本實用新型屬于船用設備技術領域，特別涉及一種船用相變溫控蓄電池柜。

背景技術：

船用蓄電池應用越來越廣泛，容量也越來越大，一般安裝在專門的蓄電池間輔以單獨的蓄電池間風機進行通風調溫或是安裝在機艙和其他通風良好的處所，即便如此在春夏季工況下，蓄電池間和機艙的環(huán)境溫度也會高達30～50℃，而蓄電池要求最佳的環(huán)境溫度為15℃–25℃，環(huán)境溫度每升高10℃，蓄電池使用壽命縮減一半，蓄電池間內溫控主要是通過采強制通風進行調節(jié)，風量不可調節(jié)且功耗大、噪音大、效率低,只能對環(huán)境溫度進行模糊控制,因此蓄電池由于本身特點對安裝的場所以及通風都提出了較高的要求。

船用蓄電池布置均為散裝布置在蓄電池間內，或是安裝在玻璃鋼箱內布置在室外區(qū)域,沒有一體化概念的蓄電池柜這一產品出現。規(guī)范要求當蓄電池的充電功率超過2千瓦必須配備機械通風且為防爆風機。蓄電池間內采用風機進行強制通風，風量不可調節(jié)，只能對環(huán)境溫度進行模糊控制，而且功耗大、噪音大、維護難、效率低。而且，傳統(tǒng)的蓄電池布置，一般會設置獨立的帶機械通風的蓄電池間，蓄電池安裝采用的是架式結構，并輔以木楔進行限位固定，安裝也不方便。

相變材料簡稱PCM-Phase Change Material)是利用物質相態(tài)變化吸收或放出的大量潛熱，達到蓄能和釋能目的的功能性材料。這個相態(tài)變化和吸熱放熱可以想象為：冰變成水，固變液，過程中要吸熱；水凍成冰，液變固，要放熱。并且在相變過程中，冰水混合物一直保持0℃。也就是說穩(wěn)定相變過程溫度是不會改變的。利用這個特性，可以將相變材料應用于蓄電池柜溫控.

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種船用相變溫控蓄電池柜，以解決現有船用蓄電池布置的缺陷。

一種船用相變溫控蓄電池柜，該蓄電池柜具有柜體，采用柜式結構安放蓄電池組，采用限位擱架將蓄電池柜分為上下多層，多個蓄電池組放置在不同的層，蓄電池組通過機械限位開關進行緊固，

柜體的柜面處還設置有靜音風扇，

柜體內部兩側貼壁設有多個相變材料模塊作為溫控模塊，相變材料模塊具有熱管。

優(yōu)選的，在蓄電池柜體內，在不同的蓄電池層之間設置相變材料模塊。

優(yōu)選的，在蓄電池柜體內上方設置相變材料模塊。

優(yōu)選的，相變材料模塊采用的相變材料是三元脂肪/膨脹石墨復合相變材料。

本實用新型采用相變材料和熱管進行熱傳遞，快速吸收并向外部釋放熱量，將蓄電池柜內溫度控制在20℃穩(wěn)態(tài)，不消耗額外能量，減少船舶機艙內或蓄電池間的風機能耗，該方案還解決了電池工作區(qū)域與非電池工作區(qū)域的兩個環(huán)境兩個溫度的問題，真正實現了節(jié)能降耗、安全可靠、統(tǒng)籌兼顧的目的。相變溫控蓄電池柜可以大大降低溫控的能耗以及對安裝處所的苛責環(huán)境要求，可以將蓄電池柜內溫度控制在恒溫20℃左右，采用的一體化柜式安裝結構更方便大容量蓄電池組拆裝和維護。利用相變材料的特性對船用蓄電池柜進行溫控是一種全新的節(jié)能環(huán)保的方案，已經通過仿真試驗證實其科學有效性。

本實用新型相對于現有技術方案具有的優(yōu)點有：

1.環(huán)保、節(jié)能、高效，自適應型的溫控；

2.精巧的快裝固定結構，安裝過程簡便快捷；

3.整體結構堅固、抗塵、抗油污、防腐，具有較高的防護等級，可以滿足船內的各種復雜安裝要求。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例中的蓄電池柜結構示意圖。

圖2是圖1中從A方向看到的蓄電池柜結構示意圖。

其中，1——蓄電池組，2——相變材料，3——限位擱架，4——柜體。

具體實施方式

單一的相變材料存在很多缺點，如絕大多數無機物相變材料具有腐蝕性，相變過程中存在過冷和相分離的缺點。為防止無機物相變材料的腐蝕，儲熱系統(tǒng)必須采用不銹鋼等特殊材料制造，同時也為了克服傳統(tǒng)的相變材料在實際應用中需要加以封裝或使用專門的容器以防止其泄露的缺陷，我們選用了膨脹石墨和三元脂肪混合物作為最終相變材料,相變溫度在20℃符合我們的溫控要求,相變潛能93焦/克,,在發(fā)生相變前后均呈固態(tài)而保持形體不變,相變材料封裝后潛入安裝在柜內,采用的一體化柜式安裝結構更方便大容量蓄電池組拆裝和維護。

如圖1所示，本實用新型采用的是精巧的不銹鋼快裝固定結構，安裝過程簡便快捷，柜體具備IP44～56防護等級，可以安裝在機艙、通道、空艙、干隔艙，甚至室外。柜內采用的是框架分層式結構，可以很便捷的進行擴展，相變材料選用三元脂肪/膨脹石墨復合相變材料作為控溫模塊貼壁布置，根據蓄電池容量大小可選擇控溫模塊的數量。蓄電池則采用臥放安裝方式分層安裝在柜內，組成適合船用的DC24V蓄電池組，并通過機械限位開關進行緊固。該柜體柜面還可設置靜音風扇，由柜內DC24V直接供電，當在極值環(huán)境，相變控溫模塊效果不明顯的情況下，可以通過熱敏傳感器對風扇進行控制，自動調節(jié)風量和柜內溫度以期滿足蓄電池工作需要.

為更直觀的了解和探究相變材料的溫控效果，我們還對船用相變蓄電池柜進行了仿真驗證。對蓄電池柜建立了二維模型計算，采用Fluent軟件進行仿真,設置相應的仿真模型,設定仿真試驗及其相關的邊界條件進行輸入,先用CAD建立了二維模型,將蓄電池分三層通過限位托盤支架進行固定，柜體左右兩側布置了一定量的相變材料(密度：900kg/m³；相變潛熱：90kJ/kg；凝固點：25℃；熔點：25℃；比熱：1650kJ/(kg*K)；導熱系數：1.6w/(m*K))。

蓄電池作為應急電源,工作制為15分鐘的間歇工作制，因此我們對其進行了15分鐘運行工況的模擬,仿真結果比較令人滿意，蓄電池柜內的溫度場比較對稱，縱向方向溫升較為同步，溫升幅度較為緩和，溫度場符合設計預期要求,通過二維仿真實驗對設計原理進行科學性的論證,在一定條件下確實可取代風冷進行散熱達到恒溫溫控目的，降低成本.吸收型的被動溫控不受外界環(huán)境溫度變化的影響，更便于布置。

仿真方案一

蓄電池分三層置于蓄電池柜內，左右兩側采用新型相變材料進行溫度控制。相變材料熱物性：密度900kg/m³；相變潛熱90kJ/kg；凝固溫度15℃；融化溫度25℃；比熱1650kJ/(kg*K)；導熱系數1.6w/(m*K)。

采用Fluent軟件對以上方案計算，設置Solidufication&Melting模型，

1)蓄電池間初始溫度25℃

2)蓄電池間壁面，自然對流(為簡化處理，蓄電池間壁面全部設置自然對流)

3)相變材料初始溫度15℃

4)蓄電池柜內初始溫度25℃

5)蓄電池壁面，熱流邊界，30w/m²

模擬15min，得到計算結果。計算結果顯示，在兩層蓄電池間的間隙內溫升劇烈，因為蓄電池壁面有持續(xù)熱流，僅僅依靠空氣導熱來散熱速度極慢，且該處空間狹窄，導致熱量積聚，進而溫度積聚上升。而在靠近相變塊的一側，溫度相對比較合理，沒有出現劇烈上升。

計算結果顯示，在計算至5min左右的時候，場內最高溫度(位于蓄電池層間)就達到了100℃，而且最高溫度隨著時間推移越來越高，計算結束時已達到近700℃。顯然，該結果與預期相差較遠，需要對該方案加以優(yōu)化。

仿真方案二

蓄電池柜尺寸和蓄電池層距加大，且每兩層蓄電池間布置相變塊，加快散熱速度，相變塊的厚度由30mm增加至40mm。

同樣采用Fluent軟件對以上方案計算，設置Solidufication&Melting模型，

1)蓄電池間初始溫度25℃

2)蓄電池間壁面，自然對流(為簡化處理，蓄電池間壁面全部設置自然對流)

3)相變材料初始溫度15℃

4)蓄電池柜內初始溫度25℃

5)蓄電池壁面，熱流邊界，30w/m²

模擬15min，得到計算結果。計算結果顯示，整個計算周期內，場內溫度場得到較好的控制，最高溫度還不到85℃。很明顯，溫控效果要明顯好于初始方案。但是，目前的溫度場仍然明顯高于蓄電池的最佳工作溫度，需要進一步做優(yōu)化以完善方案。

仿真方案三

根據方案二蓄電池下方首先出現較大溫升的性狀，我們在方案二的基礎上將蓄電池位置細微調整至居中位置，且在上方也增加相變塊。

采用Fluent軟件對以上方案計算，所有設置同上，運行15min，得到結果。計算結果顯示，相比之前方案，計算周期內，場內溫度場得到更好的控制，最高溫度為50℃左右。此外，蓄電池周邊溫度場相對比較對稱，上下兩個方向的溫升較為同步，且溫升幅度較之前緩和。從這可以看出，相變塊與熱源(蓄電池)的相對位置較明顯地影響到散熱效果。