CN206878136U - 一种外部控温电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种外部控温电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池和温度控制装置，所述温度控制装置包括温度感应器、温度控制仓、隔热装置、加热装置、冷却装置和主控电路板，所述电池连接温度控制仓，所述温度控制仓与温度感应器、隔热装置、加热装置和冷却装置连接，所述加热装置和冷却装置与主控电路板，所述主控电路板与温度感应器连接，所述温度控制仓里面的温度低于理想工作温度时，所述加热装置使温度控制仓加热到理想工作温度，所述冷却装置使温度控制仓降低到理想工作温度。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
技术领域
本发明涉及一种电池领域，尤其涉及一种外部控温电池。
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。
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，提供一种外部控温电池。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：一种外部控温电池，包括电池本体，所述电池本体包括电池和温度控制装置，所述温度控制装置包括温度感应器、温度控制仓、隔热装置、加热装置、冷却装置和主控电路板，所述电池连接温度控制仓，所述温度控制仓与温度感应器、隔热装置、加热装置和冷却装置连接，所述加热装置和冷却装置与主控电路板，所述主控电路板与温度感应器连接，所述温度感应器感应到温度控制仓里面的温度低于理想工作温度时，所述主控电路板控制加热装置，使温度控制仓里面的温度加热到理想工作温度，所述温度感应器感应到温度控制仓里面的温度高于理想工作温度时，所述主控电路板控制冷却装置，使温度控制仓里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，散热片与双金属片连接，并通过双金属片根据温度变化而变形的力牵引，改变位置，与温度控制仓贴合连接或分离取消连接。
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，所述温度控制仓里面的溶液包括火花机油溶液或硝酸钾饱和溶液。
进一步的，所述温度控制仓设置有微型泵和溶液，所述溶液连接微型泵，所述微型泵与主控电路板连接，所述微型泵能够使温度控制仓里面的溶液流动。
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，所述加热装置包括电阻丝或电热丝，所述温度控制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，所述电阻丝或电热丝能够使温度控制仓里面的溶液加热。
进一步的，所述冷却装置包括散热片和散热扇，所述主控电路板连接散热扇，所述散热扇连接散热片，所述散热片能够与温度控制仓。
进一步的，所述散热片有双金属片，所述双金属片与温度控制仓连接，所述双金属片能够在加热时控制散热片与温度控制仓连接。
进一步的，所述散热片包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。
进一步的，所述主控电路板设置有智能控制系统，所述智能控制系统能够通过温度传感器，感应到温度控制仓里面的温度，并与智能控制系统里面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最下限时，所述智能控制系统通过主控电路板控制加热装置加热，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装置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上限时，所述主控电路板控制冷却装置，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下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料时，所述主控电路板控制冷却装置对温度控制仓停止降温。
进一步的，所述隔热装置包括隔热层，所述隔热层与温度控制仓连接；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，所述散热扇设置有触碰开关，所述触碰开关与主控制电路板和散热片连接，所述温度控制仓里面的溶液高于理想工作温度上限时，所述双金属片受热变形控制散热片与温度控制仓连接，所述温度控制仓与散热片连接时，并与散热片上设置的触碰开关连接，由触碰开关发送信号给主控电路板，控制散热扇降温，使温度控制仓里面的温度降低，当温度控制仓里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料下限时，所述双金属片受热变形控制散热片与温度控制仓分离，所述散热片分离带动触碰开关与温度控制仓分离，所述散热扇停止散热。
进一步的，所述温度感应器设置有一个或一个以上，
进一步的，所述主控电路板里面的智能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系统程序作比较。
进一步的，所述温度控制仓里面还设置有单向阀，所述单反阀能够使温度控制仓里面的溶液往一个方向循环流动。
进一步的，所述电池在工作时，所述微型泵启动，使温度控制仓里面的溶液循环流动。
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%。
本发明的有益效果是：（1）本发明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外部控温电池的充放电曲线图；
图2为本发明涉及的一种外部控温电池的整体结构示意图；
图3为本发明涉及的一种外部控温电池的电路示意图。
图中标号说明：1、电池本体，2、电池，3、温度感应器， 4、温度控制仓，5、隔热装置，6、加热装置，7、冷却装置，8、主控电路板，9、微型泵，10、散热片，11、散热扇，12、双金属片，13、单向阀。
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，一种外部控温电池，包括电池本体1，所述电池本体1包括电池2和温度控制装置，所述温度控制装置包括温度感应器3、温度控制仓4、隔热装置5、加热装置6、冷却装置7和主控电路板8，所述电池2连接温度控制仓4，所述温度控制仓4与温度感应器3、隔热装置5、加热装置6和冷却装置7连接，所述加热装置6和冷却装置7与主控电路板8，所述主控电路板8与温度感应器3连接，所述温度感应器3感应到温度控制仓4里面的温度低于理想工作温度时，所述主控电路板8控制加热装置6，使温度控制仓4里面的温度加热到理想工作温度，所述温度感应器感3应到温度控制仓4里面的温度高于理想工作温度时，所述主控电路板8控制冷却装置7，使温度控制仓4里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，散热片10与双金属片12连接，并通过双金属片12根据温度变化而变形的力牵引，改变位置，与温度控制仓4贴合连接或分离取消连接。
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，所述温度控制仓4里面的溶液包括火花机油溶液或硝酸钾饱和溶液。
进一步的，所述温度控制仓4设置有微型泵9和溶液，所述溶液连接微型泵9，所述微型泵9与主控电路板8连接，所述微型泵9能够使温度控制仓4里面的溶液流动。
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，所述加热装置6包括电阻丝或电热丝，所述温度控制仓4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8，所述电阻丝或电热丝能够使温度控制仓4里面的溶液加热。
进一步的，所述冷却装置7包括散热片10和散热扇11，所述主控电路板8连接散热扇11，所述散热扇11连接散热片10，所述散热片10能够与温度控制仓4。
进一步的，所述散热片10有双金属片12，所述双金属片12与温度控制仓4连接，所述双金属片12能够在加热时控制散热片10与温度控制仓4连接。
进一步的，所述散热片10包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。
进一步的，所述主控电路板8设置有智能控制系统，所述智能控制系统能够通过温度传感器3，感应到温度控制仓4里面的温度，并与智能控制系统里面设定的理想工作温度程序作比较；当温度控制仓4里面的温度低于程序所设定的理想工作温度最下限时，所述智能控制系统通过主控电路板8控制加热装置6加热，使温度控制仓4里面的温度加热到理想工作温度，温度控制仓4里面的温度加热到理想工作温度时，所述主控电路板8控制加热装置6对温度控制仓4停止加热；当温度控制仓4里面的温度高于程序所设定的理想工作温度上限时，所述主控电路板8控制冷却装置7，使温度控制仓4里面的温度降温到理想工作温度，温度控制仓4里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料时，所述主控电路板8控制冷却装置7对温度控制仓4停止降温。
进一步的，所述隔热装置5包括隔热层，所述隔热层与温度控制仓4连接；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，所述散热扇11设置有触碰开关，所述触碰开关与主控制电路板8和散热片10连接，所述温度控制仓4里面的溶液高于理想工作温度上限时，所述双金属片12受热变形控制散热片10与温度控制仓4连接，所述温度控制仓4与散热片10连接时，并与散热片10上设置的触碰开关连接，由触碰开关发送信号给主控电路板8，控制散热扇11降温，使温度控制仓4里面的温度降低，当温度控制仓4里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料下限时，所述双金属片12受热变形控制散热片10与温度控制仓4分离，所述散热片10分离带动触碰开关与温度控制仓4分离，所述散热扇11停止散热。
进一步的，所述温度感应器3设置有一个或一个以上，
进一步的，所述主控电路板8里面的智能控制系统能够通过一个或一个以上的温度感应器3所感应到温度平均值与系统程序作比较。
进一步的，所述温度控制仓4里面还设置有单向阀13，所述单反阀13能够使温度控制仓4里面的溶液往一个方向循环流动。
进一步的，所述电池2在工作时，所述微型泵9启动，使温度控制仓4里面的溶液循环流动。
进一步的，所述双金属片12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，主控电路板控制加热装置加热，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，主控电路板控制加热装置加热。
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。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温度控制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片与温度控制仓相连接，由散热片引导温度控制仓里面的温度。当温度控制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片与温度控制仓分离，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)
1.一种外部控温电池，包括电池本体（1），所述电池本体（1）包括电池（2）和温度控制装置，其特征在于：所述温度控制装置包括温度感应器（3）、温度控制仓（4）、隔热装置（5）、加热装置（6）、冷却装置（7）和主控电路板（8），所述电池（2）连接温度控制仓（4），所述温度控制仓（4）与温度感应器（3）、隔热装置（5）、加热装置（6）和冷却装置（7）连接，所述加热装置（6）和冷却装置（7）与主控电路板（8），所述主控电路板（8）与温度感应器（3）连接，所述温度感应器（3）感应到温度控制仓（4）里面的温度低于理想工作温度时，所述主控电路板（8）控制加热装置（6），使温度控制仓（4）里面的温度加热到理想工作温度，所述温度感应器（3）应到温度控制仓（4）里面的温度高于理想工作温度时，所述主控电路板（8）控制冷却装置（7），使温度控制仓（4）里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料，散热片（10）与双金属片（12）连接，并通过双金属片（12）根据温度变化而变形的力牵引，改变位置，与温度控制仓（4）贴合连接或分离取消连接。
2.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，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，所述温度控制仓（4）里面的溶液包括火花机油溶液或硝酸钾饱和溶液。
3.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述温度控制仓（4）设置有微型泵（9）和溶液，所述溶液连接微型泵（9），所述微型泵（9）与主控电路板（8）连接，所述微型泵（9）能够使温度控制仓（4）里面的溶液流动。
4.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述加热装置（6）包括电阻丝或电热丝，所述温度控制仓（4）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（8），所述电阻丝或电热丝能够使温度控制仓（4）里面的溶液加热。
5.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述冷却装置（7）包括散热片（10）和散热扇（11），所述主控电路板（8）连接散热扇（11），所述散热扇（11）连接散热片（10），所述散热片（10）能够与温度控制仓（4）。
6.根据权利要求5所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述散热片（10）有双金属片（12），所述双金属片（12）与温度控制仓（4）连接，所述双金属片（12）能够在加热时控制散热片（10）与温度控制仓（4）连接。
7.根据权利要求5所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述散热片（10）包括黄铜片、青铜片、铝片和铝合金片。
8.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述主控电路板（8）设置有智能控制系统，所述智能控制系统能够通过温度感应器（3），感应到温度控制仓（4）里面的温度，并与智能控制系统里面设定的理想工作温度程序作比较；当温度控制仓（4）里面的温度低于程序所设定的理想工作温度最下限时，所述智能控制系统通过主控电路板（8）控制加热装置（6）加热，使温度控制仓（4）里面的温度加热到理想工作温度，温度控制仓（4）里面的温度加热到理想工作温度时，所述主控电路板（8）控制加热装置（6）对温度控制仓（4）停止加热；当温度控制仓（4）里面的温度高于程序所设定的理想工作温度上限时，所述主控电路板（8）控制冷却装置（7），使温度控制仓（4）里面的温度降温到理想工作温度，温度控制仓（4）里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料时，所述主控电路板（8）控制冷却装置（7）对温度控制仓（4）停止降温。
9.根据权利要求1所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述隔热装置（5）包括隔热层，所述隔热层与温度控制仓（4）连接；所述隔热层包括聚氨酯发泡剂、聚苯板和酚醛树脂板。
10.根据权利要求5所述的一种外部控温电池，其特征在于：所述散热扇（11）设置有触碰开关，所述触碰开关与主控电路板（8）和散热片（10）连接，所述温度控制仓（4）里面的溶液高于理想工作温度上限时，所述双金属片（12）受热变形控制散热片（10）与温度控制仓（4）连接，所述温度控制仓（4）与散热片（10）连接时，并与散热片（10）上设置的触碰开关连接，由触碰开关发送信号给主控电路板（8），控制散热扇（11）降温，使温度控制仓（4）里面的温度降低，当温度控制仓（4）里面的温度下降到理想工作温度，所述温度控制仓内设置有相变温度点在理想工作温度范围的相变材料下限时，所述双金属片（12）受热变形控制散热片（10）与温度控制仓（4）分离，所述散热片（10）分离带动触碰开关与温度控制仓（4）分离，所述散热扇（11）停止散热。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111552327A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 上海蔚星科技有限公司 | 基于相变材料及金属微膨胀的航天器用双驱空间热开关 |
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2016
- 2016-12-27 CN CN201621442772.1U patent/CN206878136U/zh not_active Expired - Fee Related
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