪下方安装有集液盒
（防止液位仪渗漏），所述集液盒底部通过导流管（导流管的末端放置在变流器底端的积液槽内，保证液位仪渗漏时冷却液不会滴落在其下方部件上导致电气故障）连接积液槽；所述出液主管路上位于水泵的出液口处安装有水温传感器和水压传感器，所述水压传感器、水温传感器与变流器的牵引控制单元连接（当水温传感器、水压传感器检测到水压异常
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超出规定的阈值时，牵引控制单元会发出保护指令
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降功率、隔轴、或停机等，对变流器的运行进行保护，避免因冷却系统异常导致变流器相关故障发生）；所述电阻冷却器（电阻冷却器用来满足变流器内电阻类器件的散热需求）包括散热腔体，所述散热腔体的前端进口处固设有前端法兰，所述散热腔体的后端出口固设有过渡管道，所述过渡管道端部固设有后端平面法兰；所述散热腔体由散热基板和盖板拼合构成；所述散热基板内侧壁自下而上平行固设有多根矩形肋，所述矩形肋的两端与散热腔体的内腔前后端面均存在间距，所述矩形肋水平布置；所述散热基板内侧壁位于相邻的矩形肋之间自下而上平行固设有多根微形肋，位于最上方矩形肋的散热基板内侧壁自下而上也平行固设有多根微形肋，同理，位于最下方矩形肋的散热基板内侧壁自下而上也平行固设有多根微形肋，所述微形肋与矩形肋平行；所有相邻的微形肋之间水平固设有多个用于产生涡流的三角翼型板；所述散热基板外侧壁设置有多个用于安装电阻类器件的预留孔，所述散热腔体通过前端法兰和后端平面法兰密封固设于进液主管路上。
[0006]实际操作时，水泵持续运行，在水泵的作用下，冷却液（冷却液体可以为水、乙二醇等具备良好散热性能的混合液体或单一液体）从进液主管路进入电阻冷却器，电阻冷却器的散热基板上设置的矩形肋、微型肋增大冷却液体与散热基板之间的换热面积，微型肋通道中布置三角翼型板，三角翼型板不仅可以改变通道中液体的流动方向还可以有效增强通道中微型肋与流体之间的换热效果，其强化换热的机理为以下三个方面：首先在微型肋之间布置三角翼型板可以扩展微型肋与液体的接触面积，从而增强微型肋与流体的换热性能；其次，在微型肋之间布置三角翼型板可以有效破坏该区域微型肋表面的流动边界层和热边界层，从而增强微型肋与流体的换热能力；实际三角翼型板采用直角三角板，且直角面朝迎流面设置。微型通道中布置的三角翼型板的垂直面为迎流面，使得液体的流动状态发生改变，在来流方向产生了纵向涡，纵向涡冲刷散热腔体表面进一步增强了液体的换热能力，尾部涡区为三角翼型板的斜面可以消除涡产生器带来的死涡区。冷却液从电阻散热器的出液口流出温度升高，进入散热器中，在散热器内多个流道中冷却液的温度散发到环境中，冷却液的温度降低，进入水泵及出水主管道，接着冷却液从出液主管路进入位于分支管路上的水冷基板内，在水冷基板内的蛇形流道的导流作用下，增大冷却液与水冷基板的散热面积，蛇形流道的分布位置根据功率器件的尺寸进行排布设计，使其满足功率器件的散热需求。膨胀水箱用来保证整个系统的水压保持在设定值。当进、出液主管路中的冷却液膨胀时，会有部分冷却液及气体通过不锈钢细管道从膨胀水箱底部的水气连接口进入膨胀水箱内。
[0007]进一步优选的，还包括风冷单元，所述风冷单元包括壳体，所述壳体内上部、中部分别安装有第一支撑架和第二支撑架，所述散热器安装于中部的第二支撑架上，所述壳体内位于上部的第一支撑架上装配有离心式风机，所述壳体后侧开设的进风口与离心式风机的进风口对应，位于第二支撑架下方装配有导流罩，所述导流罩中并列设有两个导风通道，所述壳体内底部布置有变压器和电抗器，所述壳体的底板上开设有两个出风口，所述变压
器和电抗器上方对应各自的导风通道、其下方对应各自的出风口，所述变压器和电抗器上预埋设置有温度传感器，所述温度传感器与变流器的牵引控制单元连接（温度传感器对变压器和电抗器进行内部温度探测，并将信号传输给牵引控制单元，牵引控制单元对接收的信号进行处理和判断，当超过设定的阈值时，发出保护指令控制变流器执行保护动作
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降功率、隔轴、或停机等）。
[0008]实际操作时，开启离心式风机，外部空气在离心式风机的作用下从壳体后侧的进风口吸入壳体上方，并持续向下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池动力机车冷却系统，其特征在于：包括散热器（1），所述散热器（1）的进液口通过管道与电阻冷却器（2）的出液口连接，所述电阻冷却器（2）的进液口与进液主管路（3）连接；所述散热器（1）的出液口通过管道与水泵（4）的进液口密封相连，所述水泵（4）的出液口与出液主管路（5）密封连接；所述进液主管路（3）与出液主管路（5）之间分别通过第一分支管路（7）并联连接有多个水冷基板（6），所述水冷基板（6）内设置有蛇形流道（61），所述蛇形流道（61）的两端导流口（62）分别对接水冷基板（6）的进液口和出液口；所述进液主管路（3）与出液主管路（5）分别通过不锈钢细管道（87）与位于最高处的膨胀水箱（8）的底部水气连接口连接，所述膨胀水箱（8）底部的出液口通过橡胶管（86）与水泵（4）的进液口处的管道连接，所述膨胀水箱（8）顶部设置有双向阀（81），所述双向阀（81）的进出口通过溢流管（84）连接积液槽，所述膨胀水箱（8）的侧壁装配有液位仪（82），所述膨胀水箱（8）侧壁外位于液位仪（82）下方安装有集液盒（83），所述集液盒（83）底部通过导流管（85）连接积液槽；所述出液主管路（5）上位于水泵（4）的出液口处安装有水温传感器（14）和水压传感器（15），所述水压传感器（15）、水温传感器（14）与变流器的牵引控制单元连接；所述电阻冷却器（2）包括散热腔体，所述散热腔体的前端进口处固设有前端法兰（25），所述散热腔体的后端出口固设有过渡管道（26），所述过渡管道（26）端部固设有后端平面法兰（17）；所述散热腔体由散热基板（23）和盖板（28）拼合构成；所述散热基板（23）内侧壁自下而上平行固设有多根矩形肋（21），所述矩形肋（21）的两端与散热腔体的内腔前后端面均存在间距，所述矩形肋（21）水平布置；所述散热基板（23）内侧壁位于相邻的矩形肋（21）之间自下而上平行固设有多根微形肋（22），位于最上方矩形肋（21）的散热基板（23）内侧壁自下而上也平行固设有多根微形肋（22），同理，位于最下方矩形肋（21）的散热基板（23）内侧壁自下而上也平行固设有多根微形肋（22），所述微形肋（22）与矩形肋（21）平行；所有相邻的微形肋（22）之间水平固设有多个用于产生涡流的三角翼型板（24）；所述散热基板（23）外侧壁设置有多个用于安装电阻类器件（27）的预留孔，所述散热腔体通过前端法兰（25）和后端平面法兰（17）密封固设于进液主管路（3）上。2.根据权利要求1所述的一种电池动力机车冷却系统，其特征在于：还包括风冷单元，所述风冷单元包括壳体（16），所述壳体（16）内上部、中部分别安装有第一支撑架（165）和第二支撑架（161），所述散热器（1）安装于中部的第二支撑架（161）上，所述壳体（16）内位于上部的第一支撑架（165）上装配...

【专利技术属性】
技术研发人员：马连凤，赵娜，田鹏刚，李竹可，解鹏，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：