CN106532183A - 一种改变自身外部工作温度的电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改变自身外部工作温度的电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池、温度控制仓、加热装置、散热装置、降温装置和温控开关，所述电池连接温度控制仓，所述温度控制仓与加热装置和降温装置连接，所述加热装置和降温装置与温控开关连接，所述温控开关与散热装置连接，所述温控开关包括第一温控开关和第二温控开关，所述第一温控开关与散热装置连接，所述第二温控开关与加热装置和降温装置连接。本发明结构简单、不限次数重复循环使用、节能环保、充电效率高、安全可靠、使用方便、适用范围广泛，能降低电池的使用成本，经济效益显著。

Description

一种改变自身外部工作温度的电池

技术领域

本发明涉及一种电池领域，尤其涉及一种改变自身外部工作温度的电池。

背景技术

现有的电池一般采用金属壳体封装，外包一层塑料壳体。使用过程中其工作温度的范围波动很大。在不同的工作环境温度下，电池各方面的性能表现差异也很大，参见附图1所示，如低温状态下，电池的活性下降，能够储存和释放的能量密度显著降低，其容量显著下降；而高温状态下，电池的活性过高，能够储存和释放的能量密度虽然也显著增加，但严重影响电池的寿命，并且伴有电池爆炸和起火的危险。动力电池使用过程中通常包含如下几个阶段：

1、初始阶段：电池的温度和外界环境的温度一样，通常都处于低温状态，随着电池动力输出，由于电池内阻的发热效应，电池开始升温，这一阶段电池的工作环境温度通常都处于低温状态；

2、理想阶段：由于电池内阻的发热效应，电池持续升温，电池的温度升至电池活性最适宜的温度时，此时的电池充放电性能和电池的寿命相匹配，达到最佳效果；

3、过热阶段：由于电池内阻的持续发热效应，温度越高，发热越多，使电池持续升温。此时电池的温度会影响电池的寿命，另外电池内部温度过高还会带来爆炸和起火的危险。

一般来讲，电池充电时发热效应小，从充电开始到充电完成之间的温升不大，故充电温度一般处于相对的低温状态，此温度下的电池充放电性能均不好，能够储存的能量密度较低，容量较小，故所充的电量也较少，不能达到额定状态。

而放电时，由于电池内阻有持续发热效应，温度直线上升，很快就到达了过热的程度，温度升高，发热效应增大，这样就容易过快耗完电能。电池在理想工作温度下的工作时间很短暂。这种持续的、不利的循环对电池的容量和寿命均有很大损害。

综上所述，让电池尽量在理想温度下工作的装置成了迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种改变自身外部工作温度的电池。该发明能够使电池处于理想的工作温度，从而使电池能够有效的延长其寿命，降低了电池的使用成本，经济效益显著。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种改变自身外部工作温度的电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池、温度控制仓、加热装置、散热装置、降温装置和温控开关，所述电池连接温度控制仓，所述温度控制仓与加热装置和降温装置连接，所述加热装置和降温装置与温控开关连接，所述温控开关与散热装置连接，所述温控开关包括第一温控开关和第二温控开关，所述第一温控开关与散热装置连接，所述第二温控开关与加热装置和降温装置连接，所述第一温控开关能够在受热时变形，控制散热装置与温度控制仓连接，所述第二温控开关能够在温度控制仓里面的温度低于理想工作温度和/或高于理想工作温度时，控制加热装置和/或降温装置，使温度控制仓里面的温度控制在理想工作温度，所述溶液仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，所述温度控制仓包括微型泵和溶液，所述溶液连接微型泵，所述微型泵与电源连接，所述微型泵能够使温度控制仓里面的溶液循环流动。

进一步的，所述相变材料包括低温相变金属组合物或无机盐，所述溶液仓里面的溶液包括火花机油溶液。

进一步的，所述散热装置包括散热器；所述散热器包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

进一步的，所述第一温控开关包括双金属片开关，所述双金属片开关与温度控制仓和散热器连接，所述双金属片开关能够在受热到理想工作温度时变形控制散热器与温度控制仓连接。

进一步的，所述加热装置包括加热器，所述温度控制仓与加热器连接，所述加热器与第二温控开关和电源连接；所述加热器包括电阻丝和电热丝。

进一步的，所述降温装置包括传热装置、喷嘴和储冷仓，所述温度控制仓连接传热装置，所述传热装置连接喷嘴，所述喷嘴与储冷仓。

进一步的，所述传热装置包括散热管，所述温度控制仓连接散热管，所述散热管与喷嘴和储冷仓连接。

进一步的，所述传热装置设置有微型泵和单向阀，所述单向阀与储冷仓连接，所述微型泵与喷嘴和第二温控开关连接；所述微型泵能够使储冷仓里面的制冷剂流入到传热装置，并通过单向阀流入到储冷仓。

进一步的，所述第二温控开关包括温度感应器和主控电路板，所述温度控制仓连接温度感应器，所述温度感应器与主控电路板连接。

进一步的，所述主控电路板设置有温度控制系统，所述温度控制系统能够通过温度感应器，感应到温度控制仓里面的温度，并与智能控制系统内部设定的理想工作温度程序作比较；当温度控制仓里面的温度低于程序所设定的理想工作温度时，所述温度控制系统通过主控电路板控制加热器加热，使温度控制仓里面的温度加热到理想工作温度，温度控制仓里面的温度加热到理想工作温度时，所述主控电路板控制加热器对温度控制仓停止加热；当温度控制仓里面的温度高于程序所设定的理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置，使温度控制仓里面的温度降温到理想工作温度，温度控制仓里面的温度降低到理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置对温度控制仓停止降温。

进一步的，所述温度控制仓包括微型泵和溶液，所述溶液连接微型泵，所述微型泵与电源连接，所述微型泵能够使温度控制仓里面的溶液循环流动。

进一步的，所述溶液包括火花机油或硝酸钾饱和溶液。

进一步的，所述温度控制仓里面还设置有单向阀，所述单向阀与微型泵连接，所述单反阀能够控制温度控制仓里面的溶液往一个方向流动。

进一步的，所述电池在充电和/或放电时，所述微型泵启动，使温度控制仓里面的液体循环流动。

进一步的，所述储冷仓设置有制冷剂；所述制冷剂包括氨、氟里昂、水、混合共沸或碳氢制冷剂。

进一步的，所述降温装置里面的制冷剂通过喷嘴，由微型泵带动制冷剂在传热装置里面循环流动，吸收温度控制仓里面的热量，并通过单向阀重新流入到储冷仓，通过温度控制仓里面的溶液循环流动和传热装置里面的制冷剂循环流动从而使温度控制仓里面的温度降低。

进一步的，所述温度感应器包括一个或一个以上的温度感应器；所述主控电路板里面的温度控制系统能够通过一个或一个以上的温度感应器，所感应到温度平均值与温度控制系统内部的程序作比较。

进一步的，所述温控控制仓设置有隔热层，所述隔热层与加热装置装置和降温装置连接。

进一步的，所述隔热层包括聚氨酯发泡剂、聚苯板和酚醛树脂板。

进一步的，所述散热器还设置有散热风扇，所述散热风扇与主控电路板连接。

进一步的，所述理想工作温度范围为33-37℃之间。

进一步的，所述主控电路板还设置有触碰开关，所述触碰开关与温度控制仓连接，所述温度控制仓温度升高时，所述双金属片变形控制散热器与温度控制仓连接，并与触碰开关连接，由触碰开关控制散热风扇开启，当温度控制仓里面的温度降低时，所述双金属片控制散热器与溶温度控制仓分离，所述触碰开关与散热器分离，所述散热风扇关闭。

进一步的，所述双金属片包括热双金属片，由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲，则这种复合材料的曲率发生变化从而产生形变。其中，膨胀系数较高的称为主动层；膨胀系数较低的称为被动层。但是随着双金属应用领域的扩大和结合技术的进步，近代已相出现三层、四层、五层的双金属。事实上，凡是依赖温度改变而发生形状变化的组合材料，现今在习惯上仍称为热双金属。

进一步的，所述主动层的材料包括锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金或镍；所述被动层的材料包括镍铁合金，所述镍铁合金里面的镍含量为34～50%。

本发明的有益效果是：（1）本发明利用加热装置、散热装置和降温装置在电池温度过低或过高时，辅助加热或降温，可将电池的工作环境温度保持在其理想工作温度范围内，使电池长期处于理想的工作状态，可以保持电池的容量并延长其寿命，降低了电池的使用成本，经济效益显著；2、本发明结构简单，不限次数重复循环使用，节能环保、充电效率高、安全可靠、使用方便，适用范围广泛。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的一种改变自身外部工作温度的电池的充放电曲线图；

图2为本发明涉及的一种改变自身外部工作温度的电池的整体结构示意图；

图3为本发明涉及的一种改变自身外部工作温度的电池的电路示意图。

图中标号说明：1、电池本体，2、电池，3、温度控制仓， 4、加热装置，5、散热装置，6、降温装置，7、第一温控开关，8、第二温控开关，9、传热装置，10、储冷仓，11、温度感应器，12、微型泵，13、隔热层，14、散热风扇。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1～图3所示，一种改变自身外部工作温度的电池，包括电池本体1，所述电池本体1包括电池2、温度控制仓3、加热装置4、散热装置5、降温装置6和温控开关，所述电池2连接温度控制仓3，所述温度控制仓3与加热装置4和降温装置6连接，所述加热装置4和降温装置6与温控开关连接，所述温控开关与散热装置5连接，所述温控开关包括第一温控开关7和第二温控开关8，所述第一温控开关7与散热装置5连接，所述第二温控开关8与加热装置4和降温装置6连接，所述第一温控开关8能够在受热时变形，控制散热装置5与温度控制仓3连接，所述第二温控开关8能够在温度控制仓3里面的温度低于理想工作温度和/或高于理想工作温度时，控制加热装置4和/或降温装置6，使温度控制仓3里面的温度控制在理想工作温度，所述溶液仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，所述温度控制仓3包括微型泵12和溶液，所述溶液连接微型泵12，所述微型泵12与电源连接，所述微型泵12能够使温度控制仓3里面的溶液循环流动。

进一步的，所述相变材料包括低温相变金属组合物或无机盐，所述溶液仓里面的溶液包括火花机油溶液。

进一步的，所述散热装置5包括散热器；所述散热器包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

进一步的，所述第一温控开关7包括双金属片开关，所述双金属片开关与温度控制仓3和散热器连接，所述双金属片开关能够在受热到理想工作温度时变形控制散热器与温度控制仓3连接。

进一步的，所述加热装置4包括加热器，所述温度控制仓3与加热器连接，所述加热器与第二温控开关8和电源连接；所述加热器包括电阻丝和电热丝。

进一步的，所述降温装置6包括传热装置9、喷嘴和储冷仓10，所述温度控制仓3连接传热装置9，所述传热装置9连接喷嘴，所述喷嘴与储冷仓10。

进一步的，所述传热装置9包括散热管，所述温度控制仓3连接散热管，所述散热管与喷嘴和储冷仓10连接。

进一步的，所述传热装置9设置有微型泵和单向阀，所述单向阀与储冷仓10连接，所述微型泵与喷嘴和第二温控开关8连接；所述微型泵能够使储冷仓10里面的制冷剂流入到传热装置9，并通过单向阀流入到储冷仓10。

进一步的，所述第二温控开关8包括温度感应器11和主控电路板，所述温度控制仓3连接温度感应器11，所述温度感应器11与主控电路板连接。

进一步的，所述主控电路板设置有温度控制系统，所述温度控制系统能够通过温度感应器11，感应到温度控制仓3里面的温度，并与智能控制系统内部设定的理想工作温度程序作比较；当温度控制仓3里面的温度低于程序所设定的理想工作温度时，所述温度控制系统通过主控电路板控制加热器加热，使温度控制仓3里面的温度加热到理想工作温度，温度控制仓3里面的温度加热到理想工作温度时，所述主控电路板控制加热器对温度控制仓3停止加热；当温度控制仓3里面的温度高于程序所设定的理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置6，使温度控制仓3里面的温度降温到理想工作温度，温度控制仓3里面的温度降低到理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置6对温度控制仓3停止降温。

进一步的，所述温度控制仓3包括微型泵12和溶液，所述溶液连接微型泵12，所述微型泵12与电源连接，所述微型泵12能够使温度控制仓3里面的溶液循环流动。

进一步的，所述溶液包括火花机油或硝酸钾饱和溶液。

进一步的，所述温度控制仓3里面还设置有单向阀，所述单向阀与微型泵12连接，所述单反阀能够控制温度控制仓3里面的溶液往一个方向流动。

进一步的，所述电池在充电和/或放电时，所述微型泵12启动，使温度控制仓3里面的液体循环流动。

进一步的，所述储冷仓10设置有制冷剂；所述制冷剂包括氨、氟里昂、水、混合共沸或碳氢制冷剂。

进一步的，所述降温装置6里面的制冷剂通过喷嘴，由微型泵带动制冷剂在传热装置9里面循环流动，吸收温度控制仓3里面的热量，并通过单向阀重新流入到储冷仓10，通过温度控制仓3里面的溶液循环流动和传热装置9里面的制冷剂循环流动从而使温度控制仓3里面的温度降低。

进一步的，所述温度感应器11包括一个或一个以上的温度感应器；所述主控电路板里面的温度控制系统能够通过一个或一个以上的温度感应器，所感应到温度平均值与温度控制系统内部的程序作比较。

进一步的，所述温控控制仓3设置有隔热层13，所述隔热层13与加热装置4装置和降温装置6连接。

进一步的，所述隔热层13包括聚氨酯发泡剂、聚苯板和酚醛树脂板。

进一步的，所述散热器还设置有散热风扇14，所述散热风扇14与主控电路板连接。

进一步的，所述理想工作温度范围为33-37℃之间。

进一步的，所述主控电路板还设置有触碰开关，所述触碰开关与温度控制仓3连接，所述温度控制仓3温度升高时，所述双金属片变形控制散热器与温度控制仓3连接，并与触碰开关连接，由触碰开关控制散热风扇14开启，当温度控制仓3里面的温度降低时，所述双金属片控制散热器与溶温度控制仓3分离，所述触碰开关与散热器分离，所述散热风扇14关闭。

进一步的，所述双金属片包括热双金属片，由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲，则这种复合材料的曲率发生变化从而产生形变。其中，膨胀系数较高的称为主动层；膨胀系数较低的称为被动层。但是随着双金属应用领域的扩大和结合技术的进步，近代已相出现三层、四层、五层的双金属。事实上，凡是依赖温度改变而发生形状变化的组合材料，现今在习惯上仍称为热双金属。

进一步的，所述主动层的材料包括锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金或镍；所述被动层的材料包括镍铁合金，所述镍铁合金里面的镍含量为34～50%。

具体实施例：

本发明工作原理：当电池充电时，第二温控开关控制加热装置加热，加热装置产生的热量和电池充电时所产生的内阻热量给溶液加热，使电池的工作温度被迅速升至其理想工作温度范围内（例如，该理想工作温度范围为33-37℃，此温度范围根据不同类型的电池有所差异）。当电池的工作温度到达其理想工作温度范围时，加热装置停止加热，电池充电持续产生的热量被溶液所吸收。由于溶液密度小、热熔小、消耗少和冷却性能好，随温度的升高，其温度就大幅增加，所以能够吸收大量的热量，从而将充电时产生的内阻能量储存于溶液当中，阻止了电池的进一步升温，直至充电完成。

当电池放电工作时，加热装置停止加热，如果电池放电所产生的内阻热量多于温度控制仓散发的热量，其热量将会被温度控制仓吸收，储存热量，维持装置恒温；如果电池所产生的内阻热量少于装置散热的热量，溶液就释放能量，维持装置恒温。

当电池长期不工作时，如果温度控制仓散热过多，溶液降温，已不在电池理想工作温度范围内时，第二温控开关控制加热装置加热。

溶液加热原理：当加热装置加热时，由于加热装置处于温度控制仓的一侧，靠近加热装置一侧的溶液受热升温、热胀冷缩、因密度减小而上浮，温度控制仓中另外侧面和下面的冷溶液因密度较大而流过来补充或利用微型泵使温度控制仓里面的溶液循环。循环补充原来冷溶液位置的热溶液溶解更多的溶液，溶液整体升温的同时也储存了热量，溶液密度也因溶液的温度升高而增加，从而形成液体动态加热循环，直到加热到设定的理想工作温度范围上限时，加热装置停止加热，完成加热和储能的双动作。让溶液和电池长时间处于比较理想的工作温度范围内，可以更好的保障和保持电池的各项性能。

该恒温装置中设有多个温度感应器来感知溶液仓中不同位置的温度。当几个特定位置的温度处于某个温度范围内时，第二温控开关根据温度信号的情况来控制加热装置停止加热，利用溶液自身温差产生的对流，让溶液的温度和电池均处于理想工作温度范围内，从而更好的保障了电池的各项性能。

由于加热装置的加热和电池长时间持续工作的热效应，当温度控制仓中的温度高于电池的理想工作温度时，第一温控开关受热变形，使散热装置与温度控制仓连接，由散热装置控制温度控制仓里面的温度降温，当散热装置和外界的温度高于理想工作温度上限时，无法有效的给温度控制仓降温时，理想工作温度上限时，所述第二温控开关控制降温装置，由降温装置里面的微型泵通过喷嘴把储冷仓里面的制冷剂输入到散热管，散热管里面的制冷剂产生气化后使温度控制仓里面的温度降低，同时吸收温度控制仓里面的温度，重新输入到储冷仓，由微型泵控制散热管里面的制冷剂循环，使散热管与温度控制仓连接的部分降温，由温度控制仓里面的微型泵控制溶液循环流动，使降温后的溶液流动，由高温溶液补充到冷溶液位置，由散热管降温更多的溶液，从而形成溶液循环降温，直到降温到设定的理想工作温度范围下限时，降温装置停止降温，温度控制仓中的溶液继续进行循环，从而使电池里面的温度保持在一定的温度范围之内。如此反复缓降温过程，既保住了电池的活性又保证了电池的容量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改变自身外部工作温度的电池，包括电池本体（1），所述电池本体（1）包括电池（2）、温度控制仓（3）、加热装置（4）、散热装置（5）、降温装置（6）和温控开关，所述电池（2）连接温度控制仓（3），所述温度控制仓（3）与加热装置（4）和降温装置（6）连接，所述加热装置（4）和降温装置（6）与温控开关连接，所述温控开关与散热装置（5）连接，其特征在于：所述温控开关包括第一温控开关（7）和第二温控开关（8），所述第一温控开关（7）与散热装置（5）连接，所述第二温控开关（8）与加热装置（4）和降温装置（6）连接，所述第一温控开关（8）能够在受热时变形，控制散热装置（5）与温度控制仓（3）连接，所述第二温控开关（8）能够在温度控制仓（3）里面的温度低于理想工作温度和/或高于理想工作温度时，控制加热装置（4）和/或降温装置（6），使温度控制仓（3）里面的温度控制在理想工作温度，所述溶液仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，所述温度控制仓（3）包括微型泵（12）和溶液，所述溶液连接微型泵（12），所述微型泵（12）与电源连接，所述微型泵（12）能够使温度控制仓（3）里面的溶液循环流动。

2.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述相变材料包括低温相变金属组合物或无机盐，所述溶液仓里面的溶液包括火花机油溶液。

3.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述散热装置（5）包括散热器；所述散热器包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

4.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述第一温控开关（7）包括双金属片开关，所述双金属片开关与温度控制仓（3）和散热器连接，所述双金属片开关能够在受热到理想工作温度时变形控制散热器与温度控制仓（3）连接。

5.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述加热装置（4）包括加热器，所述温度控制仓（3）与加热器连接，所述加热器与第二温控开关（8）和电源连接；所述加热器包括电阻丝和电热丝。

6.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述降温装置（6）包括传热装置（9）、喷嘴和储冷仓（10），所述温度控制仓（3）连接传热装置（9），所述传热装置（9）连接喷嘴，所述喷嘴与储冷仓（10）。

7.根据权利要求5所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述传热装置（9）包括散热管，所述温度控制仓（3）连接散热管，所述散热管与喷嘴和储冷仓（10）连接。

8.根据权利要求5所述的一种恒温装置，其特征在于：所述传热装置（9）设置有微型泵和单向阀，所述单向阀与储冷仓（10）连接，所述微型泵与喷嘴和第二温控开关（8）连接；所述微型泵能够使储冷仓（10）里面的制冷剂流入到传热装置（9），并通过单向阀流入到储冷仓（10）。

9.根据权利要求1所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述第二温控开关（8）包括温度感应器（11）和主控电路板，所述温度控制仓（3）连接温度感应器（11），所述温度感应器（11）与主控电路板连接。

10.根据权利要求8所述的一种改变自身外部工作温度的电池，其特征在于：所述主控电路板设置有温度控制系统，所述温度控制系统能够通过温度感应器（11），感应到温度控制仓（3）里面的温度，并与智能控制系统内部设定的理想工作温度程序作比较；当温度控制仓（3）里面的温度低于程序所设定的理想工作温度时，所述温度控制系统通过主控电路板控制加热器加热，使温度控制仓（3）里面的温度加热到理想工作温度，温度控制仓（3）里面的温度加热到理想工作温度时，所述主控电路板控制加热器对温度控制仓（3）停止加热；当温度控制仓（3）里面的温度高于程序所设定的理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置（6），使温度控制仓（3）里面的温度降温到理想工作温度，温度控制仓（3）里面的温度降低到理想工作温度时，所述主控电路板控制降温装置（6）对温度控制仓（3）停止降温。