电池微环境控制的发展方向

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电池在工业、交通、军事等领域有着极广泛的应用。目前在使用的电池有铅酸电池、锂基电池、银锌电池等，其中铅酸电池的使用最为广泛，特别是目前的光伏行业、通信行业、交通、航标等户外用电量较多但离现有电网较远的场合，由于铅酸电池具有成本低容量大，充电无记忆效应等特点，得到广泛应用。电池充、放电的过程从某种程度是电化学反应的过程，在反应过程中温度对充、放电容量极板的寿命有较大的影响。目前的免维护胶体铅酸电池最佳工作温度23±2℃范围，以25℃的基准温度开始温度每上升10℃寿命下降50%，工作温度过高，特别是大电流放电时铅酸电池寿命会较大程度的缩短。
通讯、能源、交通行业选用蓄电池时，大部分情况是安装于户外机柜内，机柜内部近似于密闭的空间，在夏季受到光辐照射时，温度可达到70℃以上，即使有通风的机柜内，夏季午时温度通常也要高于45℃，在此环温下电池的充、放电性能及寿命受到较大影响。
造成夏季电池柜内温度较高的因素有：一.电池自身温升, 二.是结构传热 ,三.漏风的高温空气。机柜外壳受到阳光辐射后的温度最高可达70~80℃，电池舱柜内要保持25℃的最佳温度，柜内与柜外的温差达到80－25=55℃。在此温差下，结构传热的K值如大于0.3 w/m3/k。则外部传入热量为
。而蓄电时在源充状态下的温升约在3度左右，当处于最大充、放电状态时，温升也只有2~4℃，电池舱柜内的热源主体是结构传热，电池自身的温升次之，其余的还有一些因密封不严，及排氢口进出线与柜体的外部流入的空气所带来的热量和水蒸气密封不严导致漏热。要创造一个适合电池工作的温、湿度环境，并且能够在市电停止的工作情况下仍能够在较长时间内维持柜内在一定的温度范围，并且还需要考虑氢气的安全性及金属氢脆现象的预防。
目前市场上使用的蓄电池通常采用层叠方式放置在户外基站或户外机柜内，而户外基站通常都采用砖泥结构或采用轻体夹芯板为墙体材料，基站内安装民用舒适型空调或专用空调，内部维持25~30℃之间。放置在户外采用机柜内的，目前户外机柜主要采用普通板材加隔热材料组成的箱体内，内部装有通风用的风扇或热交换器，温度随所在地区的外环境温度变化，夏季在70~40℃、 冬季在10~0℃之间变化。
要在户外的恶劣条件下,创造一个温度在25℃左右的微环境，同时又要考虑到能耗，及安全的等多方面的因素电池舱柜和相关控温部分主要特点如下：
1、电池舱柜主体要使用高反光，低导热系数材料，并且此种材料要满足阳光中的紫外线对户外产品老化作用,并且能够耐受四季的温度变化。
2、具有良好的防腐能力，由于环境的破坏，酸雨的浓度逐年增加，对金属的腐蚀性也逐渐增强，户外电池舱柜须使用8年以上，外部具有较强的抗酸雨的腐蚀能力，同时户外的风雨不能进入柜内，整体必须达到IP55或IP54以上防护等级。
3、由于电池是由可回收的铅为主体的金属构成，包括电池舱柜由金属板材构成，对于盗贼的吸引力较大，电池舱柜的防盗设计也相当重要。
4、电池舱柜的舱体由隔热材料构成，隔热材料在生产时，会采用一些气体作为发泡剂，含氯的气体会造成温室效应和破坏臭氧，符合环保的电池舱柜不但不能使用FCKM的制冷剂,同时隔热材料要符合环保要求，在整个生产制造过程中不得使用破坏臭氧和造成温室效应气体。
5、电池舱柜内电池在市电停止时，电池处于放电状态时，温升速度较快的状态，同时由于市电断电的不确定性，故最大热负荷的中午,断电时能够保证机柜内温升不超过一定的限值，满足上诉要求可采用蓄冷技术，一方面保证了停电时电池舱柜的温度，另外还可利用分时电差及昼夜温差较大自然气候特征进行分时段蓄冷，夜间蓄冷白天放冷,达到节约能源及电费开支。
6、电池舱柜内对温度要求是较高的，特别是户外机柜，目前采用的热管理手段主要有：直通风，热交换器，电池舱专用空调三种方式法，直通风目前应用的较多，优点是成本较低、简单、能耗少，缺点是电池舱柜内温度变化较大，污染严重。
热交换器目前在高端电池柜内也有较多的应用，由于是采用100%隔离的空气流道设计，可完全杜绝户外空气对柜内的污染，能耗相对低于空调，高于风扇直通风，缺点是成本高并且由于需要提高换热效率，柜内通常会高于柜外10℃，夏季柜内峰值温度通常可达到60℃以上，对蓄电池寿命有较大影响。
电池舱专用空调是针对电池舱的特殊环境和需求开发的专用产品，需能够满足户外空调防护要求，并且具备防盗、高效比，5万小时以上寿命，工作温度-40℃~+55℃，低维护及加热和远程通讯等功能，更为关键的是由于使用机柜空调时机柜内部是密闭的，在停电时，如空调停止启动，柜内温度会较快上升，如果使用直流逆变成交流驱动空调工作，则会造成有限的电池容量变得更小，所以空调或机柜内部需具备蓄冷功能，能够在停电时自动启动内部风机或蓄冷的冷量释放出来，满足停电时机柜对热负荷的要求。也可设计紧急运转风扇与空调联动当机柜内温度异常启动风扇,机柜空调还具有一定的换气能力,通过换气将氢气自动排除柜外。
7、上述温控装置尽可能采用直流供电，通常市电变化较大时对控温装置产生影响，同时直流控温装置有较高的能效比。
综上所述，电池舱柜最适当的是采用高隔热系数，一次发泡成型的硬聚胺脂做的高隔热舱体，配用直流空调，使柜内温度恒定在电池最佳的工作温度，同时由于聚胺脂的高隔热系数和直流空调的高能效比，及蓄冷技术的应用，可使能耗降到极低水平,预计最终1200*600*600电池柜内持续的冷量平均值应在120M以内，电负荷应在60-80之间,与通讯相比并无较大差异.同时电池的寿命，可靠性及充、放电等得已改变。