CN208539621U - 主动式温控充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种主动式温控充电装置。该装置包含：具有一电池及一热电温差单元的一电池模块，该电池设置于该热电温差单元的一第一表面上，且该电池上设置一温度感测单元以感测温度并产生一温度信息；一电源模块产生一充电电压提供至电池进行充电，并受一处理单元的温差控制讯号控制，产生一供电电压提供至热电温差单元，使得该热电温差单元的第一表面与一第二表面间产生一温度差，以对该电池进行降温或加热；该处理单元系根据温度感测单元的温度信息判断电池温度是否超出一适当工作温度范围，据以控制该热电温差单元二表面间的温度差，确保该电池在一适当工作温度范围内进行充电。

Description

主动式温控充电装置

技术领域

一种充电装置，尤指一种主动式温控充电装置。

背景技术

环保与节能是近年来科技发展的主要趋势之一，因此可多次重复充放电的充电电池被广泛应用于各种生活及工业领域，小至符合干电池规格的充电电池、可充电使用的刮胡刀、吸尘器，大至电动摩托车、电动汽车等，而为符合一般消费者的使用习惯并提高此类产品的使用方便性，充电电池的充电效率及安全性是此类充电产品必须同时顾及并提升的重点特性，进一步来说，无论以何种材料制作的充电电池，均具有其适当工作的一电池温度范围，当电池温度高于或低于该温度范围，均不利于该充电电池的充放电工作。

举例而言，充电过程中必然伴随着热能的释出，而当充电速度越快，充电电流越大，充电电池会产生大量的热能使得电池温度提高。若产生的热能没有被及时排除，充电电池在充电时的温度会不断提升以至于过热，导致电池损毁甚至爆裂伤人的危险。现有技术的散热方式一般系藉由风扇驱动电池周围的空气产生流动，并透过空气流动以热传导的方式将电池周围的热能排除。但空气的热传导能力有限，并无法快速地冷却电池的温度，当充电电流较大时仍容易产生过热的情形。另一方面来说，当该充电电池被置于温度远低于该适当工作的环境温度范围的环境中时，充电电池中的电解液将会凝结，进而导致充电电池的充电效率大幅降低，且会使得充电电池能够储存的电能容量大幅降低。

综上所述，为使得充电电池能够高效率的充电且同时确保使用安全避免过热，充电电池的使用环境受到环境温度的限制。故现有的充电电池势必须进行进一步改良。

实用新型内容

有鉴于现有的充电电池均具有其适当工作的一温度范围，当电池温度高于或低于该温度范围，均不利于该充电电池的充放电工作甚至可能产生危险，本新型提供一种主动式温控充电装置，包含：

一电源模块，系供电连接至一外部电源以接收一外部电压，该电源模块转换该外部电压产生一充电电压及一供电电压；

至少一电池模块，该电池模块包含有：

一电池，具有一正极连接端及一负极连接端，分别电连接该电源模块以接收该充电电压；

一热电温差单元，具有相对的一第一表面及一第二表面，且具有二电压输入端；其中，该电池设置于该热电温差单元的第一表面上，使该热电温差单元的第一表面接触该电池的表面，该二电压输入端电连接该电源模块以接收该供电电压；

一温度感测单元，设置于该电池的一表面，感测该电池的温度以产生一温度信息；

一处理单元，电连接该温度感测单元及该电源模块，且该处理单元接收该温度信息并根据该温度信息产生一温差控制讯号；其中：

该处理单元传送该温差控制讯号至该电源模块以控制该电源模块产生的该供电电压；

当该热电温差单元的二电压输入端接收到该供电电压时，该热电温差单元的第一表面与该第二表面间具有一温度差。

该热电温差单元可为一热电制冷器，更佳为一半导体热电制冷芯片。热电制冷器系以不同的二热电材料制做，根据热电效应原理，当电压施加于一热电制冷器不同热电材料的两端时，该两端会产生一温度差。当提供至该热电制冷器两端的电压极性相反时，该两端的温度差也会呈现相反。也就是说，藉由提供极性相反的供电电压，该热电温差单元能够使得该第一表面的温度低于或高于该第二表面的温度。

因此，本创作的该温度感测单元感测该电池的温度，并据以产生该温度信息提供至该处理单元，该处理单元根据该温度信息实时地判断该电池的温度是否处于适当的工作温度范围，当该电池的温度高于或低于该适当供作温度范围时，该处理单元藉由产生该温差控制讯号控制该电源模块产生适当的供电电压，使得该热电温差单元的第一表面的温度低于或高于该第二表面的温度。进一步来说，由于该热电温差单元的第一表面贴覆于该电池的表面，当该供电电压使得第一表面的温度低于或高于该第二表面的温度时，该热电温差单元藉由热传导对该电池进行增温或散热。如此一来，本创作的充电装置达到针对不同的环境温度及电池的工作温度情况，自动地将该电池的温度维持在该适当工作温度范围内，以针对不同环境情况确保电池的充电效率及安全性。

附图说明

图1系本新型主动式温控充电装置的方块示意图。

图2系本新型主动式温控充电装置的电池模块立体示意图。

图3系本新型主动式温控充电装置的电池模块分离示意图。

图4系本新型主动式温控充电装置第二较佳实施例的分离示意图。

图5系本新型主动式温控充电装置第三较佳实施例的分离示意图。

图6系本新型主动式温控充电装置第四较佳实施例的立体示意图。

图7系本新型主动式温控充电装置第五较佳实施例的立体示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本新型提供一种主动式温控充电装置，包含有至少一电池模块10、一电源模块21及一处理单元22。该电源模块21系供电连接外部电源（图未示）以接收一外部电压，并转换该外部电压产生一充电电压及一供电电压。

请一并参阅图2及图3所示，该至少一电池模块10包含一电池11、一热电温差单元12及一温度感测单元13，该电池具有一正极连接端111及一负极连接端112，该正极连接端111及负极连接端112分别电连接该电源模块21以接收该充电电压进行充电；该热电温差单元12具有相对的一第一表面121及一第二表面122，且具有二电压输入端123，该电池11设置于该热电温差单元12的第一表面121，使得该第一表面121接触该电池11的表面；该二电压输入端123电连接该电源模块21以接收该供电电压。

该温度感测单元13抵靠于该电池11的表面，感测该电池11的温度以产生一温度信息。较佳的，该温度感测单元13系一半导体式温度感测芯片或一热电偶式温度感测芯片。该温度感测单元13的输出端经由一连接器131电连接该处理单元22以输出该温度信息。该处理单元22进一步电连接该电源模块21，该处理单元22接收该温度感测单元13的温度信息并据以产生一温差控制讯号并传送至该电源模块21，以控制该电源模块21的该供电电压。当该热电温差单元12的二电压输入端123接收到该供电电压时，该热电温差单元12的第一表面121与该第二表面122间具有一温度差。

在本新型的一较佳实施方式中，该热电温差单元12系一热电制冷器，更佳为一半导体热电制冷芯片。热电制冷器系以不同的二热电材料制做，根据热电效应原理，当电压施加于一热电制冷器不同热电材料的两端时，该两端会产生一温度差。当提供至该热电制冷器两端的电压极性相反时，该两端的温度差也会呈现相反。也就是说，藉由提供极性相反的供电电压，该热电温差单元12能够使得该第一表面121的温度低于或高于该第二表面122的温度。此外，较佳的，该处理单元22系一Intel 8051微处理芯片。

因此，本创作的该温度感测单元13感测该电池11的温度，并据以产生该温度信息提供至该处理单元22，该处理单元22根据该温度信息实时地判断该电池11的温度是否处于适当的工作温度范围，当该电池11的温度高于或低于该适当供作温度范围时，该处理单元22藉由产生该温差控制讯号控制该电源模块21产生适当的供电电压，使得该热电温差单元12的第一表面121的温度低于或高于该第二表面122的温度。进一步来说，由于该热电温差单元12的第一表面121贴覆于该电池11的表面，当该供电电压使得第一表面121的温度低于该第二表面122的温度时，该电池11藉由热传导将热量传递至该热电温差单元12的第一表面121，藉此提高该电池11散热效率；当该供电电压使得该热电温差单元12的第一表面121的温度高于该第二表面122的温度时，该电池11藉由热传导接收该热电温差单元12的第一表面的热量，藉此提高该电池11的温度，维持该电池11的正常运作。

如此一来，本创作的充电装置达到针对不同的环境温度及电池11的工作温度情况，自动地将该电池11的温度维持在该适当工作温度范围内，以针对不同环境情况确保电池11的充电效率及安全性。此外，较佳可在该热电温差单元12的第一面及该电池11表面间涂布一导热膏层，以进一步增加热传导速率。

以下系进一步详细说明本创作主动式温控充电装置的较佳实施方式流程。该处理单元22系储存有一过温临界值及一低温临界值，该处理单元22系根据该温度信息判断该电池11的温度是否高于该过温临界值或低于该低温临界值：当该处理单元22根据该温度信息判断该电池11的温度高于该过温临界值时，该处理单元22产生的温差控制讯号系一第一讯号，以控制该电源模块21产生的该供电电压系一第一电压；当该热电温差单元12接收到的供电电压系该第一电压时，该第一表面121的温度低于该第二表面122的温度。进一步的，该处理单元22产生一降压讯号，以控制该电源模块21产生的充电电压微幅下降。

另一方面来说，当该处理单元22根据该温度信息判断该电池11的温度低于该过温临界值时，该处理单元22产生的温差控制讯号系一第二讯号，以控制该电源模块21产生的该供电电压系一第二电压；当该热电温差单元12接收到的供电电压系该第二电压时，该第一表面121的温度高于该第二表面122的温度。其中，该第二电压的极性系与该第一电压相反。进一步的，该处理单元22产生一增压讯号，以控制该电源模块21产生的充电电压微幅上升。

该过温临界值及该低温临界值分别系该电池11的适当工作温度范围的上限及下限，当该电池11因为充电或放电的电流高，热能产生速率快，而导致该电池11温度上升超过该适当工作温度范围的上限时，该处理单元22接收该温度信息判断温度超过该临界值，并实时地产生该第一讯号使得该热电温差单元12对该电池11进行降温；同时地，控制该电源模块21产生的充电电压稍微下降，降低充电速度以确保电池温度不会继续上升。当环境温度低于该适当工作温度范围的下限时，该处理单元22接收该温度信息判断温度低于该适当工作温度范围的下限，因此也能够产生该第二讯号使得该热电温差单元12对该电池11进行加温，确保该电池11能正常运作；同时，因所测得之温度较低电池不易发生过温，因此制该电源模块21产生的充电电压稍微上升，在此安全的温度情况下提升充电速度。

较佳的，当该处理单元22根据该温度信息判断该电池11的温度高于该过温临界值愈多时，该处理单元22控制该电源模块21产生的第一电压的电压值愈大，使得该热电温差单元的第一表面121与该第二表面122的温差增加，以加速冷却该电池11；当该处理单元22根据该温度信息判断该电池11的温度低于该低温临界值愈多时，该处理单元22控制该电源模块21产生的第二电压的电压值愈大，使得该热电温差单元12的第一表面121与该第二表面122的温差增加，以加速加温该电池11。

该热电温差单元12的形状系设置成符合该电池11的表面形状，以使该第一表面121与该电池11大面积的直接接触，以达到较佳且平均的热传导效率。在本发明的第一较佳实施例中，该电池11系一柱状电池11，具有相对的二端部及一环状侧面，该二端部分别设置于该环状侧面的相对两端，且该电池11的正极连接端111及该负极连接端112分别系设置于该电池11的二端部。因此，该热电温差单元12系环绕该电池11而形成一中空环状柱体，其中该第一表面121向内而该第二表面122向外，使得该热电温差单元12能够以该第一表面121直接接触该柱状电池11的环状侧面，并在该热电温差单元12接收该供电电压时，使得该第一表面121的温度低于或高于该第二表面122的温度，并由该电池11的环状侧面与该第一表面121接触进行热传导，因此能够平均地对该柱状电池11内部进行降温或增温的作用。

请参阅图4所示，在本新型的一第二较佳实施例中，该电池模块10的数量是复数个，各该电池模块10呈矩阵排列，且各电池模块10的电池11的正极连接端111共同面向一第一方向。该充电装置进一步包含一正极导电片23及一负极导电片24，该正极导电片23电连接各电池模块10的电池11的正极连接端111，而该负极导电片24电连接各该电池模块10的电池11的负极连接端112。该正极导电片23及该负极导电片24分别电连接该电源模块21，以接收该充电电压。

本较佳实施例系整合复数个电池模块10，形成一个具有较大充电容量的充电装置。各该电池模块10的热电温差单元12分别对该电池11进行降温或加热，从而分别确保各该电池模块10中的电池11个别的充电效率及安全性，因此提升该充电装置整体的充电效率及安全性。

较佳的，该正极导电片23系一电路板，具有一线路层，而各该电池模块10的温度感测单元13系电连接该电路板的线路层，且系对应各该电池模块10的端部设置，使得该正极导电片23接触各该电池11的正极连接端111以形成电连接时，各该温度感测单元13亦能贴合设置于各该电池11的端部并感测各该电池11的温度。该处理单元22则是电连接该正极导电片23的线路层，以经由该线路层接收各该温度感测单元13的温度信息。

在本新型的一第三较佳实施例中，各该电池模块10的热电温差单元12分别电连接该正极导电片23的一线路层以分别接受该供电电压。该处理单元22根据各该温度感测单元13的温度信息分别判断各该电池11的温度是否高于该过温临界值或低于该低温临界值。当该处理单元22根据该温度信息判断其中一电池11的温度高于该过温临界值时，该处理单元22产生该第一讯号，以控制该电源模块21产生的供电电压系一第一电压并经由该正极电路板23的线路层提供至该电池模块10的热电温差单元12；当该处理单元22根据该温度信息判断其中一电池11的温度低于该低温临界值时，该处理单元22产生该第二讯号，以控制该电源模块21产生的供电电压系一第二电压并经由该正极电路板的线路层提供至该电池模块10的热电温差单元12。

请参阅图5及图6所示，在本较佳实施例中，该电源模块21系包含一电压转换器211及复数电压控制器212，各该电压控制器212分别设置于该正极导电片23且电连接该正极导电片12的线路层，该电压转换器211接收该外部电压并转换该外部电压以产生一固定电压，各该电压控制器212经由该正极导电片23接收该固定电压；进一步的，该处理单元22系将该温差控制讯号经由该正极导电片23的线路层传送至各该电压控制器212，以控制各该电压控制器212将该固定电压切换为该第一电压或该第二电压，并控制第一电压与第二电压的大小。其中，各该热电温差单元12的二电压输入端123系电连接各该电压控制器212，以接收该第一电压或该第二电压。

该处理单元22分别对各该电池模块10的温度感测单元13的温度信息进行判断，以分别跟据各该电池11的温度控制该电源模块21的电压控制器212，以提供各该热电温差单元12特定的供电电压，达到对个别电池进行温度控制，确保整体电池装置的充电效率及安全。

请参阅图5及图6所示，在本新型的一第四较佳实施例中，进一步包含一外壳25。该外壳25具有一容置空间，而各该电池模块10、该电源模块21及该处理单元22系设置于该容置空间中。

该外壳25除了提供各该电池模块10、电源模块21及处理单元22一物理性保护外，亦能进一步藉由风扇或增设外壳热电温差单元12增进冷却及加温效果。

在其中一较佳实施例中，如图6所示，本新型的充电装置系进一步包含一风扇装置251，且该外壳25进一步形成有一风扇开口250，该风扇开口250连通该容置空间，而该风扇装置251设置于该外壳25的风扇开口250中。当该处理单元22判断该电池11的工作温度过高，并且产生该第一讯号时，该电源模块21进一步转换该外部电压产生一驱动电压，该风扇装置251电连接该电源模块21以接收该驱动电压进行动作，以驱动该外壳25中的空气流通，进一步提高各该电源模块21的散热降温效果。

再请参阅图7所示，在本新型的一第五较佳实施例中，系进一步包含一外壳热电温差单元26。类似于该电池模块10的热电温差单元12，该外壳热电温差单元26具有一第一表面261、一第二表面262及二电压输入端（图未示），该外壳热电温差单元26系设置于该外壳25的表面，使得该第一表面121直接接触外壳25表面，且该二电压输入端分别电连接该电源模块21以接收该供电电压。当该供电电压系该第一电压时，该外壳热电温差单元26的第一表面261的温度低于该热电温差单元12的第二表面262的温度；当该供电电压系该第二电压时，该外壳热电温差单元26的第一表面261的温度高于该热电温差单元12的第二表面262的温度。

当该处理单元22根据该温度信息判断各该电池11的温度过高并使得各该电池模块10的热电温差单元12对各该电池11进行降温时，该外壳热电温差单元26同时接收该第一电压，维持该第一表面261的温度低于该第二表面262，藉由热传导对该外壳25进行降温散热，进一步将由各该电池模块10排出并累积在内部空间的热能以热传导的方式排出，提高该充电装置的整体降温效果。另一方面来说，当该处理单元22根据该温度信息判断各该电池11的温度过低并使得各该电池模块10的热电温差单元12对各该电池11进行加温时，该外壳热电温差单元26也同时接收该第二电压，维持该第一表面261的温度高于该第二表面262，也就是对该外壳25及其内部空间进行加温，使得各该电池模块10的周围环境温度提升，避免环境温度过低导致充电效果不良，因此进一步提升各该电池11的充电效率。

更佳的，请继续参阅图7所示，该外壳热电温差单元26的第二表面262设置有一散热模块27，具有复数散热鳍片。该散热模块27贴合该外壳25热电温差单元26的第二表面262，增加该第二表面262与外界环境接触的散热面积，因此再进一步提高该充电装置整体的散热效率。其中，该外壳热电温差单元26及该散热模块27能够根据使用需求或安装方式设置于该外壳25的任一表面。

以上所述仅是本新型的较佳实施例而已，并非对本新型做任何形式上的限制，虽然本新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本新型技术方案的内容，依据本新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种主动式温控充电装置，包含有：

一电源模块，系供电连接至一外部电源以接收一外部电压，该电源模块转换该外部电压产生一充电电压及一供电电压；

至少一电池模块，该电池模块包含有：

一电池，具有一正极连接端及一负极连接端，分别电连接该电源模块以接收该充电电压；

一热电温差单元，具有相对的一第一表面及一第二表面，且具有二电压输入端；其中，该电池设置于该热电温差单元的第一表面上，使该热电温差单元的第一表面接触该电池的表面，该二电压输入端电连接该电源模块以接收该供电电压；

一温度感测单元，设置于该电池的一表面，感测该电池的温度以产生一温度信息；

一处理单元，电连接该温度感测单元及该电源模块，且该处理单元接收该温度信息并根据该温度信息产生一温差控制讯号；其中：

该处理单元传送该温差控制讯号至该电源模块，以控制该电源模块产生的该供电电压；

当该热电温差单元的二电压输入端接收到该供电电压时，该热电温差单元的第一表面与该第二表面间具有一温度差。

2.如权利要求1所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该处理单元根据该温度信息判断该电池的温度是否高于一过温临界值；

当该处理单元判断该电池的温度高于该过温临界值时，该处理单元产生的温差控制讯号系一第一讯号，且控制该电源模块产生的供电电压系一第一电压；

当该热电温差单元接收的供电电压系该第一电压时，该第一表面的温度低于该第二表面的温度。

3.如权利要求2所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该处理单元根据该温度信息判断该电池的温度是否低于一低温临界值；

当该处理单元判断该电池的温度低于该低温临界值时，该处理单元产生的温差控制讯号系一第二讯号，且控制该电源模块产生的供电电压系一第二电压；

当该热电温差单元接收的供电电压系该第二电压时，该第一表面的温度高于该第二表面的温度；其中：

该第二电压系与该第一电压的极性相反。

4.如权利要求3所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该电池系一柱状电池，具有二端部及一环状侧面，该二端部分别设置于该环状侧面的相对两端，且该正极连接端及该负极连接端系分别形成于该电池的二端部；

该热电温差单元的第一面系贴覆该柱状电池的环状侧面；

该温度感测单元系抵靠于该电池的其中一端部。

5.如权利要求4所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该电池模块的数量是复数个，该些电池模块呈矩阵排列，且该些电池模块的电池的正极连接端系共同面向一第一方向；

该充电装置进一步包含：

一正极导电片，电连接各该电池模块的电池的正极连接端；

一负极导电片，电连接各该电池模块的电池的负极连接端；

其中该正极导电片及该负极导电片电连接该电源模块以接收该充电电压。

6.如权利要求5所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该正极导电片系一电路板，各该电池模块的温度感测单元系电连接该正极导电片的一线路层，且系对应各该电池的端部设置，以抵靠各该电池的端部；其中：

该处理单元系电连接该正极导电片的线路层以接收各该温度感测单元的温度信息。

7.如权利要求5所述的主动式温控充电装置，其特征在于，所述装置进一步包含：

一外壳，具有一容置空间，其中各该电池模块、该电源模块及该处理单元系设置于该外壳的容置空间中。

8.如权利要求1所述的主动式温控充电装置，其特征在于：

该热电温差单元系一半导体热电制冷芯片；

该温度感测单元系一半导体式温度感测芯片或一热电偶式温度感测芯片。

9.如权利要求6所述的主动式温控充电装置，其特征在于，该电源模块进一步包含：

一电压转换器，接收该外部电压并转换该外部电压以产生一固定电压；

复数电压控制器，设置于该正极导电片且电连接该正极导电片的线路层，且经由该线路层接收该电压转换器的固定电压；其中：

该处理单元系将该温差控制讯号经由该正极导电片的线路层传送至各该电压控制器，以控制各该电压控制器将该固定电压切换为该第一电压或该第二电压，并控制该第一电压与该第二电压的大小；

各该热电温差单元的二电压输入端系电连接各该电压控制器，以接收该第一电压或该第二电压。

10.如权利要求7所述的主动式温控充电装置，其特征在于，所述装置进一步包含：

一外壳热电温差单元，具有相对的一第一表面、一第二表面及二电压输入端，该外壳热电温差单元系以该第一表面系设置于该外壳的表面，且该二电压输入端分别电连接该电源模块以接收该供电电压；

一散热模块，具有复数散热鳍片，该散热模块设置于该外壳热电温差单元的第二表面；

当该供电电压系该第一电压时，该外壳热电温差单元的该第一表面的温度低于该第二表面的温度；

当该供电电压系该第二电压时，该外壳热电温差单元的该第一表面的温度高于该第二表面的温度。