CN206461064U - 一种恒温电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种恒温电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池和恒温装置，所述控温装置包括溶液仓、加热器、散热器、制冷装置和主控电路板，所述电池连接溶液仓，所述溶液仓与加热器、散热器和制冷装置连接，所述加热器、散热器和制冷装置与主控电路板连接，所述加热器能够使溶液仓里面的溶液温度加热到理想工作温度，所述散热器能够使溶液仓里面的溶液温度降低到理想工作温度，所述制冷装置能够使溶液仓里面的溶液温度下降到理想工作温度。本实用新型结构简单、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

一种恒温电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池领域，尤其涉及一种恒温电池。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种恒温电池。该实用新型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，本实用新型通过以下技术方案实现：一种恒温电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池和恒温装置，所述恒温装置包括溶液仓、加热器、散热器、制冷装置和主控电路板，所述电池连接溶液仓，所述溶液仓与加热器、散热器和制冷装置连接，所述加热器、散热器和制冷装置与主控电路板连接，所述加热器能够使溶液仓里面的溶液温度加热到理想工作温度，所述散热器能够使溶液仓里面的溶液温度降低到理想工作温度，所述制冷装置能够使溶液仓里面的溶液温度下降到理想工作温度。

进一步的，所述溶液仓里面的溶液包括火花机油。

进一步的，所述加热器包括电阻丝或电热丝，所述溶液仓连接电阻丝或电热丝，所述电阻丝或电热丝连接主控电路板。

进一步的，所述散热器设置有双金属片，所述双金属片与溶液仓连接，所述双金属片能够在受热时控制散热器与溶液仓连接。

进一步的，所述散热器包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

进一步的，所述制冷装置包括喷嘴、开关和制冷仓，所述溶液仓连接喷嘴，所述喷嘴与开关和制冷仓连接，所述开关连接主控电路板。

进一步的，所述制冷仓设置制冷剂，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，所述主控电路板设置有智能控制系统和温度传感器，所述溶液仓连接温度传感器，所述温度传感器连接智能控制系统。

进一步的，所述智能控制系统包括温度控制程序，所述智能控制系统能够通过温度传感器，感应到溶液仓里面的温度，并与温度控制程序作比较；当溶液仓里面的温度低于温度控制程序所设定的温度时，所述智能控制系统通过主控电路板控制电热器加热，使溶液仓里面的温度上升，溶液仓里面的温度上升到温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板控制加热器对溶液仓停止加热；当溶液仓里面的温度高于温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板控制制冷装置里面的开关开启，使制冷仓里面的制冷剂通过喷嘴使溶液仓里面的温度下降，溶液仓里面的温度下降到控制程序所设定的温度时，所述主控电路板控制开关关闭，停止喷嘴对溶液仓里面的温度下降。

进一步的，所述溶液仓设置有隔热层，所述隔热层与制冷装置和加热器连接。

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，所述溶液仓里面设置有微型泵，所述微型泵与主控电路板连接，所述微型泵能够使溶液仓里面的溶液循环流动。

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，所述溶液仓里面还设置有单向阀，所述单反阀能够控制溶液仓里面的溶液往一个方向流动。

进一步的，所述主控电路板还设置有触碰开关，所述触碰开关与溶液仓连接，所述溶液仓温度升高时，所述双金属片变形控制散热器与溶液仓连接，并接触到触碰开关，由触碰开关控制散热风扇开启，当溶液仓温度降低时，所述双金属片控制散热器与溶液仓分离，所述触碰开关与散热器断开，所述散热风扇关闭。

进一步的，所述电池在充电和/或放电时，所述微型泵启动，使溶液仓里面的液体循环流动。

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％。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型利用加热器和制冷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、本实用新型结构简单，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。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明。本实用新型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实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型涉及的一种恒温电池的充放电曲线图；

图2为本实用新型涉及的一种恒温电池的整体结构示意图；

图3为本实用新型涉及的一种恒温电池的电路示意图。

图中标号说明：1、电池本体，2、电池，3、溶液仓，4、加热器，5、散热器，6、制冷装置，7、主控电路板，8、双金属片，9、隔热层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

参照图1～图3所示，一种恒温电池，包括电池本体1，所述电池本体1包括电池2和恒温装置，所述恒温装置包括溶液仓3、加热器4、散热器5、制冷装置6和主控电路板7，所述电池2连接溶液仓3，所述溶液仓3与加热器4、散热器5和制冷装置6连接，所述加热器4、散热器5和制冷装置6与主控电路板7连接，所述加热器4能够使溶液仓3里面的溶液温度加热到理想工作温度，所述散热器5能够使溶液仓3里面的溶液温度降低到理想工作温度，所述制冷装置6能够使溶液仓3里面的溶液温度下降到理想工作温度。

进一步的，所述溶液仓3里面的溶液包括火花机油。

进一步的，所述加热器4包括电阻丝或电热丝，所述溶液仓3连接电阻丝或电热丝，所述电阻丝或电热丝连接主控电路板7。

进一步的，所述散热器5设置有双金属片8，所述双金属片8与溶液仓3连接，所述双金属片8能够在受热时控制散热器5与溶液仓3连接。

进一步的，所述散热器5包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

进一步的，所述制冷装置6包括喷嘴、开关和制冷仓，所述溶液仓3连接喷嘴，所述喷嘴与开关和制冷仓连接，所述开关连接主控电路板7。

进一步的，所述制冷仓设置制冷剂，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，所述主控电路板7设置有智能控制系统和温度传感器，所述溶液仓3连接温度传感器，所述温度传感器连接智能控制系统。

进一步的，所述智能控制系统包括温度控制程序，所述智能控制系统能够通过温度传感器，感应到溶液仓3里面的温度，并与温度控制程序作比较；当溶液仓3里面的温度低于温度控制程序所设定的温度时，所述智能控制系统通过主控电路板7控制电热器4加热，使溶液仓3里面的温度上升，溶液仓3里面的温度上升到温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板7控制加热器4对溶液仓3停止加热；当溶液仓3里面的温度高于温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板7控制制冷装置6里面的开关开启，使制冷仓里面的制冷剂通过喷嘴使溶液仓3里面的温度下降，溶液仓3里面的温度下降到控制程序所设定的温度时，所述主控电路板7控制开关关闭，停止喷嘴对溶液仓3里面的温度下降。

进一步的，所述溶液仓3设置有隔热层9，所述隔热层9与制冷装置6和加热器4连接。

进一步的，所述隔热层9包括聚氨酯发泡剂、聚苯板和酚醛树脂板。

进一步的，所述溶液仓3里面设置有微型泵，所述微型泵与主控电路板7连接，所述微型泵能够使溶液仓3里面的溶液循环流动。

进一步的，所述散热器5还设置有散热风扇，所述散热风扇与主控电路板7连接。

进一步的，所述溶液仓3里面还设置有单向阀，所述单反阀能够控制溶液仓3里面的溶液往一个方向流动。

进一步的，所述主控电路板7还设置有触碰开关，所述触碰开关与溶液仓3连接，所述溶液仓3温度升高时，所述双金属片8变形控制散热器5与溶液仓3连接，并接触到触碰开关，由触碰开关控制散热风扇开启，当溶液仓3温度降低时，所述双金属片8控制散热器5与溶液仓3分离，所述触碰开关与散热器5断开，所述散热风扇关闭。

进一步的，所述电池2在充电和/或放电时，所述微型泵启动，使溶液仓3里面的液体循环流动。

进一步的，所述双金属片8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：

本实用新型工作原理：当电池充电时，主控电路板控制加热器加热，加热器产生的热量和电池充电时所产生的内阻热量给火花机油加热，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，加热器停止加热，电池充电持续产生的热量被火花机油吸收。由于火花机油密度小、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火花机油中，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，加热器停止加热，如果电池放电所产生的内阻热量多于溶液仓散发的热量，其热量将会被溶液仓吸收，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，火花机油就释放能量，维持装置恒温。

当电池长期不工作时，如果溶液仓散热过多，火花机油降温，已不在电池理想工作温度范围内时，主控电路板控制加热器加热。

火花机油加热原理：当加热器加热时，由于加热器处于溶液的一侧，靠近加热器一侧的火花机油受热升温、热胀冷缩、因密度减小而上浮，溶液仓中另外侧面和下面的冷溶液因密度较大而流过来补充。循环补充原来冷溶液位置的热溶液溶解更多的火花机油，溶液整体升温的同时也储存了热量，溶液密度也因火花机油的温度升高而增加，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，加热器停止加热，完成加热和储能的双动作。让火花机油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，主控电路板根据温度信号的情况来控制加热装置停止加热，利用火花机油自身温差产生的对流，让火花机油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。

由于加热器的加热和电池长时间工作的热效应，当溶液仓中的温度高于电池的恒温工作温度范围时，双金属片在高温变形下自动控制散热器与溶液仓相连接，由散热器引导溶液仓里面的温度。当溶液仓中的温度降至某一温度设定值时，双金属片自动控制散热器与溶液仓分离，溶液仓中的火花机油继续进行循环。

当电池长时间持续工作，所产生的热效应，使溶液仓里面的温度高于电池工作温度上界限时，由主控电路板制冷装置里面的喷嘴，使制冷仓里面的制冷剂喷射到溶液仓，由制冷剂气化产生低温使溶液仓里面的温度降温，由溶液仓里面的火花机油进行循环，使电池的温度一起降低，当溶液仓里面的火花机油带动电池整体的温度降低到某一温度设值时，由主控电路板控制制冷装置停止喷射制冷剂，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，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种恒温电池，其特征在于：包括电池本体(1)，所述电池本体(1)包括电池(2)和恒温装置，所述恒温装置包括溶液仓(3)、加热器(4)、散热器(5)、制冷装置(6)和主控电路板(7)，所述电池(2)连接溶液仓(3)，所述溶液仓(3)与加热器(4)、散热器(5)和制冷装置(6)连接，所述加热器(4)、散热器(5)和制冷装置(6)与主控电路板(7)连接，所述加热器(4)能够使溶液仓(3)里面的溶液温度加热到理想工作温度，所述散热器(5)能够使溶液仓(3)里面的溶液温度降低到理想工作温度，所述制冷装置(6)能够使溶液仓(3)里面的溶液温度下降到理想工作温度。

2.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述溶液仓(3)里面的溶液包括火花机油。

3.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述加热器(4)包括电阻丝或电热丝，所述溶液仓(3)连接电阻丝或电热丝，所述电阻丝或电热丝连接主控电路板(7)。

4.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述散热器(5)设置有双金属片(8)，所述双金属片(8)与溶液仓(3)连接，所述双金属片(8)能够在受热时控制散热器(5)与溶液仓(3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述散热器(5)包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。

6.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述制冷装置(6)包括喷嘴、开关和制冷仓，所述溶液仓(3)连接喷嘴，所述喷嘴与开关和制冷仓连接，所述开关连接主控电路板(7)。

7.根据权利要求6所述的一种恒温电池，其特征在于：所述制冷仓设置制冷剂，所述制冷剂包括氨、氟里昂、水、混合共沸或碳氢制冷剂。

8.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述主控电路板(7)设置有智能控制系统和温度传感器，所述溶液仓(3)连接温度传感器，所述温度传感器连接智能控制系统。

9.根据权利要求8所述的一种恒温电池，其特征在于：所述智能控制系统包括温度控制程序，所述智能控制系统能够通过温度传感器，感应到溶液仓(3)里面的温度，并与温度控制程序作比较；当溶液仓(3)里面的温度低于温度控制程序所设定的温度时，所述智能控制系统通过主控电路板(7)控制电热器(4)加热，使溶液仓(3)里面的温度上升，溶液仓(3)里面的温度上升到温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板(7)控制加热器(4)对溶液仓(3)停止加热；当溶液仓(3)里面的温度高于温度控制程序所设定的温度时，所述主控电路板(7)控制制冷装置(6)里面的开关开启，使制冷仓里面的制冷剂通过喷嘴使溶液仓(3)里面的温度下降，溶液仓(3)里面的温度下降到控制程序所设定的温度时，所述主控电路板(7)控制开关关闭，停止喷嘴对溶液仓(3)里面的温度下降。

10.根据权利要求1所述的一种恒温电池，其特征在于：所述溶液仓(3)设置有隔热层(9)，所述隔热层(9)与制冷装置(6)和加热器(4)连接。