UPS儲能電源車蓄電池組散熱的設(shè)計與實現(xiàn)

張方紅+邵寅+丁佳+鄧松+彭祥+曾垂潘+鐘德啟+曾小琳

摘 要：探討蓄電池組在UPS儲能電源車工作工程中的發(fā)熱特性，了解溫度對蓄電池組的影響。根據(jù)對蓄電池組的特性研究，通過UPS儲能電源車內(nèi)的百葉窗結(jié)構(gòu)、軸流風(fēng)機、空調(diào)等多種通風(fēng)和降溫設(shè)備的集成設(shè)計，來實現(xiàn)蓄電池組在UPS儲能電源車上工作時的散熱需求。

關(guān)鍵詞：蓄電池組；百葉窗；風(fēng)機；散熱；電源車

引言

在現(xiàn)代社會中，人們對科技的依賴越來越強烈，就比如開會、上學(xué)、工作等等。這就使得我們在日常的工作和生活里越來越不能缺少電能，在這樣的環(huán)境下就使得大家對供電的多樣化及安全性提出了更高的要求。在所有的從事電力行業(yè)的公司和供配電公司都無疑把電力系統(tǒng)的安全運行作為首要的任務(wù)[1]。在以往數(shù)不勝數(shù)的例子中我們可以知道，在不安全的供電環(huán)境下會發(fā)生怎樣的嚴重事故，并且這些事故都會給我們個人和社會造成巨大的影響，所以提供安全的供電環(huán)境可以有效避免甚至消除安全隱患。

UPS儲能電源車是一種不間斷的供電系統(tǒng)，其工作原理就是在市電停電的情況下，如果啟動發(fā)電機組供電的過程中肯定有一段時間是沒電的，這種UPS儲能電源車搭載著UPS主機，在市電停電到開啟發(fā)電機組的這期間內(nèi)可以利用蓄電池組供電，從而達到不間斷電源的效果，使得一些應(yīng)急場合（比如重要的會議）能順利進行。所以蓄電池組的工作穩(wěn)定性是UPS儲能電源車是否正常運行的關(guān)鍵。

1 溫度對蓄電池的影響

蓄電池是整個UPS儲能電源車能否順利運行的關(guān)鍵，通過對蓄電池的特性進行分析。閥控蓄電池最佳的工作溫度為15℃-25℃，在此溫度范圍內(nèi)，蓄電池能夠保持最佳的工作狀態(tài)，能夠向直流設(shè)備源源不斷的提供可靠的直流電源[2]。但是當(dāng)蓄電池組周邊的環(huán)境溫度高于25℃的時候，這時蓄電池的容量就會高于額定容量，即當(dāng)溫度升高后，電解液的流動性會提高，化合反應(yīng)加劇了蓄電池內(nèi)部溫度的升高，這時會使相當(dāng)一部分的電流轉(zhuǎn)換為熱能，使蓄電池內(nèi)部溫度升高，造成惡性循環(huán)，致使蓄電池損壞；當(dāng)蓄電池組周邊溫度降低的時候，蓄電池的電解液的粘度會增強，這樣就會使得電解液的擴散速度變慢，蓄電池電阻增大，離子的運動由于受到較大的阻力，致使蓄電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)變慢，蓄電池的容量下降。造成的惡性循環(huán)最后會損壞蓄電池[3]。

蓄電池的充電環(huán)境溫度不要高于45℃，過高的溫度會使蓄電池的電池板柵腐蝕和蓄電池的水分損失加快，造成電池柵板的腐蝕程度越來越嚴重，隨著時間的推移，柵板層越來越厚，這樣就會使得柵板產(chǎn)生形變和拉伸，同時造成柵板的活性物質(zhì)脫落，使得蓄電池的電阻增大、容量下降，最后使得蓄電池損壞。

以上所述表明UPS儲能電源車車廂溫度的控制對蓄電池的充電放電有著很重要的影響，該UPS儲能電源車就是通過空調(diào)、百葉窗和軸流風(fēng)機進行車廂內(nèi)部的散熱，合理集成配置車廂散熱結(jié)構(gòu)，達到蓄電池組的最佳工作環(huán)境，有效保障UPS儲能電源車的保供電效率和提高運行的可靠性。

2 車廂內(nèi)部散熱設(shè)計

2.1 UPS儲能電源車通風(fēng)散熱綜述

由于蓄電池組裝在UPS儲能電源車的車廂內(nèi)，在工作過程中會產(chǎn)生溫度，高溫會對蓄電池組的壽命產(chǎn)生影響，所以，該UPS儲能電源車必須設(shè)計一套散熱系統(tǒng)，從圖1中可以知道該UPS儲能電源車的散熱總體是這樣的，首先空調(diào)產(chǎn)生的冷空氣可以為蓄電池組降溫，然后通過三臺軸流風(fēng)機加快熱空氣的排出，最終通過排風(fēng)百葉窗排出窗外。通過一系列的計算可以設(shè)計出滿足蓄電池組的高效運行環(huán)境要求的散熱系統(tǒng)。

2.2 UPS儲能電源車通風(fēng)散熱所需排風(fēng)量

Q需排=Q進風(fēng)

（1）實際進風(fēng)量計算

上面公式中的進風(fēng)即為空調(diào)的進風(fēng)，通過查詢本電源車空調(diào)的參數(shù)可知進風(fēng)面積為7.5（m3）。

（2）實際排風(fēng)量計算

通過計算進排風(fēng)面積與實際UPS儲能電源車車廂進排風(fēng)比較。

綜上可得，Q排>Q需排。UPS儲能電源車的進排風(fēng)集成系統(tǒng)滿足條件能夠有效完成車廂蓄電池組周邊的散熱。而且車箱上還安裝了3個排量為9L/min的軸流風(fēng)機可以加快散熱。

2.3 蓄電池組空冷的方式

該UPS儲能電源車車廂所配置的蓄電池組的散熱方式還是采用空氣作為散熱介質(zhì)來完成的，已能了解整個車廂的散熱過程，那么空調(diào)是如何給蓄電池組散熱的呢？目前多采用的空冷主要有串行通風(fēng)方式，如圖3所示。這就要求在電池包結(jié)構(gòu)上設(shè)計有相應(yīng)導(dǎo)風(fēng)口，盡量減小空氣流動阻力，保證氣流的均勻性。

串行情況下一般是使空氣從蓄電池一側(cè)流往另外一側(cè)，從而達到帶走熱量的效果。因此氣流會將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方，從而導(dǎo)致兩處溫度不一致且溫差較大?？梢钥闯觯翰捎每諝庾鳛閭鳠峤橘|(zhì)的主要優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、有害氣體產(chǎn)生時能有效通風(fēng)，且成本較低。

3 車廂內(nèi)部的隔熱

除了內(nèi)部的降溫，加強整車的隔熱也能有效防止蓄電池組的溫度升高，因為很多時候，該UPS儲能電源車經(jīng)常會開到戶外使用，而戶外天氣常常處于高溫狀態(tài)，這就使得車廂內(nèi)溫度升高，同樣蓄電池組的溫度也隨之升高，因此，UPS儲能電源車也需要作相應(yīng)的隔熱設(shè)計。主要由兩個方面來實現(xiàn)該UPS儲能電源車車廂的頂棚隔熱設(shè)計。

（1）車廂頂棚阻尼處理，表面噴涂隔熱阻尼膠，噴涂厚度：2-3mm。

（2）車廂頂棚發(fā)泡處理，發(fā)泡厚度：30-40mm。

車廂頂部的表面噴涂可以隔絕熱量的隔熱阻尼膠來進行隔熱，噴涂的厚度達2mm-3mm，在噴涂完成后，在隔熱阻尼膠的上進行發(fā)泡設(shè)計，發(fā)泡的厚度為30mm-40mm，這樣可以加強隔熱效果，也可以降低噪音。通過這些隔熱措施的實現(xiàn)可以有效的減少或者隔絕熱量進入車廂內(nèi)部，使得車廂的溫度不會過高，從而保障UPS儲能電源車的正常運行。

4 車廂內(nèi)部的加熱

上述已提及了很多有關(guān)車廂內(nèi)蓄電池組的散熱方案，但是影響蓄電池的使用和壽命的除了高溫還有低溫因素。同樣的，低溫對于蓄電池組的運行影響也很大。這種UPS儲能電源車需要在野外溫度極低的環(huán)境下使用，為此，在車廂上為蓄電池組配備了空間加熱器（見圖4），并且配套了相應(yīng)的溫控系統(tǒng)，這樣就能保證車廂內(nèi)的蓄電池組處于最佳的工作溫度。

5 結(jié)束語

根據(jù)蓄電池特性的全面分析通過對UPS儲能電源車車廂內(nèi)部的合理集成配置，可以有效對蓄電池的散熱和升溫進行控制，這種蓄電池組的設(shè)計與實現(xiàn)，保證了UPS儲能電源車的正常運行，提高了各種保供電場所的使用可靠性，減少人民群眾的生命及財產(chǎn)的損失。

參考文獻

[1]何正友.配電網(wǎng)故障診斷[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

[2]劉慶生.溫度對蓄電池的影響[J].湖北電力，2009（08）：45-46.

[3]徐甲強，張海林，陳小娜，等.環(huán)境溫度對閥控密封鉛酸蓄電池生產(chǎn)及應(yīng)用的影響[J].蓄電池，2007，44（1）：19-21.

作者簡介：張方紅（1969，08-），男，漢族，貴州興義，大學(xué)?？?，工程師，主要研究方向：配網(wǎng)建設(shè)管理。

邵寅（1974，08-），男，漢族，上海，大學(xué)?？疲夹g(shù)員，主要研究方向：配網(wǎng)自動化技術(shù)管理。