CN104540417A - 背包式电源 - Google Patents

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Abstract

一种背包式电源，包括：多个二次单元电池、构成为容纳多个二次单元电池且适于穿戴在使用者背部的壳体以及构成为冷却多个二次单元电池的冷却风扇。

Description

背包式电源
技术领域
本发明涉及一种容纳用于电动工具的可充电电池的背包式电源。
背景技术
提供给电动工具和其他设备的便携式电源的一种提议是，于可穿戴的在使用者腰上的腰带(电池套)中容纳可充电电池(例，见日本实用新型申请H07-3983号公报)。
发明内容
技术问题
穿戴于使用者背部的背包式电源是另一种可能的用于供电给电动工具和其他设备的便携式电源。背包式电源能拥有比腰带式电源更大的容量，因为背包式电源设置有能容纳大量阵列排列的二次单元电池(例如，可充电锂离子电池)的壳体。
通常地，二次电池在其充电和放电时趋向于升温，并且当其温度升高时其性能会退化。在上述单元电池的排列中，可充电单元电池温度升高的量根据单元电池在阵列中的位置有所不同。温度升高的不一致性能引发个别单元电池的不规则退化。如果即使背包式电源的多个可充电电池中的一个经历显著地退化，电源的整体放电容量也可能被削弱，阻碍电源释放其期望的放电量。
问题的解决方案
鉴于上述，本发明的目的是提供一种能够缓解二次电池间的不一致退化的背包式电源。
为了达到上述及其他目的，本发明提供一种背包式电源，其包括：多个二次单元电池；壳体，其构成为容纳所述多个二次单元电池，且适于穿戴在使用者的背部；以及冷却风扇，其构成为冷却所述多个二次单元电池。
使用该结构，由于二次电池的温度升高被抑制，二次电池的退化能被缓解。
进一步，优选的是，所述多个二次单元电池沿第一方向排列以形成多个电池单元，所述多个电池单元沿垂直于第一方向的第二方向排列。
优选的是，所述多个电池单元可独立地从所述壳体拆卸或可独立地附接到所述壳体。
还优选的是，在各所述多个电池单元中的所述多个二次单元电池相互串联连接，并且所述多个电池单元相互并联连接。
使用该结构，即使当一个或多个二次单元电池经历显著的退化时，仅拥有退化的单元电池的电池单元能被替换，因此方便电池组的维修并且减少需要用于替换的费用。
优选的是，所述冷却风扇包括设置为与所述多个电池单元一一对应的多个风扇，所述背包式电源进一步包括：多个温度传感器，每个温度传感器都构成为检测所述多个电池单元中对应的一个的温度；以及控制单元，其构成为基于由多个温度传感器检测到的温度彼此独立地控制所述多个风扇中的每一个。
进一步，优选的是，控制单元被构造为独立地控制所述多个风扇中的每一个，以便所述多个电池单元间的温度差保持在指定范围内。
该结构能缓解多个电池组在退化进展中的不一致，从而防止整体放电容量过早地减少。
还优选的是，所述控制单元构成为停止与所述多个电池单元中的特定电池单元对应的所述多个风扇中的特定风扇，在所述多个电池单元中，所述特定电池单元具有最低的温度。
还优选的是，所述控制单元构成为驱动与所述多个电池单元中的特定电池单元对应的所述多个风扇中的特定风扇，在所述多个电池单元中，所述特定电池单元具有最高的温度。
该结构能在节约电能的同时，缓解多个电池单元在退化进展中的不一致。
还优选的是，每个电池单元均具有第一端和在第一方向上与第一端相对的第二端，所述多个风扇沿第二方向交替地设置在第一端和第二端。
该结构能在第一方向上更好平衡地冷却多个二次单元电池。
进一步优选的是：所述壳体具有外壁、与外壁相对的且构为抵靠使用者背部的内壁以及一对均连接外壁和内壁的侧壁，从外壁到内壁的方向为垂直于第一方向和第二方向的第三方向，且其中多个电池单元的组合体在第一方向、第二方向和第三方向定义了中心；且其中外壁、内壁和侧壁的其中之一在对应于中心的位置形成开口，所述开口为空气入口和空气出口中的至少一个，用于通过冷却风扇产生流过中心的气流。
该结构不仅能冷却二次单元电池的本体，而且还能集中冷却比在外围的二次单元电池更可能升高温度的二次单元电池。因此，该结构也能缓解多个二次单元电池间的退化进展不一致。
优选的是，所述壳体具有一对侧壁，每个侧壁均在第一方向上与所述多个电池单元中的每一个的两端相对，并且具有面对沿第二方向的最底端电池单元的底壁，侧壁和底壁的其中之一形成有入口和出口中的至少一个，以通过冷却风扇产生气流。
当电源运作在雨中或其他的降水情况下，该结构限制了进入壳体的水分的量。
进一步优选的是，所述壳体具有抵靠使用者背部的壁，所述壁形成有入口和出口中的至少一个，以通过所述冷却风扇产生气流。
该结构进一步限制了雨水或者其他杂质会通过开口进入壳体的可能性。
还优选的是，所述壳体具有抵靠使用者背部的壁，所述壁和所述多个单元电池在它们之间限定了空间，所述空间为延伸自或延伸到所述冷却风扇的空气通道。
该结构能减少产生于二次单元电池、通过壳体传递给使用者的背部的热量。穿过空气通道的冷却气流在防止使用者的背部变得闷热方面是有效的。
进一步，如果排出气体的方向能通过反转风扇的旋转方向或类似的方法改变，当电源运作在寒冷天气中或寒冷季节期间，二次单元电池产生的热量能用于加热使用者的背部。
优选的是：所述多个电池单元限定了沿第一方向和沿第二方向的中心；且其中，每个电池单元中的多个单元电池沿第一方向在相邻的单元电池之间设置第一间隙，并且所述多个电池单元沿第二方向在相邻的电池单元之间设置第二间隙，第一间隙和第二间隙中的至少一个朝向中心增大，以便位于最靠近中心的第一间隙和第二间隙中的特定的一个为最大，并且位于最远离中心的第一间隙和第二间隙中的特定的另一个为最小。
进一步优选的是，进一步包括多个热分布控制构件，每个热分布控制构件均设置在相邻的电池单元之间且构成为控制所述多个电池单元间的热分布。
进一步优选的是，所述热分布控制构件包括构成为部分隔离相邻的电池单元之间的空间的隔板。还优选的是，所述热分布控制构件由绝热材料制成。
该结构能引导冷却气体在第一方向上均匀的包围单元电池，获得更有效的二次单元电池的冷却。而且，相邻电池单元间的热传递能被限制，从而实现二次单元电池间更好的热分布。
优选的是，二次单元电池为锂离子二次单元电池。
上述本发明的该结构对本技术领域内现有的任何种类的二次电池均有效，但使用在充电和放电期间对其二次单元电池间的温度差一贯敏感的锂离子电池，展现出更显著的效果，
发明的有益效果
根据本发明的背包式电源能缓解二次电池间的不一致(不规则)的退化。
附图说明
图1是根据本发明的优选实施方式的背包式电源的主视图
图2A是的图1的背包式电源的壳体的剖视图，并且示出了壳体的内部结构。
图2B是图1的背包式电源的壳体的侧剖视图。
图3A是根据本发明的变形例的背包式电源的壳体的剖视图。
图3B是图3A的背包式电源的壳体的侧剖视图。
图4A是根据本发明的另一变形例的背包式电源的壳体剖视图。
图4B是图4A的背包式电源的壳体的侧剖视图。
具体实施方式
下面，将参考图1至2B描述根据本发明的优选实施方式的背包式电源1。应该注意的是，图1中的电源1的外观和形状略微地不同于其他附图中的，但是在优选实施方式中被认为能实现相同的功能。
根据优选实施方式的电源1用于容纳给电动工具供电的电池组2(见图2)。在使用者操作电动工具的同时容纳于电源1中的电池组2可被穿戴在使用者的背上。如图1至2B所示，电源1还包括盒状的壳体3。
壳体3包括靠在使用者背部的接触面31、在接触面31对面的外表面32(见图2B)、顶面33、底面34和一对侧面35。
四个入口35a和四个出口35b在面对将在下面描述的四个各自的电池单元22的位置处分别形成于相对的侧面35。在优选实施方式中，入口35a形成在右侧面35，出口35b形成在左侧面35，如图2A所示。
壳体3容纳电池组2，以及四个温度传感器4，四个冷却风扇5，和控制单元6。
电池组2包括总共八十个锂离子二次单元电池(下文“单元电池”)21。更具体地，在本例中，电池组2具有四个电池单元22，每个电池单元22都由排列成两行的二十个单元电池21构成，每十个单元电池串联成一行。即，十个单元电池21在每行串联，并且两行单元电池21在每个电池单元22中相互并连。电池单元22沿左右方向延伸。
温度传感器4中的一个被设置在各电池单元22的中央区域，该中央区域为在每个电池单元22中对温度上升最敏感的位置。温度传感器4用于检测相应电池单元22的温度并且用于将温度数据输出给控制单元6。
冷却风扇5安装于壳体3中，每个冷却风扇均位于面对相应的电池单元22的在左右方向上的一端(在优选实施方式中左端)的位置。
控制单元6基于相应的温度传感器4检测到的相应的电池单元22的温度独立地控制每个冷却风扇5。具体地，控制单元6控制每个冷却风扇5以致风扇的温度不超出指定的温度。进一步，控制单元6还控制冷却风扇5以使四个电池单元22间的温度差保持在指定范围内。控制冷却风扇5的可行方式包括调节每个冷却风扇5的旋转速度和反转每个冷却风扇5的旋转方向。(即是，反转进气/排气方向)
通过控制每个冷却风扇5以使四个电池单元22间的温度差保持在指定范围内，根据本实施方式的电源1能够缓解电池单元22间的不规则退化。因此，该结构抑制了归因于仅仅一部分单元电池21的性能退化的单元电池21的整体功能的下降。
使用传统的技术，如果即使电池组中的一个单元电池极度地退化，整个电池组必须被替换掉。然而，根据优选实施方式的电池组2将单元电池21排列成多个电池单元22。从而，当其中一个单元电池21经历极度地退化时，仅拥有该退化的单元电池21的电池单元22需要被替换，因此方便电池组2的维修并且减少需要用于替换的费用。
在上述例子中，单元电池21为锂离子二次单元电池。由于在充电和放电期间这类单元电池比其他类型的单元电池对温度差更敏感，因此，对于该结构本发明特别有效。
进一步，在优选实施方式中，入口35a和出口35b形成于侧面35中。当电源1在雨中或其他降水的情况中运作时，该结构限制进入壳体3的水分的量。
既然已详细地参考上述实施方式描述了本发明，对本技术领域的技术人员应该显而易见的是，可不超出权利要求范围地在其中进行各种改变和变形。
例如，在上述优选实施方式中控制单元6控制每个冷却风扇5以致四个电池单元22间的温度差保持在指定范围内。然而，控制单元6还可停止其中与具有最低温度的电池单元22对应的一个冷却风扇5，或可仅驱动与具有最高温度的电池单元22对应的冷却风扇5。在缓解电池单元22的退化的进展不一致方面，该结构获得与优选实施方式所描述的相同的效果，而同时节约电能。
虽然优选实施方式的壳体3容纳有多个各自独立被驱动的冷却风扇5，但本发明不限制于该结构，风扇5可以位于能够均匀地分散二次单元电池间的热量的位置。例如，冷却风扇5可全部同时地而不是独立地被驱动，或壳体3可被设置为如图3A中表示的具有单个冷却风扇8。对于本技术领域的技术人员应该显而易见的是，从例如，制造费用，故障的潜在可能性，维修的便利性等的角度考虑，需求较少的诸如风扇的元件来获得预期效果是优选的。
在优选实施方式中，虽然四个冷却风扇5设置在四个电池单元22的左端。但冷却电扇5可安装在电池单元22的另一端，如图4A所示。在这种情况下，入口35a和出口35b也可分别交替地形成在右侧面和左侧面35中，以便与交替安装的冷却风扇5对应。该结构能在左右方向上更好平衡地冷却单元电池21。
在优选实施方式中，虽然入口35a和出口35b形成在侧面35中，但对该开口的位置没有特别的限制。例如，当工作在雨中或其它降水环境中时，该开口可形成在底面34中以进一步限制水分进入壳体3(见图4A中的附图标记136)。
在优选实施方式中，虽然入口35a和出口35b形成在壳体3的左侧面和右侧面35中，但该开口可以在四个电池单元22的中心的大体位置处(见图4A中的附图标记137)形成于接触面31或外表面32中。这里，“四个电池单元22的中心”表示在由四个电池单元22构成的长方体(即，长方体在四个电池单元22组合并被看作一个单元时形成)的任何一个表面上的靠近中心的位置。
该结构不仅能冷却单元电池21的本体，而且还能集中冷却那些比在外围的单元电池21更可能升高温度的单元电池21。因此，该结构也能缓解多个单元电池21的退化进展不一致。
或者，至少一个入口35a和一个出口35b可形成在接触面31中，该接触面31在使用期间抵靠使用者的背部(见图4A中的附图标记138)。此结构能够防止使用者的背部变热且流汗，或能够使用通过单元电池21产生的热量加热使用者的背部。
进一步，用于冷却空气的通道也可形成于接触面31和四个电池单元22之间(见图4B中的附图标记139)。该结构能减少单元电池21中产生的通过壳体3传递给使用者背部的热量。流过通道的冷却空气也有效的防止使用者的背部变得闷热。
注意，如果入口35a形成在接触面31中，优选的是，壳体3设置有防止壳体3因穿过入口35a的吸力而吸到使用者的背部的结构。用于防止被吸力粘住的一个方法是，在壳体3上设置凸块，并且将入口35a的开口形成于该凸块的侧表面以便开口不面对使用者的背部。或者，诸如海绵、网状物之类的多孔构件可设置在入口35a的开口中，以提供足够的空间用于空气在壳体3和使用者背部之间流动。
优选的是，在相邻的电池单元22之间设置热量分布控制构件。该热量分布控制构件可以为用于控制气流方向的隔板或其他装置，或者设置于相邻的电池单元22之间的诸如绝热材料的隔热装置。在如图4B所示的例子中，隔板140设置于相邻的电池单元22之间。该结构能引导冷却空气均匀地分布在单元电池21的周围，能将冷却效果集中于温度不均匀升高的区域，并且能限制热量在相邻单元电池21间和相邻电池单元22间传递，从而，在单元电池21间实现更好的热分布。
普遍地，当密集地安装二次电池时，中心附近的单元电池11趋向于比位于外围的单元电池11更容易升高温度。因此，当多个单元电池21排列于多个电池单元22的每一个中时，如同优选实施方式，相邻单元电池21间的空间应在外围较密集而朝向中心逐渐地较稀疏。该排列的例子如图4B所示，其中，空间S1(中心附近的相邻单元电池21间的空间)比空间S2(在外围的相邻单元电池21间的空间)更大。
同样地，相邻电池单元22间的空间可用相似方法排列，以便相邻电池单元22间的空间应在外围比较密集而朝向中心逐渐地较稀疏。
附图标记列表
1：背包式电源
2：电池组
3：壳体
4：温度传感器
5：冷却风扇
6：控制单元
8：冷却风扇
21：单元电池
22：电池单元
31：接触面
32：外表面
33：顶面
34：底面
35：侧面
136：开口
137：开口
138：开口
139：空气通道
140：隔板

Claims (18)

1.一种背包式电源，其包括：
多个二次单元电池；
壳体，其构成为容纳所述多个二次单元电池，且适于穿戴在使用者的背部；以及
冷却风扇，其构成为冷却所述多个二次单元电池。
2.根据权利要求1所述的背包式电源，其中所述多个二次单元电池沿第一方向排列以形成多个电池单元，所述多个电池单元沿垂直于第一方向的第二方向排列。
3.根据权利要求2所述的背包式电源，其中所述多个电池单元能够独立地从所述壳体拆卸或能够独立地附接到所述壳体。
4.根据权利要求2所述的背包式电源，其中在各个所述多个电池单元中的所述多个二次单元电池相互串联连接，并且所述多个电池单元相互并联连接。
5.根据权利要求2所述的背包式电源，其中所述冷却风扇包括设置为与所述多个电池单元一一对应的多个风扇，所述背包式电源进一步包括：
多个温度传感器，每个温度传感器都构成为检测所述多个电池单元中对应的电池单元的温度；以及控制单元，其构成为基于由多个温度传感器检测到的温度彼此独立地控制所述多个风扇中的每一个。
6.根据权利要求5所述的背包式电源，其中控制单元被构造为独立地控制所述多个风扇中的每一个，以便所述多个电池单元间的温度差保持在指定范围内。
7.根据权利要求5或6所述的背包式电源，其中所述控制单元构成为停止与所述多个电池单元中的特定电池单元对应的所述多个风扇中的特定风扇，在所述多个电池单元中，所述特定电池单元具有最低的温度。
8.根据权利要求5或6所述的背包式电源，其中所述控制单元构成为驱动与所述多个电池单元中的特定电池单元对应的所述多个风扇中的特定风扇，在所述多个电池单元中，所述特定电池单元具有最高的温度。
9.根据权利要求5或6所述的背包式电源，其中每个电池单元均具有第一端和在第一方向上与第一端相对的第二端，所述多个风扇沿第二方向交替地设置在第一端和第二端。
10.根据权利要求2至9其中任意一项所述的背包式电源，其中所述壳体具有外壁、与外壁相对的且构成为抵靠使用者背部的内壁以及一对均连接外壁和内壁的侧壁，从外壁到内壁的方向为垂直于第一方向和第二方向的第三方向，且其中多个电池单元的组合体在第一方向、第二方向和第三方向定义了中心；且其中外壁、内壁和侧壁的其中之一在对应于中心的位置形成开口，所述开口为空气入口和空气出口中的至少一个，用于通过冷却风扇产生流过中心的气流。
11.根据权利要求2至9其中任意一项所述的背包式电源，其中所述壳体具有一对侧壁，每个侧壁均在第一方向上与所述多个电池单元中的每一个的两端相对，并且具有面向沿第二方向的最底端的电池单元的底壁，侧壁和底壁的其中之一形成有入口和出口中的至少一个，以通过冷却风扇产生气流。
12.根据权利要求2至9其中任意一项所述的背包式电源，其中所述壳体具有抵靠使用者背部的壁，所述壁形成有入口和出口中的至少一个，以通过所述冷却风扇产生气流。
13.根据权利要求2至9其中任意一项所述的背包式电源，其中所述壳体具有抵靠使用者背部的壁，所述壁和所述多个单元电池在它们之间限定了空间，所述空间为延伸自或延伸到所述冷却风扇的空气通道。
14.根据权利要求2至13其中任意一项所述的背包式电源，其中所述多个电池单元限定沿第一方向和沿第二方向的中心；且其中，
每个电池单元中的多个单元电池沿第一方向在相邻的单元电池之间设置第一间隙，并且所述多个电池单元沿第二方向在相邻的电池单元之间设置第二间隙，第一间隙和第二间隙中的至少一个朝向中心增大，以便位于最靠近中心的第一间隙和第二间隙中的特定的一个为最大，并且位于最远离中心的第一间隙和第二间隙中的特定的另一个为最小。
15.根据权利要求2至14其中任意一项所述的背包式电源，进一步包括多个热分布控制构件，每个热分布控制构件均设置在相邻的电池单元之间且构成为控制所述多个电池单元间的热分布。
16.根据权利要求15所述的背包式电源，其中所述热分布控制构件包括构成为部分隔离相邻的电池单元之间的空间的隔板。
17.根据权利要求15所述的背包式电源，其中所述热分布控制构件由绝热材料制成。
18.根据权利要求1至17其中任意一项所述的背包式电源，其中所述二次单元电池为锂离子二次单元电池。
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