一种船用相变温控蓄电池柜的制作方法

本实用新型属于船用设备技术领域，特别涉及一种船用相变温控蓄电池柜。

背景技术：

船用蓄电池应用越来越广泛，容量也越来越大，一般安装在专门的蓄电池间辅以单独的蓄电池间风机进行通风调温或是安装在机舱和其他通风良好的处所，即便如此在春夏季工况下，蓄电池间和机舱的环境温度也会高达30～50℃，而蓄电池要求最佳的环境温度为15℃–25℃，环境温度每升高10℃，蓄电池使用寿命缩减一半，蓄电池间内温控主要是通过采强制通风进行调节，风量不可调节且功耗大、噪音大、效率低,只能对环境温度进行模糊控制,因此蓄电池由于本身特点对安装的场所以及通风都提出了较高的要求。

船用蓄电池布置均为散装布置在蓄电池间内，或是安装在玻璃钢箱内布置在室外区域,没有一体化概念的蓄电池柜这一产品出现。规范要求当蓄电池的充电功率超过2千瓦必须配备机械通风且为防爆风机。蓄电池间内采用风机进行强制通风，风量不可调节，只能对环境温度进行模糊控制，而且功耗大、噪音大、维护难、效率低。而且，传统的蓄电池布置，一般会设置独立的带机械通风的蓄电池间，蓄电池安装采用的是架式结构，并辅以木楔进行限位固定，安装也不方便。

相变材料简称PCM-Phase Change Material)是利用物质相态变化吸收或放出的大量潜热，达到蓄能和释能目的的功能性材料。这个相态变化和吸热放热可以想象为：冰变成水，固变液，过程中要吸热；水冻成冰，液变固，要放热。并且在相变过程中，冰水混合物一直保持0℃。也就是说稳定相变过程温度是不会改变的。利用这个特性，可以将相变材料应用于蓄电池柜温控.

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种船用相变温控蓄电池柜，以解决现有船用蓄电池布置的缺陷。

一种船用相变温控蓄电池柜，该蓄电池柜具有柜体，采用柜式结构安放蓄电池组，采用限位搁架将蓄电池柜分为上下多层，多个蓄电池组放置在不同的层，蓄电池组通过机械限位开关进行紧固，

柜体的柜面处还设置有静音风扇，

柜体内部两侧贴壁设有多个相变材料模块作为温控模块，相变材料模块具有热管。

优选的，在蓄电池柜体内，在不同的蓄电池层之间设置相变材料模块。

优选的，在蓄电池柜体内上方设置相变材料模块。

优选的，相变材料模块采用的相变材料是三元脂肪/膨胀石墨复合相变材料。

本实用新型采用相变材料和热管进行热传递，快速吸收并向外部释放热量，将蓄电池柜内温度控制在20℃稳态，不消耗额外能量，减少船舶机舱内或蓄电池间的风机能耗，该方案还解决了电池工作区域与非电池工作区域的两个环境两个温度的问题，真正实现了节能降耗、安全可靠、统筹兼顾的目的。相变温控蓄电池柜可以大大降低温控的能耗以及对安装处所的苛责环境要求，可以将蓄电池柜内温度控制在恒温20℃左右，采用的一体化柜式安装结构更方便大容量蓄电池组拆装和维护。利用相变材料的特性对船用蓄电池柜进行温控是一种全新的节能环保的方案，已经通过仿真试验证实其科学有效性。

本实用新型相对于现有技术方案具有的优点有：

1.环保、节能、高效，自适应型的温控；

2.精巧的快装固定结构，安装过程简便快捷；

3.整体结构坚固、抗尘、抗油污、防腐，具有较高的防护等级，可以满足船内的各种复杂安装要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的蓄电池柜结构示意图。

图2是图1中从A方向看到的蓄电池柜结构示意图。

其中，1——蓄电池组，2——相变材料，3——限位搁架，4——柜体。

具体实施方式

单一的相变材料存在很多缺点，如绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机物相变材料的腐蚀，储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，同时也为了克服传统的相变材料在实际应用中需要加以封装或使用专门的容器以防止其泄露的缺陷，我们选用了膨胀石墨和三元脂肪混合物作为最终相变材料,相变温度在20℃符合我们的温控要求,相变潜能93焦/克,,在发生相变前后均呈固态而保持形体不变,相变材料封装后潜入安装在柜内,采用的一体化柜式安装结构更方便大容量蓄电池组拆装和维护。

如图1所示，本实用新型采用的是精巧的不锈钢快装固定结构，安装过程简便快捷，柜体具备IP44～56防护等级，可以安装在机舱、通道、空舱、干隔舱，甚至室外。柜内采用的是框架分层式结构，可以很便捷的进行扩展，相变材料选用三元脂肪/膨胀石墨复合相变材料作为控温模块贴壁布置，根据蓄电池容量大小可选择控温模块的数量。蓄电池则采用卧放安装方式分层安装在柜内，组成适合船用的DC24V蓄电池组，并通过机械限位开关进行紧固。该柜体柜面还可设置静音风扇，由柜内DC24V直接供电，当在极值环境，相变控温模块效果不明显的情况下，可以通过热敏传感器对风扇进行控制，自动调节风量和柜内温度以期满足蓄电池工作需要.

为更直观的了解和探究相变材料的温控效果，我们还对船用相变蓄电池柜进行了仿真验证。对蓄电池柜建立了二维模型计算，采用Fluent软件进行仿真,设置相应的仿真模型,设定仿真试验及其相关的边界条件进行输入,先用CAD建立了二维模型,将蓄电池分三层通过限位托盘支架进行固定，柜体左右两侧布置了一定量的相变材料(密度：900kg/m³；相变潜热：90kJ/kg；凝固点：25℃；熔点：25℃；比热：1650kJ/(kg*K)；导热系数：1.6w/(m*K))。

蓄电池作为应急电源,工作制为15分钟的间歇工作制，因此我们对其进行了15分钟运行工况的模拟,仿真结果比较令人满意，蓄电池柜内的温度场比较对称，纵向方向温升较为同步，温升幅度较为缓和，温度场符合设计预期要求,通过二维仿真实验对设计原理进行科学性的论证,在一定条件下确实可取代风冷进行散热达到恒温温控目的，降低成本.吸收型的被动温控不受外界环境温度变化的影响，更便于布置。

仿真方案一

蓄电池分三层置于蓄电池柜内，左右两侧采用新型相变材料进行温度控制。相变材料热物性：密度900kg/m³；相变潜热90kJ/kg；凝固温度15℃；融化温度25℃；比热1650kJ/(kg*K)；导热系数1.6w/(m*K)。

采用Fluent软件对以上方案计算，设置Solidufication&Melting模型，

1)蓄电池间初始温度25℃

2)蓄电池间壁面，自然对流(为简化处理，蓄电池间壁面全部设置自然对流)

3)相变材料初始温度15℃

4)蓄电池柜内初始温度25℃

5)蓄电池壁面，热流边界，30w/m²

模拟15min，得到计算结果。计算结果显示，在两层蓄电池间的间隙内温升剧烈，因为蓄电池壁面有持续热流，仅仅依靠空气导热来散热速度极慢，且该处空间狭窄，导致热量积聚，进而温度积聚上升。而在靠近相变块的一侧，温度相对比较合理，没有出现剧烈上升。

计算结果显示，在计算至5min左右的时候，场内最高温度(位于蓄电池层间)就达到了100℃，而且最高温度随着时间推移越来越高，计算结束时已达到近700℃。显然，该结果与预期相差较远，需要对该方案加以优化。

仿真方案二

蓄电池柜尺寸和蓄电池层距加大，且每两层蓄电池间布置相变块，加快散热速度，相变块的厚度由30mm增加至40mm。

同样采用Fluent软件对以上方案计算，设置Solidufication&Melting模型，

1)蓄电池间初始温度25℃

2)蓄电池间壁面，自然对流(为简化处理，蓄电池间壁面全部设置自然对流)

3)相变材料初始温度15℃

4)蓄电池柜内初始温度25℃

5)蓄电池壁面，热流边界，30w/m²

模拟15min，得到计算结果。计算结果显示，整个计算周期内，场内温度场得到较好的控制，最高温度还不到85℃。很明显，温控效果要明显好于初始方案。但是，目前的温度场仍然明显高于蓄电池的最佳工作温度，需要进一步做优化以完善方案。

仿真方案三

根据方案二蓄电池下方首先出现较大温升的性状，我们在方案二的基础上将蓄电池位置细微调整至居中位置，且在上方也增加相变块。

采用Fluent软件对以上方案计算，所有设置同上，运行15min，得到结果。计算结果显示，相比之前方案，计算周期内，场内温度场得到更好的控制，最高温度为50℃左右。此外，蓄电池周边温度场相对比较对称，上下两个方向的温升较为同步，且温升幅度较之前缓和。从这可以看出，相变块与热源(蓄电池)的相对位置较明显地影响到散热效果。