JP2004538607A

JP2004538607A - 電池用熱ジャケット

Info

Publication number: JP2004538607A
Application number: JP2003520014A
Authority: JP
Inventors: ポデ、ヤコブ
Original assignee: ポリリット
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-12-24
Also published as: BR0211821A; EP1425808A2; US20040194489A1; MXPA04001251A; WO2003015192A2; WO2003015192A3; US6840050B2; KR20040072609A; IL144832A0; CN1552108A; IL144832A; CA2456819A1

Abstract

自動車のエンジン室内に設置されエンジンから発散する高温の熱をうける蓄電池に適合しかつ冷却するのに適した熱ジャケット。長方形ジャケットの壁はエンジンから電池を熱的にしゃ断する剛性の、発泡プラスチック材料から形成されている。ジャケットの壁に埋設されたものは、中で自動車に設置された空調装置から供給される冷媒流体が循環する熱交換器である。熱交換器は、電池が最善の効率で作用するレベルにその中の電解質の温度を維持するため電池を冷却するため作用する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、エンジンから発散する高温の熱をうけるように露出される、自動車のエンジン室内に設置される蓄電池、とくに電池を有効に作動させるのに適合しかつ冷却するための熱ジャケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンによって推進される典型的な自動車において、エンジン室内にはエンジンに隣接して再充電しうる蓄電池が設置される。この電池は、車を起動するため、車の照明を附勢するため、また直流動力を必要とする他の装置を附勢するため直流動力を供給する。
【０００３】
エンジンへの蓄電池の密接のため、それはエンジンから発散する高温の熱にさらされている。エンジンが数時間運転したとき、この期間中に発生しかつ蓄電池に伝達されるエンジンの熱は、その作動を阻害する。
【０００４】
自動車用の通常の再充電しうる蓄電池は、鉛−酸電池と称せられている。この名称の理由は、電池の電解質が酸でありその電極が主として鉛基成分から形成されていることである。電池の正の作動電極材料は過酸化鉛であり負の電極作動材料は鉛スポンジである。
【０００５】
これらの電極が硫酸電解質（Ｈ_２ＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ）に浸漬されるとき、起電力（ＥＭＦ）が電極の間に発生される。自動車蓄電池において、その各電池は２ボルトの公称電圧を発生する。電池は１２ボルトの出力を発生しなければならないため、それは直列に接続された６個の２ボルト電池を含んでいる。しかしながら、各蓄電池によって発生される電圧は正確に２ボルトでなく、硫酸電解質の濃度とその温度の関数として変化する。
【０００６】
マックグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）社発行の科学および技術百科辞典第１７巻第４４３頁の“蓄電池”の項に記載されたように、蓄電池電解質の濃度が１２００ｓｐｇｒであり電解質温度が２５℃（７７°Ｆ）であるとき、電池の電圧は２．０５０ボルトである。しかし、同じ温度で酸濃度が１３００ｓｐｇｒであるとき、電池の出力は２．１４８ボルトに増加する。
【０００７】
電解質の温度変化は、電池の電圧変化においてドラマチックな変化を生ずることは少ない。それゆえ、電解質の少ない温度変化はミリボルト範囲のわずかな出力変化を生ずるにすぎない。しかしながら、自動車のエンジン室内に設置された電池の電解質がエンジンから発散する強い熱のため温度の急激な上昇を生ずるとすれば、電池の出力は２ボルト以下に低下する。このことは、その通常の公称１２ボルトの値以下になるようにマルチセル電池の出力の低下を生ずる。結果として、この過熱条件における電池は、その割り当てられた仕事の全てを実行することができないかもしれない。
【０００８】
そこで、熱絶縁材料よりなる熱ジャケット内に電池を包囲することにより、エンジン室内に設置された蓄電池における電解質を過熱から保護しようと試みることは可能である。しかし、自動車エンジン室の環境において、熱ジャケットは電池へのエンジンからの熱伝達速度を低下することだけが可能である。電池が高い温度レベルの熱をうける途中でエンジンの長い運転から生ずる電解質温度の徐々の上昇を阻止することはできない。
【０００９】
低温の環境においてその本体を暖かく保つため個々に装着された熱ジャケットに関連して、ジャケットは、その温度が通常約３７℃になるように内部から調節され本体からの熱損失を減少するように機能する。しかし、蓄電池は内部から加熱または冷却されることはない、したがって、もし自動車エンジン室内の環境における蓄電池を過熱から防止することを望むならば、電池を冷却することが必要になる。
【００１０】
従来技術において、それを過熱から防止するため自動車の電池を冷却することは公知である。タカヨシ他の米国特許第５９３７６６４号（１９９８年）は、その客室が空調装置によって冷却される自動車用の電池冷却装置を開示している。自動車の電池は別の室内に設置され、空調される客室から冷却ファンによって吸い出され電池室内に吹き込まれる空気によって冷却される。
【００１１】
この装置の実際上の欠点は、電池用に特別の室を創生する必要があること、ならびにこの室と客室との間に空気循環装置を設けることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記に鑑み、本発明の主目的は、電池が最善の効率で作動するレベルにその電解質の温度を維持するように、電池を冷却するように作用する自動車蓄電池用熱ジャケットを得ることにある。
【００１３】
とくに本発明の目的は、その壁が高度の熱抵抗を有しそれにより電池からエンジン部分へのまたその反対の熱伝達が最小にされ、電池内の電解質の温度が主としてそこを流通する冷媒によって調節される、独立気泡ポリウレタン発泡材料から形成される、上記型のジャケットを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
要するに、これらの目的は、自動車のエンジン室内に設置されエンジンから発散する高温の熱をうける蓄電池に適合しかつ冷却するのに適した熱ジャケットにおいて達成される。長方形ジャケットの壁は、電池を熱的に絶縁する剛性の発泡プラスチック材料から形成される。ジャケットの一つの壁に埋設されたものは、自動車に設置された空調装置から供給される冷媒流体が循環される熱交換器である。熱交換器は電池を電池が最善の効率で作動するレベルに中の電解液の温度を維持するように冷却する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるジャケットの利点の中には下記のものがある。すなわち、
Ａ．自動車電池に適合しかつ冷却する熱ジャケットは、エンジン室内の電池用の空間要求をいちじるしく拡大しない。したがって、困難さがジャケットを電池用の現存する空間に設置するとき経験されない。
Ｂ．熱ジャケットは、長方形を形成するように互いに接合された合成発泡プラスチック材料の四つの壁が形成されている。
Ｃ．その壁の一つに自動車の現存する空調装置から供給される冷媒が流通する熱交換器を備えている。
Ｄ．熱ジャケットは、電池の性能を改善しその有効寿命を延長する。
【００１６】
本発明ならびにその他の目的およひ利点の一層よい理解のため、端部図面を参照する。
【実施例１】
【００１７】
図１および２を参照すると、自動車内の直流出力装置に必要な１２ボルト出力を発生するため出力端子１１および１２を有する標準的、マルチセル鉛−酸電池１０が図示されている。前記のように、電池の実際の直流出力は、電解質の現在の温度に依存し、その温度は出力電圧を低下するようなものである。
【００１８】
電池１０は、内燃エンジンを有する自動車のエンジン室内に設置されている。本発明の重要性は、電池の電解液に伝達されるときそれを過熱するエンジンから発散する熱に伴い、電池の効率を阻害する結果を伴うことである。長期間に亘る電解液の過熱は、電池の寿命をも短縮する。
【００１９】
電池１０に収容された電解質を比較的低温の状態に保ちそれによりその直流出力が１２ボルト以下に決して低下しないように電池を最善の効率で機能させるため、電池１０は、その長方形構造が一対の長い側壁１３および１４および一対の短い端壁１５および１６によって画成される熱ジャケットＪ内に収容される。側壁は接着または別の方法で長方形の隅角において端壁に接合される。ジャケットＪの内側寸法は電池１０の外側寸法に実質的に適合する。それゆえ、ジャケットを設置するため、電池上にはめ込むことだけが必要である。
【００２０】
ジャケットＪの壁は、好適には、高度の熱抵抗を有しそれゆえ熱絶縁体として作用する、剛性の、独立気泡ポリウレタン発泡プラスチック材料よりなる。熱絶縁体としてのこの材料の使用は、冷蔵用および自動車に含まれる熱絶縁のように公知である。
【００２１】
ポリウレタン樹脂は、ジオールまたはジアミンのような、少なくとも二つの活性水素原子を備えたディソシアネート（ｄｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）の反応によって製造される。実際、剛性ポリビニールフォームのような、他の熱絶縁材料も使用される。ジャケットの壁１４に埋設されたものは、銅またはアルミニュームのような、伝熱材料の蛇管によって形成された熱交換器１７である。管の連続したＵ型支管は、壁１４の平らな内面に平行な共通平面内に存在する。熱交換器は、冷媒流体をうけ入れるため入口１７Ａ、および流体が排出される出口１７Ｂを備えている。
【００２２】
熱交換器１７は、自動車に設置された標準的空調装置に接続されている。この型のユニットにおいて、冷却作用は蒸発器で発生し、そこで客室からの熱はフレオンのような低圧冷媒蒸気によって吸収され、蒸気は高温高圧ガスに圧縮される圧縮機に輸送される。このガスは膨張装置を通って流れる高圧液体に圧縮される凝縮器に供給される。この装置において、それは低温低圧蒸気になり、それは蒸発器に供給されサイクルを完了する。本発明の第１実施例におけるこの低温、低圧蒸気は、蓄電池を囲む熱ジャケットＪ内の熱交換器１７の管を通って流れる冷媒として作動する。
【００２３】
弁１９により、空調ユニット１８は熱交換器１７の入口１７Ａおよび出口１７Ｂに接続され、それにより熱交換器の管系は低圧蒸気をユニット１８の蒸発器に供給する流体管に有効に介装される。弁１９が開かれるとき、冷たい蒸気はユニットからジャケット内の熱交換器を通って流れる。しかし、弁１９が閉じられるとき、熱交換器はユニットからしゃ断される。
【００２４】
ジャケットによって冷却される電池の温度をサーモスタットにより制御するため、その大きさがジャケット内の温度に依存する信号を発生するため、その内面に隣接して感熱検出器２０が設けられる。
【００２５】
信号は、ジャケット内の温度が所定のレベルに達するとき弁１９を作動するように配置されるサーモスタットスイッチ２１に伝達される。この点において、弁１９は冷却流体を電池を冷却するため冷却流体を熱交換器に流すため開かれる。
【００２６】
電池温度の自動制御は、電解質の温度を電池がその最善の効率で作動するその温度レベルに維持することを望まない限り、本質的なものではない。電池が良好に機能するためには、電解質の過熱を防止することだけが必要である。
【実施例２】
【００２７】
本発明の第１実施例においては、ジャケットをそのエンジン室が電池を収容する自動車内に設置された空調装置接続することが必要である。
【００２８】
図４に略示されたジャケットの実施例においては、冷却装置はジャケットＪの一つの壁に関連している。それは公知の型の熱電装置によって構成されている。典型的熱電装置は、同じでない特性を有す二つの熱電装置から形成されている。これらは電気的に直列にかつ二つの接点を創生するため、一方は冷接点に他方は熱接点に、熱的に接続されている、
【００２９】
一方の半導体はＮ−型のもので他方はＰ−型のものである。直流電圧が同じでない半導体を横切って加えられるとき、直流電源に直列に半導体を接続する接点は強く冷え、一方平行に導体を熱的に接続する接点は熱くなる。
【００３０】
電池を冷却するように作用する熱電装置２２は、その電池から直流作動出力を発生する。装置は、その冷接点２２Ｃが電池に向かうようにジャケットの壁１４に設置される。装置の熱接点からの熱はヒートシンク（図示しない）によって吸収される。
【００３１】
熱電装置２２の作用を制御するため、電池１０の出力はサーモスタット制御スイッチ２３を通してこの装置に加えられる。このスイッチに組み合わされたものは、電解質の温度が所定のレベルを超えるときだけスイッチ２３を作動する信号を発生するためジャケット内の電池の温度を感知する感熱検出器２４である。
【００３２】
したがって、熱電装置２２がスイッチ２３によって接続されるとき、電池１０によって附勢されその電解質の過熱を阻止するため電池を冷却するように作用する。それゆえ電池は実際に自己冷却である
【００３３】
実際、センサ２４および制御スイッチ２３は、ジャケットの壁１４に、ならびに電池に接続されるその入力端子に埋設される。
【００３４】
第２実施例において、電池を冷却するため動力が電池自体から引出されるが、僅かな出力が、この目的のために、電池が熱源であるエンジンから熱的に絶縁され、そして、冷却されるジャケットの内部容積が小さいことにおいて、必要である。
【００３５】
本発明の好適な実施例が開示されたが、多くの変化が本発明の精神から離れることなくなされることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】自動車蓄電池に適合する本発明による熱ジャケットの上面図であって、ジャケットは自動車の空調装置と結合されている。
【図２】ジャケットの斜視図、
【図３】ジャケットの壁の一つに含まれた熱交換器の分離図。
【図４】電池を冷却するため一つの壁に埋設された熱電装置を有するジャケットを示し、装置は電池によって附勢される。

Claims

酸性電解質を有する蓄電池を収容するのに適した熱ジャケットであって、前記電池が自動車のエンジン室内に設置されかつ電解質の温度を電池の作用が阻害される高いレベルに上昇するエンジンから発散する熱にさらされる熱ジャケットにおいて、前記ジャケットが、
Ａ．前記電池にに適合する内部寸法を有する長方形構造であって、前記構造が電池をエンジンから発散する熱からしゃ蔽する熱絶縁材料から形成される側壁および端壁によって画定される長方形構造、および
Ｂ．その内部を、前記高いレベル以下の温度の電解質に維持する程度に冷却する前記構造に組み込まれた装置、
を有する前記熱ジャケット。
その壁が高熱抵抗を有する剛性の、発泡プラスチック材から作られている請求項１に記載された熱ジャケット。
発泡プラスチックが独立気泡ポリウレタンフォームである、請求項２に記載された熱ジャケット。
前記冷却装置が前記壁の一つに埋設されそこを通って冷媒が流れる熱交換器を含む、請求項１に記載された熱ジャケット。
前記熱交換器が伝熱材料によって形成された蛇管によって形成される、請求項４に記載された熱ジャケット。
冷媒が自動車に設置されたエアコンから供給される、請求項５に記載された熱ジャケット。
信号を発生して熱交換器内の冷媒の流れを制御するため構造の内部に温度を感知するため検出器をさらに含む、請求項６に記載された熱ジャケット。
冷却装置が前記構造と関連しかつ前記電池に隣接する冷接点を有する。熱電装置である、請求項１に記載された熱ジャケット。
前記装置を作用する直流動力が電池から供給される、請求項８に記載された熱ジャケット。