CN1465001A - 蓄电池的温度调节器和包括该温度调节器的车辆 - Google Patents

Abstract

一种温度调节器，其可有效地调节蓄电池的温度。该调节器包括具有第一表面和第二表面的热电传感器。第一表面热学上与一个或多个蓄电池联接；而第二表面热学上与加速第二表面上的热作用的热作用加速介质联接。第一表面和第二表面进行互相矛盾的两项工作，即随着电池激励的极性不同，可以进行散热和吸热。这个结构可使温度调节器冷却蓄电池和给蓄电池加温。

Description

蓄电池的温度调节器和包括 该温度调节器的车辆

技术领域

本发明涉及蓄电池的温度调节器和包括该温度调节器的车辆。更具体地说，本发明涉及适用于诸如电动汽车和多动力组合式汽车的蓄电池温度调节器，并且还涉及包括该温度调节器的车辆。

背景技术

电动汽车和多动力组合式汽车已经商业化，在这种汽车中，驱动电机和用于驱动所述驱动电机的蓄电池安装在汽车上。特别是多动力组合式汽车能适应现代生活，并吸引了市场的关注。

图8示出了在市场上可以得到的多动力组合式汽车的驱动系统。在汽车中安装了发动机，驱动发电机和空气调节压缩机。发动机驱动该压缩机和驱动车轮。控制系统包括控制装置(ECU)，DC/DC转换器和变换器。安装了用于驱动驱动发电机的36V的蓄电池，和用于驱动控制系统与定子的12V的蓄电池。两个蓄电池尺寸相同，都安装在车尾行李箱(汽车后部行李箱)中。当汽车行驶时，发电机发电，并给两个蓄电池充电，即准备以后使，用也就是说，放电。当36V的蓄电池驱动发电机时，发动机的传动系统调整在中间位置。

同时，汽车首先使用6V的蓄电池，然后更换成12V的蓄电池，而现在则如上所述，准备使用能保证36V的42V的蓄电池。蓄电池不仅驱动发电机，而且驱动空气调节的压缩机，并且蓄电池的应用还可扩展。

如上所述，当发动机被驱动时，蓄电池就充电，因此，蓄电池可以尽可能长时间地使用。但是，电池的自身发热缩短其预期使用寿命。自身发热是由充电和发电时的化学反应产生的。当温度升高时，稀释的硫酸气体选出，腐蚀电极，使蓄电池的寿命缩短。蓄电池有时在36V的条件下放电几千瓦，即200～250A。因此，如果蓄电池的温度，从其在50～60℃的工作温度升高大于10℃，则寿命缩短至1/2。

为了解决这个问题，日本专利申请的未经审查的公报H09-289701号公开了一种使用在两个步骤中一步一步地减小放电功率的方法的锂-离子电池。

在铅-酸电池的情况下，为了克服上述缺点，控制充电/放电，使得在60～70℃的温度范围内，用两个步骤来进行低于通常水平的充电和低于通常水平的放电。希望在早期这样来控制充电/放电，否则，热量会失去控制，蓄电池的温度瞬时会上升至高达80～90℃。

在镍金属氢化物电池的情况下，日本专利申请未经审查的公报H10-270095号公开了一种包括风扇的空气冷却装置。为了有效地冷却电池，提出了形成空气冷却路径的各种方法。

然而，由于电池温度升高，上述限制放电的方法迫使使用者只能在短期内使用该电池，并且电池需要长时间来复原。因此，使用这种方法中的一种方法的多动力组合式汽车不能充分发挥多动力组合式汽车的优点。换句话说，汽车仍用汽油行驶，而不是用电池。因此，希望增加电池驱动时汽油驱动的比值。

在镍金属氢化物电池中使用空气冷却的情况下，仍要保护性地控制电池，并且，为了增加电池驱动的比值，冷却作用需要改善。

尽管其性能降低20～30％，铅-酸电池在-5～-30℃的低温范围内仍然能够工作。另一方面，镍金属氢化物电池和锂-离子电池在低温下工作不好，因此它们需要加温。然而，通常的用于加温的温度调节方法不能应付在寒冷地区的严酷的低温。

发明内容

调节蓄电池温度的温度调节器包括热电传感器，例如热电组件，或具有与热电传感器相同特性的热电芯片。该传感器进行互相矛盾的两个工作，即随着电池激励极性的不同，利用其第一表面和第二表面散热和吸热。第一表面热学上与蓄电池联接，而第二表面热学上与在第二表面上的加速热作用的热作用加速介质联接。

附图说明

图1为与根据本发明的所有实施例的蓄电池联接的温度调节器的热电传感器的截面图；

图2为根据本发明的第一实施例的蓄电池的温度调节器的截面图；

图3为安装在汽车中的图2所示的调节器的透视图；

图4为安装了根据本发明的第二实施例的调节器的汽车的后部透视图；

图5为根据本发明的第三实施例的温度调节器的截面图；

图6为安装在汽车中的图5所示的调节器的透视图；

图7为根据本发明第四实施例的蓄电池的温度调节器的截面图；

图8为表示多动力组合式汽车的驱动系统和控制系统的方框图。

具体实施方式

现参考附图来说明本发明的实施例。在相应的实施例中的相同的零件用相同的附图标记表示。

实施例1

根据第一实施例的蓄电池的温度调节器包括热电传感器3，它进行互相矛盾的两项工作，即：利用其第一表面1和第二表面2散热和吸热。在第一实施例中，在热电传感器3中使用热电组件7，并使用珀尔帖元件。在珀尔帖元件中，P-型半导体和N-型半导体热学上并联，但电学上串联。当电流通过珀尔帖元件时，由于珀尔帖效应，在相应的表面上产生吸热和散热。这个珀尔帖元件放置在由陶瓷制成的传热和绝热平板5，6之间，然后利用由树脂制成的密封材料将这些元件密封起来，并形成一个整体。传热平板5和6形成热电组件7的第一表面1和第二表面2。

为了调节蓄电池的温度，传感器3的第一表面1热学上与单蓄电池8A或多个蓄电池8A，8B联接；而第二表面2热学上与热作用加速介质4联接。在这个实施例中，使用36V的蓄电池8A来驱动多动力组合式汽车11的驱动系统，和使用12V的蓄电池8B来驱动控制系统，并且，温度调节器同时调节两个蓄电池的温度。在图1中，第一表面1和第二表面2，分别随着蓄电池8B的激励极性不同而散热和吸热，因此，蓄电池8A，8B和热作用加速介质5被强制性地加温或冷却。同时，为了说明简单起见，以后电池8A，8B都用电池8代表。

当设置极性用于吸热时，这个结构可使第一表面1强制冷却电池8，从而调节电池8的温度不超过预先确定的温度。另外，这个结构还可使第二表面2加速介质4和第二表面2之间的散热，从而增强第一表面1对电池8的冷却能力。这样，温度调节器可以比通常的空气冷却方法更有效和充分地冷却电池8。因此，电池驱动对汽油驱动的比值增加，并且可以较长时间使用电池驱动，并且电池8的寿命延长。对于输出较大功率的电池8A，这是特别有利的。

另一方面，当设定极性用于散热时，第一表面1强制性地使电池8加温，从而调节电池8的温度不低于预先确定的温度。第二表面还可加速介质4和第二表面2之间的吸热，从而可以增强第一表面1对电池8的加温能力。这样，温度调节器可以更有效和充分地使电池8加温，因此，温度调节器可防止电池8在寒冷地区的低温环境中性能恶化，并可延长电池驱动的时间。

如上所述，电池8和热电传感器3适用于多动力组合式汽车11和电动汽车。这种电池和热电传感器还可以同样的优点用于由电机驱动的各种车辆中，和其他机动物体，例如飞机、潜水艇和宇宙飞船中。该温度调节器还可用于安装在不是汽车和车辆的物体上的蓄电池中。

下面将说明容纳与根据第一实施例的温度调节器有关的热电传感器和蓄电池的壳体。如图2所示，电池8装在壳体12中，以限制电池8和周围环境之间的热流动。由于温度调节，在预先确定的路径上产生热流动，该路径通过一个部分，该部分在热学上使热电传感器3和第一表面1联接。电池8的温度可根据各个指令调节，而不受周围环境的影响。可以防止与周围环境不必要的热交换以及由这种不必要的热流动引起的麻烦。从这个意义上看，壳体12最好由绝热材料制成，诸如充满泡沫树脂、玻璃纤维或其他绝热材料的平板或片材，或者真空板或真空片。优选地，壳体12按可更换的方式装入电池，使壳体12可以重复作用。壳体12的结构最好适用于热学上与传感器3的第一表面1联接的电池8。

根据上述的优选结构，壳体12包括硬壳体12A和打开或关闭该硬壳体12A的盖12B，盖12B利用铰链12C铰接在壳体12A的边界上，因此盖12B可以在铰链12C上转动，以打开/关闭硬壳体12A。盖12B上装有开/闭用的手柄12D。在壳体12A和盖12B之间设有密封件13，以防止热量从壳体12A散失至外面或从外面至该壳体。为了可靠地密封壳体12A，最好准备锁紧盖12B的装置。但是，打开/关闭壳体12A的方法不仅限于上述的方法，盖12B可以是可拆卸的。

下面来说明蓄电池与根据第一实施例的温度调节器的热电传感器的热联接。传感器3的第一表面1安装在壳体12A的底部上，使表面1朝上，因而，将电池8装入壳体12A从热学上可使电池8与传感器3的第一表面1联接。在这种情况下，两个零件可以直接互相联接。然而，如图1所示，由导电性好的材料，例如铜或铝，制成的金属板14与电池8的表面接触，因此，两个零件通过金属板14热学上联接。金属板14沿着壳体12A的内壁设置，因此，放入电池8可使电池8的下表面与金属板14接触。为了容易更换电池8，在电池8周围有一定的间隙。虽然表面1比电池8的表面区域小，但这个结构可使第一表面1有效地将热排出至电池8的广阔的表面2上，因此冷却或加温的效率提高。以一定的间隙包围电池8的金属板14，可加速传感器3的第一表面1和电池8之间的热流动。如果消除上述间隙，则冷却或加温的效率可进一步提高。因此，在由金属板14制成的周围壁面的上部和电池8之间，设有足够的自由空间以便容易将电池8装入壳体12A中，并且，周围壁面的下部面向电池8或甚至与电池8接触。这个结构可以有效地进行热流动，并且可使上述周围壁面的下部与电池8互相适应。

壳体12A可以有一个任何方向的、用于装电池8的开口，传感器3可以安装在任何地方，例如壳体12的侧面。该开口也可设置在盖12B上。

第一表面1可以通过在电池8的表面区域上循环的流体在热学上与电池8联接。在这种情况下，热作用可以不但扩展至电池8的周围，而且可扩展至一些细部结构，例如热交换路径，因此热交换效率可提高。

下面，将详细说明根据第一实施例的温度调节器的热作用加速介质。

热作用加速介质4由诸如盐水或水一类的流体制成。由于介质4为流体，因此介质4和第二表面2之间的热联接路径可以任意设计，并且容易进行热联接。如图2所示，流体介质4在循环路径15中循环，使介质4可以再循环。由于热流动的效率，水或盐水特别适于作介质4。在循环路径15中设有调节介质4的温度的温度调节部分16，从而可以进一步加速热作用和增强热电传感器3的温度调节能力。

下面来说明根据第一实施例的温度调节器的子部件。如图2所示，主部件18包括传感器3和放置电池8的蓄电池间17；而子部件19则包括温度调节部分16。温度调节部分16利用热交换器16A和风扇16B，与外界空气进行热交换。这个结构省去了用于进行热交换的特殊的热介质，并且由风扇16B强制和有效地进行热交换。由于汽车行驶，外界空气22可以自动进入，并通过热交换器16A排出。然而，当使用风扇16B时，热量在靠近外侧的汽车空间内交换。因此灰尘或废气不会从外界进入汽车中。

在子部件19中，设有调节电池8的温度的控制板31。这个结构可使控制板31根据检测电池8的温度的传感器32发出的温度信息控制送至传感器3和驱动风扇16B的功率，使电池8的温度保持在预先确定的范围内。为了进行这种控制，主部件18通过包括传输或接收信号的功率送入电路(没有示出)的导线33与子部件19联接。如图1所示，在传感器3的供电线路中设有开关35，以便改变激励极性，控制板31则控制这种改变。

下面说明在根据第一实施例的温度调节器中，主部件和子部件的放置。如图3所示，主部件18放置在汽车11的座舱11A中，而子部件19则放置在车尾行李箱(或汽车后端行李箱)11B中。主部件18最好放在有死空间(dead space)的座21下面，而子部件19则最好放在车尾行李箱的内部上端或内部下端，以便不阻碍装行李。主部件18与子部件19分开可使两个部件分享汽车11所拥有的死空间。还有另外一种放置两个部件的方法，即主部件18放在外面，子部件19放在方便吸入和排出外界空气的地方。两个部件都可以放在座舱中，一个放在前座21的下面，另一个放在后座21的下面。两个部件都可以放在车尾行李箱中和放在外面，以及放在方便吸入和排出外界空气的地方。

下面说明根据第一实施例的温度调节器的泵。如图1和图2所示，泵23强迫热作用加速介质4在温度调节部分16和第二表面2上的热联接部分之间循环。这个结构允许传感器3和温度调节部分16放置在任何地方。换句话说，这两个零件可以彼此放置得尽可能远，或以任何位置关系放置。如图1所示，泵23放置在第二表面上的热联接部分上，而叶片23A放在第二表面2露出的泵室24中。这个结构强迫介质4在第二表面2上运动，从而加速热流动，使在第二表面2上的热作用进一步加速，以进一步增强第一表面1对电池8的温度调节能力。

叶片23A由轴承23C的由，例如，不锈钢制成的轴25可转动地支承。该轴承23C放置在泵室24后面的吸入口23B的中心。磁铁23E埋入叶片23A中，而放在外壁上的定子26使叶片23A旋转。在附加在壳体12A上的吸入室27中设有吸入口23B的开口。从泵室24的外壁的一部分突出出来的输出口23D的开口位于输出室28中。吸入室27，输出室28，吸入口23和输出口23D都与温度调节部分16的热交换器16A和具有送出和返回通路的循环路径15连接。这种结构可使温度由调节部分16调节的介质4被重复地送至第二表面2上的热联接部分，从而加速表面2的热作用。

下面说明根据第一实施例的温度调节器的子部件中的热交换。当在热交换器16A中调节介质4的温度时，热量可以与经调节的空气或未经调节的空气进行交换。经调节的空气由于其调节的特性，特别有利于加速第二表面2的热作用。在这种情况下，温度调节部分16最好放置在调节空气排出的车身室11A中。例如，当温度调节部分16带有调节空气的吹入通道时，则不需要准备长的通道。

蓄电池的温度调节器延长安装在各种电动汽车和多动力组合式汽车上的蓄电池的寿命。在多动力组合式汽车的情况下，该调节器可以增大电池驱动对于汽油驱动的比值。如果在这种汽车上安装使用由电机驱动的压缩机的空调器，则由电机驱动的部件数目增加，这对环境是好的。当汽车停在交叉路口时，为了保护环境，发动机停止转动，因此空调器自动断开。然而，使用电机驱动的压缩机可以避免这种不方便的问题。

实施例2

在图4所示的第二实施例中，与图1～图3所示的第一实施例的部件相同的主部件18和子部件19，分别放置在汽车11的车尾行李箱11B的内部右端和内部左端。这种位置几乎不会妨碍装行李。由于子部件19靠近车身的侧面放置，因此吸入口135和排出口136设在汽车11的侧表面上。这样，外界空气可以进入温度调节部分16中，并送至热交换器16A进行热交换。与重复使用车尾行李箱11B中的空气的情况比较，这种结构使温度调节部分16可以使用新鲜的外界空气，并提高调节效率。

实施例3

在图5和图6所示的第三实施例中，在放置蓄电池8的蓄电池间17中，热电传感器3和温度调节部分16形成为一个部件，即温度调节部件41。这个结构不是以上实施例中所述的分布式放置；但是因为所有零件都整体地形成为一个部件，因此可以节省连接这些部件的循环路径15和导线33。另外，还可以利用一部分壁面，因此成本降低。这个结构特别适合于具有容纳部件41的死空间的汽车。在图6中，温度调节部件41安装在车尾行李箱11B中，但它也可以安装在座舱11A中。

实施例4

在图7所示的第四实施例中，热电传感器3的第一表面1通过在两个零件表面上流动的热流体介质42热学上与蓄电池8联接。热介质42可以为空气、水或与第一实施例所述的热作用加速介质4相同的盐水。在这些物质中，考虑到热效率，盐水是优选的。在使用流体进行热联接的情况下，热可以传导至电池8表面的细小结构中，因此当冷却或加温电池8时，热流动的效率提高。热介质42，例如空气或水，可以如图7所示那样，用风扇43或泵在壳体12A和电池8之间循环，因此可进一步提高第一表面1和电池8之间的热流动效率。在这种情况下，如图7所示，最好在电池8上形成热介质流动通道44。在热电传感器3的第一表面1上，最好形成散热片1A，因为散热片1A可加速热量流入/流出热介质42。当电池8包括多个电池时，热介质流动通道44最好设置在相应的电池之间。

在上述所有的实施例中，使用珀尔帖元件作为热电传感器。然而，具有上述特性的其他元件，例如包括热电芯片的热电元件，也可以用作传感器。使用这些元件中的一种元件去调节一个或多个蓄电池的温度都在本发明的范围内。

在所有上述的先前实施例中，蓄电池的温度调节器安装在电动汽车或多动力组合式汽车上。该蓄电池可以为铅-酸蓄电池，镍镉电池，镍金属混合电池或锂-离子电池。电动汽车和多动力组合式汽车包括：(a)包括发电机、发动机和传动系统的驱动系统；和(b)包括变换器、转换器和驱动驱动车轮的ECU的控制系统。这些汽车还包括控制行驶方向的操纵系统。这些系统安装在汽车上，并集成在汽车内。但是，本发明不仅限于上述的实施例。温度调节器可以应用于一些独立的蓄电池，例如，用于为负荷调节水平的电源和诸如热量会成为问题的燃料电池的其他电源。

工业适用性

在本发明的温度调节器中，热电传感器进行两个互相矛盾的工作，即：随着电池激励的极性不同，调节器的第一表面散热，而其第二表面吸热。这样，热学上联接的两个零件，电池和热作用加速介质，被强制性地加温或冷却。当第一表面的极性设定为吸热时，第一表面强制性地冷却热学上与第一表面联接的电池，使电池温度不超过预先确定的温度。第二表面的热作用可被加速以分散在第二表面和热学上与第二表面联接的热作用加速介质之间的热量，从而提高第一表面对于电池的冷却能力。这个结构比通常的空气冷却方法可更有效和充分地冷却电池。因此，可以增加多动力组合式汽车的电池行驶对汽油行驶的比值，并可延长电池的寿命。

另一方面，当将第一表面的极性设定为散热时，通过强制对电池加温可调节电池的温度，使温度不低于预先确定的温度。第二表面的热作用可被加速，以吸收在第二表面和热作用加速介质之间的热，从而提高第一表面相对电池的加温能力。这样，可以有效地使电池加温。因此，热电传感器可防止电池在低温环境中性能恶化，并可以使该电池被继续使用。

本发明的温度调节器可以方便地用在电动汽车和多动力组合式汽车上。

Claims (22)

1.一种蓄电池的温度调节器，所述调节器包括：

包括第一表面和第二表面的热电传感器，该两个表面进行互相矛盾的工作，即随着蓄电池激励极性的不同进行散热和吸热；和

热作用加速介质；

其特征为，第一表面热学上与蓄电池联接，而第二表面热学上与所述介质联接。

2.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，所述调节器安装在车辆内。

3.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，它还包括覆盖蓄电池的壳体。

4.如权利要求3所述的温度调节器，其特征为，所述壳体由绝热材料制成。

5.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，第一表面直接与蓄电池接触，以便进行热学上的联接。

6.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，第一表面通过放置在蓄电池表面上的导热件热学上与蓄电池联接。

7.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，第一表面通过在蓄电池表面上循环的流体热学上与蓄电池联接。

8.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，所述热作用加速介质为包括盐水和水中的一种的流体。

9.如权利要求8所述的温度调节器，其特征为，它还包括用于调节所述流体温度的温度调节部分。

10.如权利要求9所述的温度调节器，还包括将流体向前泵压的泵，其特征为，该泵使流体在温度调节部分和第二表面之间循环。

11.如权利要求10所述的温度调节器，其特征为，该泵放置在第二表面上的热学上联接的部分上，并且在露出第二表面的泵室中放置着叶片。

12.如权利要求9所述的温度调节器，其特征为，该温度调节部分在流体和空气之间进行热交换。

13.如权利要求9所述的温度调节器，其特征为，热电传感器和温度调节部分整体形成为温度调节部件。

14.如权利要求13所述的温度调节器，其特征为，该温度调节部件放置在汽车座舱和车尾行李箱中的一个中。

15.如权利要求9所述的温度调节器，其特征为，热电传感器和温度调节部分分别被包括在不同的部件中。

16.如权利要求15所述的温度调节器，其特征为，包括热电传感器的部件和包括温度调节部分的另一个部件分别放置在汽车座舱和车尾行李箱中。

17.如权利要求15所述的温度调节器，其特征为，包括热电传感器的部件和包括温度调节部分的另一个部件一起被放在汽车的座舱和车尾行李箱中的一个中。

18.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，蓄电池为铅-酸电池，镍镉电池，镍锌电池，镍金属氢化物电池和锂-离子电池中的一种电池。

19.如权利要求1所述的温度调节器，其特征为，它还包括用于改变热电传感器激励极性的开关装置。

20.一种汽车，它包括：

蓄电池；

由所述蓄电池驱动的电机；和

如权利要求1所述的温度调节器。

21.如权利要求20所述的汽车，其特征为，它还包括与所述电机一起使用的发动机。

22.如权利要求20所述的汽车，其特征为，它还包括使用由所述电机驱动的压缩机的空调器。

Images