铅酸蓄电池温度控制装置的研究与设计

【摘 要】随着电子化自动化的提高，电控单元不断增多，铅酸蓄电池的适用范围越来越广。为了改善铅酸蓄电池在外界温度较高或者较低的情况下的使用寿命和工作稳定性，我们设计了一种铅酸蓄电池的温度控制装置，该温度控制装置由壳体、硅酸铝耐火纤维层、温度传感器、加热装置、制冷装置、控制单元、低压断路器组成。此温度控制装置不仅结结构简单、安全可靠、实用性强，还大大改善了蓄电池的工作环境，有效的延长了铅酸蓄电池的工作寿命，并保证其充/放电性能稳定，对生产生活，具有十分重大的意义。

【关键词】温度控制装置；实施方法；实例介绍

目前，市场上现有的电力储能装置多为铅酸蓄电池，铅酸蓄电池在温度为25℃时可正常进行充/放电工作，其出厂设置极限工作环境温度为0～40℃。当环境温度过低时，则铅酸蓄电池的各类化学物质活性降低，电容变得困难，蓄电能力随之变差；当环境温度过高时，则铅酸蓄电池的腐蚀度就会大幅度提高。显然地，外界环境温度的极限变化严重的降低了现有铅酸蓄电池的使用寿命和工作稳定性，从而加快铅酸蓄电池的报废速度。然而铅酸蓄电池的提前报废，不仅造成巨大的浪费，而且造成严重的环境污染。因此全世界都特别关注铅酸蓄电池的保护方法。目前通用的方法有以下几种：

水疗法：降低电解液浓度，多次充放电。该方法操作复杂，劳动强度大，且仅对盐化现象不严重的电池有效。属于受损后的补救办法，效果不明显。

半导体物理方法：改变极板化学构成，掺加钙|镉|钛等半导体的化合物，减少硫化物的附着与不良掺杂。该方法可以在一定程度上减少硫酸铅重结晶的产生，但投资较大，成本高，而且不便推广，还会导致新的重金属污染。

电子物理方法：电子物理方法：在电池两级加载高频尖峰电子脉冲，主动清洗极板，对致密附着物不断进行瞬间电冲击，提高其分子等级，减小重结晶的紧密程度，使其在充电过程中重新参与化学反应。该方法属于主动修复，成本较低、无污染，从电池启用时便开始阻止硫酸盐化现象的发生，是电池在使用期限内总能保证充足的荷电能力。但该方法技术实现困难：蓄电池内阻极小，瞬间脉冲的幅度难以提高，因此要求脉冲的宽度必须尽可能窄，否则会造成有功功耗，降低修复效果，还会损伤极板。

但是这些方法很大程度上都存在较大的缺陷或困难从而使保护效果不明显。基于以上因素，我们设计了一种铅酸蓄电池的温度控制装置，该装置具有容置空间，将蓄电池放置其中，通过控制盒内温度，改善蓄电池的外部环境温度，拆装简单，维修方便，在使用过程中也比较安全。下面具体介绍一下铅酸蓄电池温度控制装置。

一、铅酸蓄电池温度控制装置的总体设计

此温度控制装置能够调节铅酸蓄电池外部环境温度。如下图所示，整体结构包括：壳体，围闭在铅酸蓄电池的外面，形成一个闭合的空间，对壳内的设备装置具有保护的作用；硅酸铝耐火纤维层，设置在壳体的面向铅酸蓄电池的一侧内壁，具有良好的保温作用；温度传感器，设置在硅酸铝耐火纤维层的面向铅酸蓄电池的一侧内壁，用于实时检测及反馈铅酸蓄电池的工作环境温度；加热装置，通过加热装置控制端与控制单元电连接，从而达到制热的效果；制冷装置，通过制冷装置控制端与控制单元电连接，从而达到制冷的效果；控制单元，与温度传感器电连接，并根据温度传感器的检测信号选择性的控制加热装置和制冷装置工作；低压断路器，具有保护电路的作用，用于在铅酸蓄电池的电池电源的电压低于预设电压时切断铅酸蓄电池温度控制装置的电路。温度控制装置，具有调节铅酸蓄电池温度的作用，其大小可以根据不同规格的铅酸蓄电池设计成不同的型号。

二、铅酸蓄电池温度控制装置的实施方法

铅酸电池温度控制装置的实施方法是通过控制单元与温度传感器电连接，根据温度传感器的检测信号选择性的控制加热装置和制冷装置工作。具体情况为：当温度传感器检测到铅酸蓄电池的工作环境温度T预设温度T0时，控制单元开启制冷装置控制端，使得制冷装置处于工作状态；当铅酸蓄电池的工作环境温度T=预设温度T0时，则所述加热装置或所述制冷装置便停止工作。由于控制单元选择性的控制加热装置和制冷装置工作，使得铅酸蓄电池处于恒定温度下工作。铅酸蓄电池温度控制装置不仅结构简单、安全可靠、实用性强，而且有效的延长了所述铅酸蓄电池的工作寿命，并保证其充/放电性能稳定。

图一立体图 图二截面图

三、铅酸蓄电池温度控制装置的实例介绍

为了更直观清晰的揭露该温度控制装置，凸显该铅酸蓄电池温度控制装置的增益效果，下面结合具体实施方式举例说明。在具体实施方式中，加热装置、制冷装置、控制单元等的具体结构，以及所述预设电压、预设温度等均不是唯一的，可以根据实际情况选择合适的方案。例如：加热装置为电热片，制冷装置为半导体制冷片，控制单元为单片机控制系统。铅酸蓄电池温度控制装置在对铅酸蓄电池进行温度控制的方法，包括：

执行步骤S1：温度传感器检测铅酸蓄电池的工作环境温度T；

执行步骤S2：当温度传感器检测到铅酸蓄电池的工作环境温度T

执行步骤S3：当温度传感器检测到铅酸蓄电池的工作环境温度T>预设温度T0时，则控制单元开启制冷装置控制端，并使得制冷装置处于工作状态；

执行步骤S4：：当铅酸蓄电池的工作环境温度T=预设温度T0时，则加热装置或制冷装置停止工作。

同时，当铅酸蓄电池的电池电源的电压低于预设电压时，低压断路器切断铅酸蓄电池温控装置的电路，使得铅酸蓄电池温度控制装置失去控温作用。

通过结合实验数据，我们发现预设温度一般可以选择为T0=25℃。由于硅酸铝耐火纤维层的物化性能稳定、纤维长、抗拉强度大、抗震性能强、渣球少、容重轻、绝缘性能良、吸音性优、抗急冷急热性能好，我们可以选择硅酸铝耐火纤维层为耐火材料。

四、总结

随着智能化的发展，人们越来越需要能够长时间工作的蓄电池。该铅酸蓄电池温度控制装置解决了由于外部温度的变化引起的铅酸蓄电池使用寿命短、工作不稳定等问题。设计这种新型的温度控制装置，改善了蓄电池工作时外部的温度，有效的延长了铅酸蓄电池的工作寿命，并保证其充/放电性能稳定。由于该温控装置为盒子形状，安装和使用蓄电池比较方便，安全可靠、实用性强，在日常生活生产中有很大的实用价值。因此，该铅酸蓄电池温度控制装置具有较高的推广价值和应用前景。

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课题项目：

本论文所提出课题来自上海市大学生创新项目：铅酸蓄电池温度控制装置的研究与设计，项目编号：A1-5701-14-006-08-18。