【船机帮】船用大容量蓄电池的应用研究

为应对石油资源的日渐枯竭和国际环保法规标准的不断提高 ，为实现船舶节能减排 ，航运企业逐渐把目光投向了太阳能、风能等自然能源。 

太阳能电池 、风力发电机等利用自然能源发电在船舶上的应用逐渐增多。

在船舶上利用这些自然能源发电，其发电能力会受到天气和海况的影响。 

为了保证这些自然能源发电供电的稳定性 ，船舶上通常设置大容量蓄电池来平衡自然能源发电输出功率与负载功率。

例如，中远腾飞轮，世界上最大的光伏发电船舶，装有650KWH的蓄电池；内河商品汽车滚装船上海安盛汽车船务有限公司 “安吉204”轮，蓄电池组能量为128kWh。

常用的蓄电池种类很多，包括铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、金属氢化物，镍蓄电池、镍镉蓄电池以及钠硫储能电池等。

表 1为不同类型蓄电池的特点。

表1 不同类型蓄电池的特点

如果我们需要容量相当于一台柴油发电机组的蓄电池，则其体积和质量相当大，这在一定程度上会增加船上蓄电池储能系统的维护保养工作。

由于蓄电池的存放需要经过特别设计的专门舱室，对于专门从事运输的船舶来说提供大体积专门舱室储存蓄电池也是不现实的，所以对于船用大容量蓄电池，蓄电池的能量密度将是一个考虑的重点。

由表1可以看出，金属氢化物／镍蓄电池、锂离子蓄电池以及钠硫蓄电池具有高能量密度。

钠硫蓄电池工作温度高达300摄氏度，船上一般不会使用钠硫蓄电池。

对于金属氢化物／镍蓄电池、锂离子蓄电池，由于锂离子蓄电池具有单体电压高、自放电率低等优点，目前更受青睐。

例如：“中远腾飞”轮 、“安吉204”轮采用的都是锂离子蓄电池。

同时中国船级社也在2014年专门发布了《太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南》。

随着技术的进步和蓄电池生产工艺的提高 ，未来会有更多高能量密度、安全环保、经济高效的大容量蓄电池用于船舶上。

大容量蓄电池一般由大量的相同类型的蓄电池组组成，具有更大的能量，一旦发生事故 (例如发生爆炸、火灾等 )产生的危害会更加严重。

在船舶上使用蓄电池给管理、维护和保养提出了很高的要求，相关船舶蓄电池管理人员须熟悉蓄电池在使用时可能产生的风险。

1.单体蓄电池受到机械损伤或者蓄电池组电路受到机械损伤时，通电后，受到机械损伤的蓄电池组可能就会引起热失控或者产生其它危害，所以在蓄电池日常维护保养或者维修、更换蓄电池组时一定要注意蓄电池不要受到机械损伤。

2.大部分类型的蓄电池电解质含有水，在充电过程中可能产生氢气，电解质也一般具有腐蚀性。

与一般蓄电池不同的是，锂离子蓄电池含有易燃的电解质，燃烧的时候会释放大量的化学能；另外，大部分类型的锂离子蓄电池能产生可燃蒸汽。船舶蓄电池管理人员需注意船舶蓄电池组存放房间发生火灾时可能产生的危害。

3.蓄电池短路可能发生在蓄电池正负极输出端子之间，也可能发生在蓄电池模块内部。

蓄电池模块内部发生短路，或者单体蓄电池发生短路时，单体蓄电池正负极问发生快速的化学反应，释放存储的能量，会引起蓄电池热失控。

与一般蓄电池相比，高能量密度蓄电池发生短路时，释放的能量能多，产生的危害更大。

通常，除了防止蓄电池电极短接以外，一般会使用断路装置对蓄电池进行短路保护，如保险丝、断路器、温控器等。

多孔聚合物隔板在给定的温度下会融化，能用于蓄电池热失控保护。

和保险丝一样 ，在聚合物融化后要及时更换。

4.测量蓄电池温度和电压的信号线一般是和蓄电池连在一起的。信号线短路可能会造成信号线自燃和蓄电池热失控。

因此，在蓄电池相关参数的测量电路中，可以考虑接入保险丝进行短路保护。选用不易燃的信号线和连接端子，或者把信号线和蓄电池隔离开来。 

5.对于串联的蓄电池来说，最低容量的蓄电池将决定放电时间，最高容量的蓄电池会决定充电时间，所以蓄电池要匹配。

对于锂离子蓄电池来说，无法用补充充电或者涓流充电的方法使锂离子蓄电池达到饱和状态，因此必须使用电源管理系统。

蓄电池在放电时不能超过其可用容量，超过蓄电池可用容量后，蓄电池电极会快速失效。 

另外，在蓄电池充电时，如果出现不可控的温升，须立即停止充电；蓄电池在放电时，放电到终止电压时，须立即停止放电。

蓄电池管理系统应防止蓄电池过压和欠压。

6.选择蓄电池的灭火方法时，须考虑蓄电池的化学特性。

对于锂离子蓄电池引起的火灾，固定式气体灭火系统比较有效，常采用氮气或者二氧化碳进行灭火。

用氮气和二氧化碳进行灭火，不但可以隔离空气有效灭火，同时还能够降温，抑制锂离子蓄电池热失控。

另外，对于锂离子蓄电池产生的火灾，释放窒息性气体进行灭火，在火扑灭之后，锂离子蓄电池仍旧有很大的可能释放一些可燃气体，形成爆炸性的气体氛围，一旦有空气进入，就可能爆炸或者发生二次火灾，因此，在灭火过后要经过一定的冷却时间，不要贸然打开蓄电池间的门，以防止空气进入。