[发明专利]防止自身过热的储能系统及防止储能系统过热的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止自身过热的储能系统，特别是，一种蓄电池及其系统，尤其特别是，一种阀控式铅酸蓄电池及其系统，本发明还涉及一种防止储能系统过热的方法和一种在储能系统或构成储能系统组件的至少部分外表面上形成至少一层高辐射率散热涂层的方法。

背景技术

蓄电池及其系统，作为储能系统中的一种，是储存电能以在需要时得到所需能量的装置。蓄电池典型地包括安置在电解质中的两个电极，即阳极和阴极。如在相关技术中已知的，在需要时，通常将被操作的电气设备跨接在其阴极和阳极两端，以从蓄电池中得到电能。

蓄电池具有很多种类。铅酸蓄电池，作为蓄电池中的一种，是将电能转换为化学能储存起来，需要时又将化学能转变为电能供给用电设备的装置。现有铅酸蓄电池主要分为溢流式和阀控式。相比于溢流式铅酸蓄电池，阀控式铅酸蓄电池更难散热，原因在于：在溢流式铅酸蓄电池单体中过量电解质填充电池单体中除电极以外的三维空间中，从而起到改进电池单体内部构件之间热接触的作用，并且在充电过程中，所产生的气体通过丢失水分以形成酸雾的形式而将热量从电池单体内带走。相比之下，在阀控式铅酸蓄电池单体中，由于酸液是由隔膜如吸附式玻璃纤维布吸收饱和的，因此并没有大量游离的酸液存在，酸液、隔膜、极板与塑料外壳壁之间的接触有限，从而限制了热量从电池单体内部传递出去，并且缺少自电池内部到电池外部的气体释放通道，因而充放电过程所产生的热量聚集在电池单体内部，导致蓄电池工作温度升高，从而使得蓄电池过热。由于阀控式铅酸蓄电池这一特点，其更广泛应用受到一定的限制。

事实上，阀控式铅酸蓄电池的过热主要来源于两部分：一部分是化学放热。化学放热非常剧烈，充电时仅氧复合反应就达到68.32kcal/mol，所以电池在反复充放电过程中，放热速率极高，很容易达到80℃以上，以至于过热；另外一部分热来源于欧姆热（由电池的栅板、汇流排、隔膜、端极柱等产生的电阻热）。由于热量是从内部产生的，而电池单体的外壳一般是由高分子材料制成，热量虽然可以从栅板、汇流排、端极柱等金属质地的电池组成部分散出，但是散热面积非常有限，所以电池单体内部的热量不容易散出。

对于蓄电池的大功率应用场合，根据阿伦尼乌斯方程，温度每升高10℃，任何化学反应的反应速率一般将增加2倍。该经验法则适用于基于失效模式（化学反应如腐蚀、氧复合反应等）得到的产品寿命，特别是适用于铅酸蓄电池的使用寿命。根据文献“IEEE Recommended Practice for Maintenance,Testing,and Replacement of Vented Lead-Acid Batteries for Stationary Applications,IEEE power engineering society,IEEE std 450^TM-2002,3 April 2003（电气和电子工程师协会推荐的用于固定应用场合的通气式铅酸电池的维修、测试和更换的操作惯例”，IEEE电力工程协会，IEEE标准450^TM-2002，2003年4月3日）所公开的内容，计算得出，电池工作温度从30℃降低至25℃，寿命延长30%。

为了防止蓄电池及其系统过热并延长其使用寿命，目前已提出多种用于在蓄电池工作时对其进行热控制或热管理的解决方案。其中大部分解决方案是基于电池单体侧面或底部的热控制或热管理，如专利文献US7967256、US7531270、US6533031、US6512347、US6407553、US5695891、US5356735、US5385793、US4913985中所描述的。此类改进设计大部分都是内置式的，其维修和散热仍存在技术上的问题。上面已经论述过，阀控式铅酸蓄电池内部所产生的热不容易传递到电池外部，因此，如果将所述现有技术中的热控制或热管理方法应用于阀控式铅酸蓄电池，散热效果并不能非常令人满意。

US7651811公开了一种牵引用蓄电池，该蓄电池包括具有通风孔的用于覆盖电连接条的塑料盖。其中风扇迫使空气流动通过蓄电池的电连接条，从而用于降低蓄电池的工作温度。US3834945则公开了利用水冷却牵引用蓄电池的端极柱和电池单体间的电连接条。无论是用空气冷却还是用水冷却，由于电连接条的换热面积有限，因此，换热效果的提高都不是非常明显。此外，所述具有冷却蓄电池功能的结构设计，例如增设水冷系统或风扇等，往往使蓄电池整体结构更为复杂、体积大且笨重，并且导致维修和安装工序复杂。