JP3239644U

JP3239644U - アクティブ温度制御式充放電装置

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Publication number: JP3239644U
Application number: JP2022002901U
Authority: JP
Inventors: 立暉程
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2032-09-01

Abstract

【課題】バッテリーモジュールの温度を作動温度範囲に維持して正常に動作させるアクティブ温度制御式充放電装置を提供する。【解決手段】アクティブ温度制御式充放電装置は、アウターシェルと、インナーシェルと、バッテリーモジュールと、制御装置と、少なくとも１つの温度センサとを含む。前記インナーシェルは、熱電材料層を含む。制御装置は、少なくとも１つの温度センサに従って、インナーシェル内部の温度がバッテリーモジュールの作動温度範囲内にあるかどうかを判定する。インナーシェル内部の温度がバッテリーモジュールの作動温度範囲内にない場合、制御装置は、バッテリーモジュールをアクティブに制御して、熱電材料層に供給電圧を出力する。次に、インナーシェル内部の温度を、熱電効果の原理に従って上昇又は下降するように制御し、バッテリーモジュールの温度を作動温度範囲内に変化させ、その状態を維持して、正常に作動させる。【選択図】図１

Description

1.実用新案の分野
本実用新案は、充放電装置に関し、特にアクティブ温度制御式充放電装置に関する。

2.先行技術の説明
環境保全と省エネルギーは、近年の技術開発の主要なトレンドのうちの一つである。そのため、繰り返し充放電が可能なバッテリーは、電動自動二輪車や電気自動車の充放電装置など、様々な生活・産業分野の充放電装置に広く使用されている。この種の充放電装置は、少なくとも1つの再充電可能なバッテリーから構成されるバッテリーパックを含む。一般消費者の使用習慣に適合し、製品の使用の利便性を向上させるために、再充電可能なバッテリーの充電効率と安全性は、このような再充電可能な製品に対して同時に考慮され、改善されなければならない重要な特徴である。再充電可能なバッテリーがどのような材料で作られていても、それは通常動作に適した作動温度範囲を有する。バッテリー温度が作動温度範囲より高い又は低いと、再充電可能なバッテリーの充放電の効率が低下する。

しかしながら、再充電可能なバッテリーは、充放電時に大量の熱エネルギーを発生し、バッテリー温度を上昇させる。熱エネルギーが時間内に放散されない場合、充電/放電中の再充電可能なバッテリーの温度は、作動温度範囲を超えて上昇し続ける可能性がある。しかしながら、過熱は再充電可能なバッテリーを不適切に作動させ、バッテリーを損傷し、爆発や怪我のようなより多くの重大な危機をもたらすことさえある。一方、充放電装置の温度がその作動温度範囲よりはるかに低い場合には、再充電可能なバッテリー内の電解質が凝縮し、貯蔵された電気エネルギー容量が大幅に減少する可能性があり、その結果、再充電可能なバッテリーの充放電効率が低下する。

結論として、周囲温度の制限により、充放電装置の再充電可能なバッテリーを高効率で充放電すると同時に使用時の安全性を確保するためには、再充電可能なバッテリーを含む既存の充放電装置をさらに改良する必要がある。

本実用新案は、再充電可能なバッテリーのバッテリー温度がその作動温度範囲よりも高温又は低温であり、充放電作業に効率が悪く危険でさえあるという欠点に鑑み、アクティブ温度制御式充放電装置であって：
第1の収容空間、少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口を有するアウターシェルであって、前記少なくとも1つの空気入口及び前記少なくとも1つの空気出口が前記第1の収容空間に連通する、アウターシェルと；
前記第1の収容空間に配置され、第2の収容空間、内周面及び外周面を有するインナーシェルであって、前記インナーシェルが熱電材料層を含む、インナーシェルと；
前記熱電材料層に電気的に接続された2つの電源入力端子であって、前記2つの電源入力端子が供給電圧を受け取ると、前記内周面と前記外周面との間に温度差が発生する、2つの電源入力端子と；
前記インナーシェルの前記第2の収容空間に配置され、充電電圧を受けるために外部充電電源を接続し、又は放電電圧を伝達するために負荷を接続するバッテリーモジュールと；
前記インナーシェルの前記第2の収容空間に配置され、前記第2の収容空間の温度を感知し、少なくとも1つの温度感知情報を生成する少なくとも1つの温度センサと；
前記少なくとも1つの温度センサから出力された前記少なくとも1つの温度感知情報を受信し、前記少なくとも1つの温度感知情報に従って前記熱電材料層に供給電圧を出力するように前記バッテリーモジュールを制御する、前記少なくとも1つの温度センサに対応して電気的に接続された制御装置と；を備えるアクティブ温度制御式充放電装置を提供する。

制御装置は、少なくとも1つの温度センサに従って、第2の収容空間の温度がバッテリーモジュールの作動温度範囲内にあるかどうかを決定することができる。制御装置は、第2の収容空間の温度が作動温度範囲にない場合には、バッテリーモジュールをアクティブに制御して熱電材料層に電源供給電圧を出力させる。インナーシェルは、熱電効果の原理により、加熱又は冷却の効果を達成して第2の収容空間の温度を変化させ、バッテリーモジュールの温度を作動温度範囲に維持して正常に動作させる。

アクティブ温度制御式充放電装置の3次元部分断面概略図である。本実用新案の実施形態のインナーシェルの3次元斜視概略図である。本実用新案の実施形態のインナーシェルの概略上面断面図である。本実用新案の実施形態による電力モジュールの分離の概略斜視図である。アクティブ温度制御式充放電装置の概略上面断面図である。本実用新案の実施形態の部分概略側面図である。本実用新案の実施形態のインナーシェルの3次元概略図である。

図1及び図2を参照すると、本実用新案は、アクティブ温度制御式充放電装置であり、アウターシェル10と、インナーシェル20と、バッテリーモジュール30と、制御装置40と、少なくとも1つの温度センサ50とを含む。

アウターシェル10には、第1の収容空間11が形成されており、少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口を有する。少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口は、第1の収容空間11に連通している。本実用新案の好ましい実施形態では、少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口がそれぞれアウターシェル10の両側に配置されているので、第1の収容空間11に流入する空気はより良好な対流効果を有する。さらに、本実用新案の好ましい実施形態では、アウターシェル10は、少なくとも1つの吸引ファン12及び少なくとも1つの排気ファン13をさらに含む。第1の収容空間11における空気の流れの効率を高めるために、少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口に少なくとも1つの吸引ファン12及び少なくとも1つの排気ファン13がそれぞれ配置されている。

インナーシェル20は、第1の収容空間11に配置されている。図2に示すように、インナーシェル20には、第2の収容空間21が形成され、内周面22及び外周面23を有する。内周面22は、インナーシェル20の全ての内面である。外周面23は、インナーシェル20の全ての外面である。さらに、インナーシェル20は、熱電材料層201を含み、2つの電源入力端子24が熱電材料層201に接続される。本実用新案の好ましい実施形態では、インナーシェル20は全体が熱電材料層201で作製される。本実用新案の別の好ましい実施形態では、図3に示すように、インナーシェル20は熱伝導シェル202を含む。熱電材料層201は、熱伝導シェル202の外面上に配置される。

2つの電源入力端子24が供給電圧を受ける場合、熱電材料層は、熱電効果の原理により、インナーシェル20の内周面22と外周面23との間に温度差を生じさせる。2つの電源入力端子24に印加される電源供給電圧の極性が逆の場合には、内周面22と外周面23との温度差も逆になる。具体的には、熱電材料層201に極性の異なる電源供給電圧を供給する場合、インナーシェル20の内周面22の温度は、外周面23の温度よりも低くても高くてもよい。

本実用新案の好ましい実施形態では、供給電圧は第1の電圧又は第2の電圧である。ここで、第1の電圧と第2の電圧は逆極性を有する。供給電圧が第1の電圧である場合には、インナーシェル20の内周面22の温度は外周面23の温度よりも低い。供給電圧が第2の電圧である場合には、インナーシェル20の内周面22の温度は外周面23の温度を超える。

本実用新案の好ましい実施形態では、バッテリーモジュール30は、第2の収容空間31のインナーシェル30内に配置される。バッテリーモジュール30は、充電ワイヤW1を介して外部の充電電源(図示せず)に接続されて充電電圧を受けたり、放電ワイヤW2を介して負荷に接続されて放電電圧を伝達したりする。本実用新案の好ましい実施形態では、バッテリーモジュール30は、少なくとも1つのバッテリー31を含む。バッテリー31は、アノード310及びカソード311を有する。アノード310及びカソード311がそれぞれ外部充電電源のアノード及びカソードに接続されている場合。バッテリー31は、充電のための充電電圧を受けることができる。アノード310及びカソード311がそれぞれ負荷のアノード及びカソードに接続される場合、バッテリー31は負荷を放電することができる。

本実用新案の好ましい実施形態では、バッテリーモジュール30は、正導電性シート32及び負導電性シート33をさらに含む。バッテリー31のアノード310は、第1の方向Uを向いている。正導電性シート32は各バッテリー31のアノード310に電気的に接続され、負導電性シート33は各バッテリー31のカソード311に電気的に接続されている。正導電性シート32及び負導電性シート33は、外部の充電電源に電気的に接続されてバッテリー31を充電するか、正導電性シート32及び負導電性シート33は、負荷に電気的に接続されてバッテリー31を放電する。この好ましい実施形態では、正導電性シート32は、第1の充電ワイヤ320及び第1の放電ワイヤ321にさらに接続されている。負導電性シート33には、第2の充電ワイヤ330及び第2の放電ワイヤ331にさらに接続されている。第1の充電ワイヤ320及び第2の充電ワイヤ330は充電用外部充電電源に接続され、第1の放電ワイヤ321及び第2の放電ワイヤ331は放電用負荷に接続される。

制御装置40及び少なくとも1つの温度センサ50の両方は、バッテリーモジュール30によって電力供給される。制御装置40は、バッテリーモジュール30を制御して熱電材料層201に電源供給電圧を出力させるとともに、電源供給電圧の極性を制御して、インナーシェル20の内周面22の温度が外周面の温度よりも低温又は高温になるように使用される。また、アウターシェル10の吸引ファン12及び排気ファン13は、それぞれ制御装置40に電気的に接続され、制御装置40によってオンオフ制御される。少なくとも1つの温度センサ50は、インナーシェル20の第2の収容空間21に配置され、第2の収容空間21の温度を感知して少なくとも1つの温度感知情報を生成する。少なくとも1つの温度センサ50は、制御装置40に対応して電気的に接続され、少なくとも1つの温度感知情報を制御装置40に伝達する。

バッテリーモジュール30は、作動温度範囲を有する。本実用新案では、制御装置40は、バッテリーモジュール30の温度を作動温度範囲内に制御する。具体的には、制御装置40は上限及び下限を予め設定することができる。バッテリーモジュール30の温度が上限を超える場合には、バッテリーモジュール30を放熱する必要がある。バッテリーモジュール30の温度が下限より低い場合には、バッテリーモジュール30を加熱する必要がある。バッテリーモジュール30の温度が上限と下限との間である場合には、バッテリーモジュール30は理想的な状態で動作することができる。

図5を参照して、バッテリーモジュール30の充放電時には、バッテリー31が発生する熱エネルギーが大きいため、第2の収容空間21の温度が徐々に上昇し得る。制御装置40は、温度感知情報により第2の収容空間21の温度が上限(例えば45℃)を超えていると判断した場合には、制御装置40は、電源供給電圧を第1の電圧に制御する。これにより、インナーシェル20の内周面22の温度が外周面23の温度よりも低くなる。この温度差を維持することにより、第2の収容空間21の温度が第1の収容空間11の温度よりも低くなり、これによりバッテリーモジュール30の温度が低下する。また、制御装置40は、吸引ファン12及び排気ファン13をオンに制御する。インナーシェル20の熱は、流れる空気によって第1の収容空間11から放熱することができ、それによって温度低下効率を高めることができる。要約すると、バッテリーモジュール30は、充電(放電)効率を改善することができると同時に、充電(放電)プロセス中にバッテリー31の高温によって引き起こされる過熱又は爆発のリスクを回避することができる。

制御装置40は、本実用新案が寒冷地に設置されている場合には、少なくとも1つの温度センサ50 Cの温度感知情報に基づいて、第2の収容空間21の温度が下限(例えば45℃)を下回っていると判断し、制御装置30は、供給電圧を第2の電圧に制御する。すると、インナーシェル20の内周面22の温度が外周面23の温度を上回る。そして、温度差を維持することによって第2の収容空間21の温度が第1の収容空間11の温度を超え、それによってバッテリーモジュール30の温度が上昇し、バッテリー31の充電(放電)効率の低下をもたらす低温による貯蔵可能エネルギー容量の低下を防止する。

図6を参照すると、本実用新案の好ましい実施形態では、インナーシェル20は少なくとも1つの循環ファン25をさらに含むことができる。循環ファン25は、第2の収容空間21における送風効率を高めるために第2の収容空間21に配置されている。これに対応して、循環ファン25は、制御装置40に電気的に接続され、制御装置40によってオンオフ制御される。制御装置40は、バッテリーモジュール30を制御して電源供給電圧を出力させる場合、同時に循環ファン14をオンさせる。これにより、第2の収容空間21内の温度を均一に分布させることができ、バッテリーモジュール30内に局所的な高温又は低温が発生することを回避することができる。

図7を参照すると、本実用新案の好ましい実施形態では、インナーシェル20は冷却フィン26をさらに含むことができる。冷却フィン26は、外周面23の放熱効率を高めるために外周面23に配置されている。好ましくは、外周面23の全周に冷却フィン26を配置することができる。

制御装置40は、少なくとも1つの温度センサ50に従って、第2の収容空間21の温度がバッテリーモジュール30の作動温度範囲内にあるかどうかを決定することができる。制御装置40は、第2の収容空間21の温度が作動温度範囲にない場合には、バッテリーモジュール30をアクティブに制御して、熱電材料層201に電源供給電圧を出力させる。インナーシェル20は、熱電効果の原理により、第2の収容空間21の温度を変化させるために加熱又は冷却して、それによってバッテリーモジュールの温度を作動温度範囲内に維持して正常に動作させる。

本実用新案は、好ましい実施形態及びその具体的な実施例を参照して本明細書に図示及び説明されてきたが、他の実施形態及び実施例が同様の機能を実行し及び/又は同様の結果を達成し得ることは当業者には容易に明らかであろう。全てのそのような等価な実施形態及び実施例は、本実用新案の精神及び範囲内にあり、それによって企図され、以下の実用新案登録請求の範囲によってカバーされることが意図される。

Claims

アクティブ温度制御式充放電装置であって：
第1の収容空間、少なくとも1つの空気入口及び少なくとも1つの空気出口を有するアウターシェルであって、前記少なくとも1つの空気入口及び前記少なくとも1つの空気出口が前記第1の収容空間に連通する、アウターシェルと；
前記第1の収容空間に配置され、第2の収容空間、内周面及び外周面を有するインナーシェルであって、前記インナーシェルが熱電材料層を含む、インナーシェルと；
前記熱電材料層に電気的に接続された2つの電源入力端子であって、前記2つの電源入力端子が供給電圧を受け取ると、前記内周面と前記外周面との間に温度差が発生する、2つの電源入力端子と；
前記インナーシェルの前記第2の収容空間に配置され、充電電圧を受けるために外部充電電源を接続し、又は放電電圧を伝達するために負荷を接続するバッテリーモジュールと；
前記インナーシェルの前記第2の収容空間に配置され、前記第2の収容空間の温度を感知し、少なくとも1つの温度感知情報を生成する少なくとも1つの温度センサと；
前記少なくとも1つの温度センサから出力された前記少なくとも1つの温度感知情報を受信し、前記少なくとも1つの温度感知情報に従って前記熱電材料層に供給電圧を出力するように前記バッテリーモジュールを制御する、前記少なくとも1つの温度センサに対応して電気的に接続された制御装置と；
を備えるアクティブ温度制御式充放電装置。
前記インナーシェルの全体が前記熱電材料層で作製される、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記インナーシェルが熱伝導シェルを含み、前記熱電材料層が前記熱伝導シェルの外表面に配置されている、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記供給電圧が第1の電圧である場合、前記インナーシェルの前記内周面の温度は、前記外周面の温度よりも低く；
前記供給電圧が第2の電圧である場合、前記インナーシェルの前記内周面の温度は、前記外周面の温度を超え；
前記第2の電圧の極性は前記第1の電圧の極性と逆である、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記制御装置は、上限及び下限が予め設定されており、前記少なくとも1つの温度センサの前記温度感知情報に基づいて前記第2の収容空間の温度を決定し、
前記制御装置は、前記第2の収容空間の温度が前記上限を超える場合に、電源電圧を前記第1の電圧に制御し；
前記制御装置は、前記第2の収容空間の温度が前記下限より低い場合に、電源電圧を前記第2の電圧に制御する、請求項4に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記バッテリーモジュールは：
少なくとも1つのバッテリーであって、各バッテリーはアノード及びカソードを有し、前記バッテリーの前記アノードは第1の方向に面している、少なくとも1つのバッテリーと；
各バッテリーの前記アノードに電気的に接続され、第1の充電ワイヤ及び第1の放電ワイヤに接続された正導電性シートと；
各バッテリーの前記カソードに電気的に接続され、第2の充電ワイヤ及び第2の放電ワイヤに接続された負導電性シートと；
をさらに含み、
前記第1の充電ワイヤ及び前記第2の充電ワイヤは、前記外部充電電源に接続するためのものであり、前記第1の放電ワイヤ及び前記第2の放電ワイヤは、前記負荷に接続するためのものである、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記アウターシェルは：
前記少なくとも1つの空気入口にそれぞれ配置された少なくとも1つの吸引ファンと；
前記少なくとも1つの空気出口にそれぞれ配置された少なくとも1つの排気ファンと；
をさらに含み、
前記制御装置は、前記吸引ファン及び前記排気ファンに接続され、これらのオンオフを制御する、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記少なくとも1つの空気入口及び前記少なくとも1つの空気出口が、前記アウターシェルの両側にそれぞれ配置されている、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記インナーシェルは：
少なくとも1つ循環ファンであって、各循環ファンが、前記第2の収容空間に配置され、前記制御装置に電気的に接続され、前記制御装置によってオンオフ制御される、少なくとも1つの循環ファンをさらに含む、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。
前記インナーシェルは：
前記インナーシェルの前記外周面に配置された冷却フィンをさらに含む、請求項1に記載のアクティブ温度制御式充放電装置。