201145640 六、發明說明： 申請曰之利益的請求 本申請案请求2010年1月8曰申請之美國暫時申請案第 61/293,229號之申請案的利益，其就各方面而言在此加入作 為參考。 【潑^明所屬之_技彳軒旬域】 發明領域
本發明有關於使用一熱傳遞流體與一熱能儲存材料的 結合之例如一二次電池之一電化學電池的熱管理。 t先前技術U 發明背景 一般而言，工業已積極地尋找一新方法以便部份地或 完全地使用儲存在電化學電池中之電力驅動車輛。汽車工 業已公認之一問題是必須控制電化學電池之溫度，已知的 是一電化學電池之電力產生能力會隨著溫度改變，且已知 的是電化學電池在被加熱到高溫時會失效。 用以调整一電化學電池之溫度的各種方法係在美國專 利第 6,596,433 B2號(Godmundsson等人，2003 年7月 22 曰領 證），5,817,434 號（Brooker 等人，1998 年 10 月 6 日發證）， 5,449,571 號（Longardner 等人，1995 年 9 月 12 日發證）， 6,797,427 B2號（Maleki等人，2001年8月9曰發證），及 6,942,944 B2號(Al-Hallaj等人，2005年9月13日發證）中說 明，各專利之全部在此加入作為參考。這些方法各在一或 多個方面是低效率的’例如，Godmundsson等人（美國專利 3 201145640 第6,596,433 B2號)揭露一包括一室之裝置，該室收容 變材料，該相變材料將多數電化學電池與_用以使办氣穿 動之通道完全分開。因此’空氣流無法直接冷卻該電化= 電池。熱必須在它到達該空氣流之前先透過該相變材料I 逸’這配置特別對於應付會需要長時間高電池放 % //平之 應用（例如在一機動車輛之高速駕駛或上坡駕馼時）是低文 以在該相變材料已 率的。此外，Godmundsson並未揭示一用 冷卻時加熱該等電化學電池之系統。 基本觀念是要藉由當溫度低於-最小目標溫度時提供 熱，當溫度高於一最大目標溫度時移除熱，及當一電化= 電池之溫度在該目標溫度範圍内時將熱傳入或傳 1 t “、、月t 儲存材料，可以在一目標溫度内操作該電化學電池。作為 -實際之解決方法加熱該電化學電池之方法應使^ 一有效地儲存熱多段長時間（例如，至少4小時或4小時以上 之裝置’使得在該車輛停在-冷環境巾後，該等電化學電 池可以快速地被加熱至它們可以提供足夠電力至例如—電 動馬達之一電負載的溫度。 目前仍需要用以由一電化學電池快速地移除熱，用以 將熱快速地提供至-電化學t池，用以將—電化學電池維 持在一最小目標溫度與一最大目標溫度之間，用以有效地 儲熱，或其任何組合的裝置及系統，例如，目前需要—可 以將熱由一電化學電池直接傳遞至熱傳遞流體與熱能儲存 材料兩者之裝置。 【智^明内容】 4 201145640 發明概要 本發明之一方面是一裝置，該裝置包括一入口，其用 以接收一熱傳遞流體；一或多個電化學電池室，其用以收 納一或多個電化學電池；一或多個熱能儲存材料室，其收 容一或多個熱能儲存材料；及一或多個熱傳遞流體室，其 用以使該熱傳遞流體流經該裝置；其中在該一或多個熱傳 遞流體室與該一或多個電化學電池室之間的空間最好包括 實質上沒有熱能儲存材料之一或多個第一區域（即，一或多 個第一部份）；且在該一或多個熱傳遞流體室與該一或多個 熱能儲存材料室之間的空間最好包括實質上沒有一電化學 電池之一或多個區域（即，一或多個第二部份），使得該熱傳 遞流體室與該熱能儲存材料室及該電化學電池室兩者直接 熱連通。 本發明之另一方面是一系統，該系統包括一如在此所 述之一溫度調整裝置，及一熱儲存裝置，其中該熱儲存裝 置包括一具有一出口之絕緣容器，一或多個在該絕緣容器 内且包括一熱能儲存材料之熱能儲存材料室，及一或多個 用以使一熱傳遞流體流經該熱儲存裝置之熱傳遞流體室， 其中該熱傳遞流體室係與該熱能儲存材料室熱連通；該系 統更包括一用以使一熱傳遞流體由該熱儲存裝置之出口流 至該溫度調整裝置之機構；其中該系統是一用以調整該一 或多個電化學電池之溫度的溫度調整系統。 本發明之有關方面的一製程是一用以調整一電化學電 池之溫度的方法，其包括一使用一熱傳遞流體將熱傳遞至 201145640 在此所述之電池溫度調整裝置中的步驟。 本發明之有關方面的另一製程是一用以使用如在此所 述之電池溫度調整系統調整一電化學電池之溫度的方法， 其包括一將熱由該熱儲存裝置傳遞至該電池溫度調整裝置 之步驟。 本發明之裝置、系統及製程可以有利地將熱由一電化 學電池直接傳遞至一熱傳遞流體及一熱能儲存材料兩者。 本發明之裝置、系統及製程令人驚訝地可以由一電化學電 池快速地移除熱、將熱快速地提供熱至一電化學電池、有 效地維持一電化學電池在一最小目標溫度與一最大目標溫 度之間，有效地儲熱，或其任何組合。 圖式簡單說明 本發明參照提出之多數圖藉由本發明之實施例之非限 制例在以下詳細說明中進一步說明，其中在該等圖之數個 視圖中，類似符號代表類似部件，且其中： 第1圖是一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。 第2A圖是一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。如第2A圖中所示，一熱傳遞流體室可具有多數大致平 坦之表面。 第2B圖是一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。如第2B圖中所示，該電池溫度調整裝置可包括用於一 第一熱傳遞流體之第一熱傳遞流體室及一用於一第二熱傳 遞流體之第二熱傳遞流體室。 201145640 第3圖疋另一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一 部份。 第4圖是-說明性溫度調整裝置之橫截面的一部份。如 第4圖中所示’該裝置可包括—具有—大致平坦表面之電化 學電池室。 第5圖是-說明性熱儲存裝置之橫截面的—部份。 第6圖是一說明性熱儲存裝置之橫截面的-部份。如第 6圖所示，該熱儲存裝置可包括—毛細管結構。 第7圖是一電池溫度調整系統之示意圖。 _第8關是一電池溫度調整系統之示意圖。如第8Α圖所 不’該系統可包括-具有一電加熱器之熱儲存装置。 _第犯圖是一電池溫度調整系統之示意圖。如第8Β圖所 不’該系統可包括-具有一電加熱器之熱儲存裝置該熱 儲存裝置可以整合在該電池溫度調整裝置内或兩者。 —第9圖是一電池溫度調整系統之示意圖。如第9圖所 。亥系統可包括-用以由該電池溫度調整裝置移除熱之 第-熱傳遞流體及-用以對該電池溫度調整裝置提供熱之 第二熱傳遞流體。 ’ 【實施方式;j 本發明之詳細說明 在以下詳細說明中’本發明之特定實施例係藉由其較 佳實施例說明。但是，就以下說明係特定於本技術之一特 殊實施例或-特定用途而言’它將會僅是說明性的且僅提 供該等示範性實施例之一簡明的說明。因此，本發明不限 7 201145640 於以下所述之特定實施例，而是本發明包括落在附加之申 °月專利範圍之真正範疇内的所有替代例、修改例及等效物。 如由在此之技術可見，本發明提供用以調整具有更有 效率更可罪或兩者之優點之一電化學電池之溫度的獨特 裝置、系統及製程。 本發明之電池溫度調整系統包括一或多個熱能儲存材 料及一或多個熱傳遞流體。例如，該電池溫度調整系統可 包括一新穎電池溫度調整裝置，該電池溫度調整裝置包含 或夕個電化學電池、一熱能儲存材料、及一或多個熱傳 遞流體室。該一或多個熱傳遞流體室可被用來使一熱傳遞 流體流經該裝置以便由在该裝置中之一熱能儲存材料移除 熱，以便由一電化學電池移除熱’以便對在該裝置中之— 熱能儲存材料提供熱，以便對一電化學電池提供熱，或其 任何組合。較佳地，該〆成多個熱傳遞流體室包括與該熱 能儲存材料熱連通之一或多個部份及與該等電化學電池熱 連通之一或多個部份。 電池溫度調整裝置 該電池溫度調整裝置町包括一或多個電化學電池室、 一或多個熱能儲存材料室、及一或多個熱傳遞流體室。在 該一或多個熱傳遞流體室與該一或多個電化學電池室之間 的空間最好包括實質上或完全沒有該熱能儲存材料之一或 多個區域(即，沒有設置在該電化學電池室與該熱傳遞流體 室之間之熱能儲存材料的/或多個區域）’在該一或多個熱 傳遞流體室與該一或多個麵能儲存材料至之間的空間最好 8 201145640 包括實質上或完全沒有該電化學電池之一或多個區域 (即，沒有設置在該熱能儲存材料室與該熱傳遞流體室之間 之一電化學電池或一電化學電池之一部份的一或多個區 域）。因此該熱傳遞流體室最好是與一電化學電池室及一熱 能儲存材料室兩者熱連通(例如，直接熱連通）。 在其各種方面，本發明係基於藉由控制一電化學電池 之溫度，例如藉由從一電化學電池移除熱、對一電化學電 池提供熱、維持一電化學電池之溫度、或其任何組合來改 良或維持在一電池溫度調整裝置中之一或多個電化學電池 之效能。 該電池溫度調整裝置可有利地使用使得在該電池中之 一電化學電池之溫度被冷卻到一低於該電化學電池之一最 大操作溫度的溫度，被加熱到一高於該電化學電池之一最 小操作溫度的溫度，被保持在一目標溫度範圍内，或其任 何組合。因此，該電池溫度調整裝置包括一或多個用以將 熱能傳遞至該裝置中之機構，一或多個由該裝置移除熱能 之機構，一或多個用以維持在該裝置中之溫度在一高溫極 限以下的機構，一或多個用以維持在該裝置中之溫度在一 低溫極限以上的機構，或其任何組合。較佳地，該電池溫 度調整裝置包括至少一用以加熱該等電化學電池之機構， 一用以冷卻該等電化學電池之機構，及一用以維持在該等 電化學電池中之溫度的機構。 該電池溫度調整裝置包括一或多個用以收納或收容一 或多個電化學電池之電化學電池室，及一或多個熱傳遞流 9 201145640 /多個熱傳遞流體室最好與該電化學電池室隔 體至垓=漁流體不進入該電化學電池。該電池溫度調 離使付雜^ 用以使_熱傳遞流體流人該熱傳遞 替裝置可包含 流體室以―錢p，料池碰衫糾 或 多個用以由该 L , 裝置移除該熱傳遞流體之熱傳遞流體出口。 較佳地 ，該電池溫度調整裝置包括一將熱傳入該裝置 機構及將熱傳出該裝置之機構。例如，該電池溫度裝 置可以與該装置外側之一組件熱連通。這種熱連通可包括 一如一熱傳遞流體之流體，或一固體’該固體具有一足夠 高之導熱率及接觸面積使得熱可快速地被提供至該裝置或 由該裝置移除。將熱傳入該電池溫度調整裝置之機構最好 包括使一熱傳遞流體循環通過該溫度調整裝置，將熱傳出 該電池溫度調整裝置之機構最好包括使一熱傳遞流體循環 通過該裝置。用以加熱之熱傳遞流體及用以冷卻該電池溫 度調整裝置之熱傳遞流體可以相同或不同，用以加熱之熱 傳遞流體及用以冷卻該電池溫度調整裝置之熱傳遞流體可 兩者均循環通過相同熱傳遞流體室。或者，該電池溫度調 整裝置可包括一用以冷卻該裝置之一第一熱傳遞流體及一 用以加熱該裝置之第二熱傳遞流體。任選地，在該電池溫 度調整裝置中使用之任一熱傳遞流體可包括或主要包含一 工作流體。例如，該裝置可包括—用以將熱傳入該跋置之 工作流體，-㈣將熱傳出該裝置之卫作流體，或兩者。 熱能儲存材料室 如上所述，該熱能儲存㈣最好是被隱在—或多個 201145640 ^中通常該減料材_有相當歡單位為W/m.K之 a熱率，相當低之單位為m2/s之熱擴散率，或兩者。例如， 雜能儲存材料可具有小於它設置於其中之室之材料的一 導…率-熱擴散率或兩者。亦可使用具有一相當高導熱 率’―相當高熱擴散率，或兩者之熱能儲存材料。較佳地， 忒或多個室之形狀及/或尺寸被選擇成使得熱能可以快 速地傳入及傳出該熱能儲存材料。因此，該熱能儲存材料 至可使用-或多個用以增加熱傳人及傳出該熱能儲存材料 之速度的機構。該熱刺之速度可㈣率每熱能儲存材料 之體積（即，瓦特/m3)測量，例如，該一或多個熱能儲存材 料可具有相當小之至少一尺寸(例如，相較於一或多個其他 尺寸），s玄熱能儲存材料可以儲存在多數室中，該一或多個 至之内部可具有導熱物體(例如，翼片、金屬線、網等），或 其任何組合。 s亥熱能儲存材料最好被分隔在一足夠數目之小室（ceU) 或囊(capsule)之間使得如果一或兩個小室或囊破損，則可能 逸出之熱能儲存材料之量為小，該裝置將繼續作用，或兩 者。例如’在該裝置中之熱能儲存材料之量為基礎，在單 一小室中之熱能儲存材料小於百分之35為佳，小於百分之 10更佳，小於大約百分之5又更佳，且小於大約百分之2最 佳。較佳地，某些或全部之小室收容該熱能儲存材料之至 少百分之0.01。 在該熱能儲存材料室與該熱傳遞流體室之間的接觸面 積可以夠高’使得熱可藉由一熱傳遞流體由該熱能儲存材 201145640 料移除。Atesm是在該一或多個熱傳遞流體室與該一或多個 熱月t儲存材料室之間的接觸面積，且Aec是在該一或多個熱 傳遞流體室與該一或多個電化學電池室之間的接觸面積。 ATESM/(ATESM+AEC)之比率可大於0.01，以大於0.05為佳，以 大於0_10更佳，以大於大約0.2又更佳，且以大於大約0.25 最佳。atesm/vtesm之比率可以足夠高使得該熱延遲由於從 一熱能儲存室之中心之熱擴散被減少，其中V TESM是在一或 多個熱能儲存材料室之熱能儲存材料的體積。例如， atesm/vtesm之比率大於大約0 05mni-|為佳，大於大約 0.2mm·1更佳，大於大約〇 5mm-i又更佳，且大於大約 最佳。 該熱能儲存材料最好是在多數獨立隔離之小室（例如 夕數囊）中，該等小室具有相當大之多數小室之總表面積， 相當小之由一小室之一表面至該小室之中心之距離，或兩 者。該等多數小室（例如多數囊）可配置在一或多數小室層 中，例如’ s亥熱儲存裝置可包括多數小室層（例如多數囊）， 各小室層可包含-單_小室或多數小室。大致上一小室 層表示結構上互相連接之—或多個小室。例如，—小室層 可乂藉由&、封地附接具有熱能储存材料在其間之兩片料 (例如’兩)之至少周邊㈣成，使得收容該減儲存材料 之-或多個空間形成。應了解的是—小室層（例如，一囊層） ° 、有相田J之厚度，一相當高之表面積對體積比率’ 或兩者’使得熱可以由料小室之内部快速地移除。該等 小至可以疋在-層中之任何配置，例如，該等小室可以具 12 201145640 有相同之尺寸及形狀，該等小室可以具有不同尺寸及形 狀，該等小室可以一重覆模式（例如，一包含1、2或2以上 個小室之模式）配置。在本發明之一較佳方面，該等小室係 在各囊層中配置成一囊陣列（例如，一 1維陣列、一 2維陣 列、或一徑向陣列）。 該熱儲存裝置可包括多數囊層且在一或多對相鄰囊層 之間具有間隔，該間隔可以被用來作為該熱傳遞流體室之 一部份。多數囊層可在一側上具有該間隔，在兩相對側上 具有多數間隔，不具有間隔，或其任何組合。例如，可在 每一對相鄰囊層之間具有一間隔。 一囊層可具有一呈弧形之表面及一大致平坦之相對表 面。對於一熱傳遞流體而言，該弧形通路可增加在該熱傳 遞流體與該等囊之間的熱流動，對於使該等囊與一大致弧 形電化學電池室接觸而言，或兩者，一大致弧形表面會特 別具有吸引力。對於減少該熱傳遞流體在它流過該熱傳遞 流體室時之壓力降而言，對於使該等囊與一大致平坦電化 學電池室接觸而言，或兩者，一大致平坦表面會特別具有 吸引力。對於放置一任選毛細管結構（且該毛細管結構之厚 度可決定在該工作流體室之一部份之任一側上之兩囊層之 間之間距）使得該熱傳遞流體室可被用來作為一毛細管泵 送迴路之一冷凝器而言，一大致平坦表面亦會特別具有吸 引力。亦可使用具有兩者均大致平坦或兩者均為弧形之相 對表面的多數層。亦可使用部份地或完全地嵌套在一起之 兩相鄰囊層，例如，兩相鄰囊層可嵌套在一起且可分開一 13 201145640 容許該熱傳遞流體在兩層之間流動之間隙。 該等囊之尺寸及形狀可被選擇成使傳至與傳出收容在 該等囊中之相變材料的熱達到最多。該等囊（例如，該囊層） 之平均厚度可被選擇成使得該熱可以由該囊之中心快速地 逸出，該等囊之平均厚度以小於大約100mm為佳，以小於 大約30mm更佳，以小於大約l〇mm又更佳，以小於大約5mm 再更佳，且以小於大約3mm最佳。該等囊必須厚到足以有 效地儲存熱能，該囊之平均厚度大於大約0.1mm為佳，大 於大約0.5mm更佳，大於大約0.8mm又更佳，且大於大約 1.0mm最佳。 該等囊最好具有一相當高之表面積對體積比率使得與 該工作流體之接觸面積，與該熱傳遞流體之接觸面積，或 兩者相當地高，使得熱可快速地被提供至該等囊及/或由該 等囊移除。例如，該等囊可具有一使與一工作流體室之接 觸最大化的表面，該等囊可具有一使在該囊與該工作流體 室之間的熱傳遞最大化的幾何形狀，或兩者。在該工作流 體室與該相變材料室之間之介面的總表面積對在該熱儲存 裝置中之熱能儲存材料的總體積之比率可被選擇成大於大 約0.02mm·1且大於大約0.05mm-1為佳，大於大約〇 lmm-^ 佳’大於大約〇.2mm_1又更佳，且大於大約0.3mm-1最佳。在 該工作流體室與該相變材料室之間之介面的總表面積對在 该熱儲存裝置中之熱能儲存材料的總體積之比率必須足夠 低使得該裝置收容足夠熱能儲存材料以便儲熱，在該工作 流體室與該相變材料室之間之介面的總表面積對在該熱儲 201145640 存裝置中之熱能儲存材料的總體積之比率最好被選擇成小 於大約SOmnr1。 該熱能儲存材料室之形態可為一氣泡包裝或一組堆疊 氣泡包裝，例如該熱能儲存材料可以被封裝在一經壓凸金 屬層與一平坦金屬層之間，且該經壓凸金屬層與該平坦金 屬層被密封在一起以便形成多數隔離囊。非限制地，該熱 儲存裝置可使用在名稱為“熱儲存裝置（Heat St〇rage Devices)’’且在2009年2月20曰申請之美國專利申請案第 12/389,598號中揭露之一囊或多數囊配置（例如，一氣泡包 裝或一組堆疊氣泡包裝）。 形成多數囊 該熱能儲存材料之囊可使用為封裝該熱能儲存材料提 供之任何方法形成，非限制地，該製程可使用以下其中一 者或其任何組合：壓凸或使一薄材料片料(例如，一箔）變形 以便在該片料中形成一圖案，以該熱能儲存材料填充在經 壓凸片料中之凹部，以一第二片料(例如，—大致平坦片料） 覆蓋一經壓凸片料，或附接該等兩片料。形成該等囊之製 程可使用在名稱為“熱儲存裝置(Heat St〇rage Devices)”且 在2009年2月20日申請之美國專利申請案第12/389,598號中 揭露之製程。 用以封裝該熱能儲存材料之適當片料包括财用的、而才 腐蝕的、或兩者的薄金屬片料(例如，金屬箔），使得該片料 可最好在不洩漏之情形下收容該熱能儲存材料。該等金屬 片料係可以重覆熱循環在一車輛環境中發揮功能超過〖年 15 201145640 且以超過5年為佳，或者該金屬片料可具有 該熱能儲存材料之_性外表面觸 示範性金屬片料包括多數具有至少一黃鋼、鋼、： 合金、青銅、鈦、不錄鋼等層之金屬片料。、 --般貴金屬或它可以是包括具有_氣化層⑽如，_ = 氧化層或—可形成在-表面上之氧化層）之-金屬的;; 料。-不範性金屬片料是—減，該”包含—層紹或— 含銘合金(例如’一含有大於50重量百分比，且大於90重旦 百分比為佳之銘合金）。另一示範性金屬片料是不鑛鋼^ 當不義包紐斯明鋼、肥粒心鏽域麻田散鐵 不鏽鋼。輕制地，該不_可以—大於大約⑺重量百分 比，大於大約丨3重量百分比為佳，大於大⑽重量百分比 更佳’且大於大約17重量百分比最佳之濃度包括鉻。該不 鏽鋼可以-小於大約〇_3〇重量百分比，小於大約〇15重量百 分比為佳，小於大約〇.12重量百分比更佳，且小於大約〇 ι〇 重罝百分比最佳之濃度包括碳。例如，包含19重量百分比 鉻及大約0.08重量百分比之不鏽鋼3〇4(SAE表示法），適當 之不鏽鋼亦包括如316(SAE表示法)之含翻不鏽鋼。 該金屬片料具有一足夠高之厚度使得孔或裂縫在形成 該片料時、在以熱能儲存材料填充該等囊時、在使用囊時、 或其任何組合，不會形成。對於例如運送之應用而言，該 金屬片料最好相當薄使得該熱儲存裝置之重量不會因該金 屬片料大幅增加。該金屬片料之適當厚度可以大於大約 ΙΟμηι ’大於大約20μηι為佳，且大於大約5〇μηι為佳更佳。 16 201145640 該金«可具有-小於大約3_，小於imm為佳，且小於 〇.5mm更佳（例如，小於大約〇.25mm)之厚度。 熱能儲存材料 非限制地’用於該熱儲存裝置之適當熱能儲存材料包 括可以現相當南密度之熱能為顯熱 '潛熱之材料。該 熱能儲存材料最好與該熱儲存裝置之操作溫度範圍相容， 例^該熱_麵料最好在祕料裝置之低操作溫度 時疋一固體’在該熱儲存裝置之最大操作溫度時至少部份 疋液體(例如’疋全疋—液體），在該袭置之最大操作溫度時 不會明顯地劣化或分解(例如，至少大約〗，麵小時以至少 大、勺10,麵小時之時間），或其任何組合。該熱能儲存材料 可以疋一相變材料，該相變材料具有一固體至液體轉變溫 度（例如，一液相溫度、一熔化溫度、或一共熔溫度）。該固 體至液體轉變溫度可以大於大約3〇c>c，大於大約35<5c為 佳，大於大約40°C更佳，大於大約45。(：又更佳，且大於大 約50°C最佳。該熱能儲存材料可具有一固體至液體轉變溫 度，該固體至液體轉變溫度可以小於大約400〇C，小於大約 35〇°C為佳，小於大約290。(：更佳，小於大約250°C又更佳， 且小於大約200。(：最佳。該熱能儲存材料可具有一熔化熱密 度，該熔化熱密度大於大約0.1MJ/升，大於大約0.2MJ/升為 佳’大於大約0.4MJ/升更佳，且大於大約0 6mj/升最佳。通 常，该熱能儲存材料可具有一小於大約51^；[/升之熔化熱密 度，但是’亦可使用具有一更高之熔化熱密度熱能儲存材 料。该熱能儲存材料可具有一小於大約5以(：1113，小於大約 17 201145640 4g/cm為佳’小於大約3.5g/cm3更佳，且小於大約3g/cm3最 佳之密度。 έ亥熱能儲存材料室可收容任何此項技術已知之熱能儲 存材料。可以在該等熱能儲存材料室中使用之熱能儲存材 料的例子包括在 Atul Sharma，V.V. Tyagi, C.R. Chen，D. Buddhi,以相變材料儲存熱能及應用之評論(Review on thermal energy storage with phase change materials and applications)”，可再生及持久之能量評論(Renewabie and
Sustainable Energy Reviews) 13 (2009) 318-345 中，及在 Belen Zalba，Jose Ma Marin, Luisa F. Cabeza, Harald Mehling，“具有相變化之熱能儲存：材料 '熱傳遞分析及應 用之評論（Review on thermal energy storage with phase change: materials，heat transfer analysis and applications),，， 應用熱工程（Applied Thermal Engineering) 23 (2003) 251-283中所述之材料，且兩者在此全部加入作為參考。可 以在該等熱儲存裝置中使用之適當熱能儲存材料的其他例 子包括在名稱為“熱能儲存材料（Heat Energy Storage Materials)”且在2009年2月20日申請之美國專利申請案第 12/389,416號；及名稱為“熱儲存裝置（Heat Storage Devices)”且在2009年2月20曰申請之美國專利申請案第 12/389,598號中所述之熱能儲存材料。 該熱能儲存材料可包括一有機材料、一無機材料或一 有機與一無機材料之一混合物。可使用之有機化合物包括 石犧及石躐有機材料’例如脂肪酸。可使用之無機材料包 18 201145640 括鹽水合物及金屬物質。該熱能儲存材料可以是具有在/ 單一溫度由固體至液體之轉變的一化合物或一混合物（例 如，一共熔混合物），該熱能儲存材料可以是一具有在一浪 度範圍（例如，一大於大約3°C、或大於大約5°C之範圍）内由 固體至液體之轉變的一化合物或一混合物。 非限制地，可以單獨或作為一混合物使用之適當朴石 蠟有機材料包括聚乙二醇、癸酸、反油酸、月桂酸、十五 酸、三硬脂甘油醋、十四酸、軟脂酸、硬脂酸、乙醯胺、 反丁醯二酸甲酯、甲酸、辛酸、甘油、D-乳酸、軟脂酸甲 酯、莰葸酮、二十二溴、8-十五酮、酚、十七酮、1-環已基 十八烷、4-十七酮、對甲苯胺、氰胺、二十酸甲酯、3-十七 酮、2-十七酮、氫桂皮、十六醇、萘胺、莰烯、鄰硝苯胺、 9-十七酮、瑞香草酚、二十二酸甲酯、二苯胺、對二氣苯、 草酸鹽、連二磷苯、二氯對二曱苯、氣乙、硝萘、三肉蔻 豆酸甘油酯、十七酸、蜂蠟、甘醇酸、乙醇酸、對溴酚、 偶氮苯、丙烯酸、二硝基曱苯、苯乙酸、烯丙硫脲、溴樟 腦、荘、苯胺、溴苯甲酸曱酯、α-萘酚、戊二酸、二氯鄰 二曱苯、鄰苯二酚、醌、乙醯胺笨、琥珀酸酐、苯曱酸、 葱(stibene)、苯醯胺、或其任何組合。 非限制地，可以單獨或作為一混合物使用之適當無機 鹽包括 Κ2ΗΡ04·6Η20、FeBr3.6H20、Mn(N〇3)2.6H2〇、 FeBr3.6H20、CaCl2.12H2〇、LiN03.2H20、LiN03.3H20、 Na2CO310H2O、Na2SO4-10H2O、KFe(S03)212H20、 CaBr2 6H20、LiBr2.2H20 ' Ζη(Ν03)2·6Η20、FeCl3.6H20、 19 201145640 Μη(Ν03)2·4Η20、Na2HP04· 12H20、CoS04 7H20、KF.2H20、
MgI2 8H20、CaI2.6H20、K2HP04.7H20、Ζη(Ν03)2·4Η20、 Mg(N03).4H20、Ca(N03).4H20、Fe(N03)2.9H20、 Na2Si03-4H20 、K2HP04.3H20 、Na2S203.5H20 、
MgS04.7H20 、Ca(N03)2.3H20 、Ζη(Ν03)2·2Η20 、
FeCl3.2H20、Ni(N03)2.6H20、MnCl2.4H20、MgCl2.4H20、 CH3C00Na_3H20、Fe(N03)2.6H20、NaAl(SO4)2.10H2O、 Na0HH20 、 Na3P0412H20 、 LiCH3C00.2H20 、 Α1(Ν03)2·9Η20 、Ba(0H)2-8H20 、Mg(N03)2.6H20 、 KAl(S〇4)2.12H20、MgCl2-6H2〇、或其任何組合。可 了解的 是可使用具有較高或較低濃度之水的無機鹽。 該熱能儲存材料可包括至少一第一含金屬材料（或可 甚至主要由至少一第一含金屬材料構成或由至少一第一含 金屬材料構成）’且以該至少一第一含金屬材料及至少一第 二含金屬材料之一組合為佳。該第一含金屬材料，該第二 含金屬材料，或兩者可以是一實質純金屬、如包括一實質 純金屬及一或多個另外合金成分(例如，一或多個其他金屬） 的一合金、一金屬間的、一金屬化合物(例如，一鹽類、一 氧化物等）、或其任何組合。一較佳方法是使用一或多個含 金屬材料作為一金屬化合物之一部份；一更佳之方法是使 用少兩金屬化合物之一混合物。舉例而言，一適當金屬化 合物可以選自於氧化物、氫氧化物、包括氮及氧之化合物 (例如、硝酸鹽、亞硝酸鹽或兩者）、画化物、或其任何組合。 亦可使用三元、四元或其他多數組分材料系統，該熱能儲 20 201145640 存材料在此可以是呈現1㈣之兩或兩種以上材料的混 合物。 絕緣 .π叮疋王少邵份絕緣使得當該等 電化學電池未產生熱時來自該裝置之熱損失減少或最小 化，該絕緣可容許當該等電化學電池未產生熱時該裝置唯 持在一最小目標溫度以上之-溫度-相當長的時間。該絕 緣容許該裝置維持在-最小目標溫度以上—大於，較佳地 至少百分之5G大於’且最佳地百分之⑽大於—不包含絕緣 且其他部份侧之裝置的時間。該裝置維持在該最小目於 溫度以上之時間可以藉由加熱該裝置至該最大目標溫度I 接著使該裝置暴露於身c之室溫並且不再對該裝置提供 熱(即’該熱傳遞流體不循環流動且該等電化學電池未被^ 電或放電)來測量。如此測量，該電池溫度調整裝置維持一 在該最小目標溫度以上之溫度至少大約5分鐘為佳，至少⑼ 分鐘更佳，且至少大約6〇分鐘最佳。 二Γ:?知形式之防止該熱儲存裝置之熱損失的 =，：中露在此全部加入作為參考之美國專利第 容9，=:任何絕緣。該熱儲存裝置最好 /吏付匕在—或多個表面上絕緣。較佳地，暴露於大 ==部之某些物表面將具有H絕緣 错由減少對流熱損失、減少輻射_失、減= …、貝失或其任何組合來產生作用。較 透過使用一較佳地具有相當低熱傳導之絕緣體材=: 21 201145640 來獲得。該絕緣可以透過使用一在相對分隔壁之間的間隙 來獲得，該間隙可被如一空氣空間之一氣態介質佔據，或 可甚至是一真空空間（例如，利用一杜瓦(Dewar)瓶）、一具 有低導熱率之材料或結構、一具有低熱放射率之材料或結 構、一具有低對流之材料或結構、或其任何組合。非限制 地，該絕緣可包含陶瓷絕緣(例如石英或玻璃絕緣）、聚合物 絕緣、或其任何組合。該絕緣可以呈一纖維形態、一發泡 形態、一緻密層、一塗層或其任何組合。該絕緣可以呈一 編織材料形態、一非編織材料、或其一組合。該熱傳遞裝 置可以使用一杜瓦瓶，詳而言之，包括構形成界定一内部 儲存凹孔之大致相對壁、及一在該等相對壁之間之壁凹 孔，且壁凹孔被抽真空至大氣壓以下的一容器來絕緣。該 等壁更使用一反射表面塗層（例如，一鏡面）以便將輻射熱損 失減至最小。 較佳地，提供一環繞該系統之真空絕緣，更佳地，提 供一如在此全部加入作為參考之美國專利第6,889,751號中 揭露的真空絕緣。 第1圖是一示範性電池溫度調整裝置10之一橫截面之 一顯示部份。請參閱第1圖，該電池溫度調整裝置10可包括 一或多個電化學電池室12，一或多個熱能儲存材料室14， 及一或多個熱傳遞流體室16。該熱能儲存材料室可收容一 或多個熱能儲存材料18，該電化學電池室可收容一或多個 電化學電池20。在該熱傳遞流體室與該電化學電池室22之 間之空間的一部份實質上或完全沒有熱能儲存材料，在該 22 201145640 熱傳遞流體室與該熱能儲存材料室24之間之空間、 實豸上或完全沒有一電化學電池。如第1圖所示，。「份 :存材料室14與該電化學電池室12之間的接觸面在該熱能 田小或甚至為零。例如，以與該電化學電池室 可以相 流體室接觸之減儲存材料之絲面為基準，=熱傳遞 分之5、小於大約百分之3、小於大約$分之2、或於大約百 百分之1之該熱能儲存材料室的表面積可接觸’、於大約 池室。 ^電化學電 第2Α圖是一示範性電池溫度調整裝置1〇, 之 蟥哉 面 之另一顯示部份。如第2Α圖所示，該熱能儲存材^ 之形狀可以被選擇成使得該電化學電池室12至少部14 套在該熱能儲存材料室中。在該熱能儲存材料室與該電2 學電池室之間的接觸面積2 6可以相當大使得該熱能儲存材 料與s亥電化學電池直接熱連通例如，以與該電化學電池 室或該熱傳遞流體室接觸之該熱能儲存材料之總表面為基 準，至少大約百分之5、至少百分之1〇、至少大約百分之2〇、 至少大約百分之3 0之該熱能儲存材料室的表面積可接觸該 電化學電池室。該等熱能儲存室可由例如多數氣泡包裝之 多數囊構成，如第2Α圖所示，該熱能儲存室可包括至少一 第—氣泡包裝28及一第二氣泡包裝30。該第一氣泡包裝28 及該第二氣泡包裝30可分開且在該第一氣泡包裝與該第二 氣泡包裝之間的空間可界定熱傳遞流體室16'之至少一部 份，例如，該第一氣泡包裝之一大致平坦第一表面29及面 對§亥第一表面之一第一氣泡包裝之一大致平坦表面29'可以 23 201145640 分開以便容許一用以使一熱傳遞流體流動之空間。如第2B 圖所示，該電池溫度調整裝置可包括用以移除熱及用以於 提供熱之分開的熱傳遞流體室。例如，電池溫度調整裝置 10”具有一第一熱傳遞流體室16’及一第二熱傳遞流體室 32，如第2B圖所示，該熱傳遞流體室之其中一者（或兩者) 可在使用時收容一工作流體34。 該第一氣泡包裝及該第二氣泡包裝可以與大致對稱地 定位之熱能儲存材料之囊對齊，這種配置係顯示在第1、2° 與2B圖中。該等第一與第二氣泡包裝可以一非對稱配置對 齊，例如，第一氣泡包裝28'可以相對第二氣泡包裝30'移 位，如第3圖所示。因此，在該熱傳遞流體室與該電化學電 池室之間之至少一部份可收容熱能儲存材料（即，熱能儲存 材料可部份地設置在該熱傳遞流體室與該電化學電池室之 間）。 如第4圖所示，一電化學電池室12'可具有一大致平坦表 面。一包括一或多個熱能儲存材料室14”之第一氣泡包裝 28"可被配置成使得該氣泡包裝之大致平坦表面與該電化 學電池室之大致平坦表面接觸。一相鄰第二氣泡包裝30”可 與該第一氣泡包裝28”部份地嵌套在一起，在兩氣泡包裝之 間的空間可以被使用作為該熱傳遞流體室16"之一部份。 電化學電池室/電化學電池 該電化學電池室最好可以收納或收容一或多個電化學 電池，該電化學電池室最好與該熱能儲存材料室及該熱傳 遞流體室兩者熱連通。 24 201145640 該電化學電池可以是產生電力之任何此項技術習知之 電化學電池，例如，該電化學電池可以由一或多個化學反 應得到電能。該電化學電池可以是一次電化學電池或二次 電化學電池，非限制地，適當之二次電化學電池包括鉛酸 電池、鎳鎘電池、氫化鎳金屬電池、鋰電池、鋰離子聚合 物電池、或其任何組合。較佳電化學電池包括一或多個陽 極及一或多個陰極，最好在該陽極與該陰極之間使用例如 一半透膜之一分隔器。該電化學電池最好包括一電解質， 一可使用之一次電池之例子是由一燃料產生電力之一燃料 電池。 熱傳遞流體室 該電池溫度調整裝置具有一熱傳遞流體室，該熱傳遞 流體室可在一熱傳遞流體循環該裝置時可收納該熱傳遞流 體。該熱傳遞流體室最好與一或多個用以使一熱傳遞流入 該熱傳遞流體室之入口連接，該熱傳遞流體室最好與一或 多個用以使該熱傳遞流體流出之出口連接。該熱傳遞流體 室可以是一至少部份地由一或多個熱傳遞流體室壁界定之 空間，一至少部份地由一或多個熱能儲存室界定之空間， 一至少部份地由一或多個電化學電池室界定之空間，一至 少部份地由該電池溫度調整裝置之一殼體或容器界定之空 間，或其任何組合。 該熱傳遞流體室最好具有與該一或多個電化學電池室 及該一或多個熱能儲存材料室兩者充分之熱連通，使得它 可以移除熱或提供熱至該等電化學電池及該熱能儲存材料 25 201145640 兩者。該熱傳遞流體室最好與一或多個（或全部更佳）電化學 電池室直接熱連通，一直接熱連通可以是在一電化學電池 與該熱傳遞流體室之一部份之間沒有熱能儲存材料、沒有 具有--低導熱率材料的任何最短距離通路。低導熱率材料 包括具有一低於大約100W/(m.K)，低於大約10W/(m.K)為 佳，且低於大約3W/(m，K)更佳之導熱率的材料。例如，該 熱傳遞流體或該熱傳遞流體室可接觸一或多個（或全部更 佳）電化學電池室之一壁，或藉由具有高導熱率（例如，大於 大約5W/(m.K) ’大於大約12W/(m_K)，或大於大約 1 l〇W/(m.K))之材料實質地或全部地與該電化學電池室分 開。玎了解的是一層非常薄（例如，小於大約〇.lmm，小於 大約0.01mm為佳，且小於大約0.001mm更佳）之一熱能儲存 材料或具有一低導熱率之一材料可以在該熱傳遞流體室與 一電化學電池之間且不會明顯地影響熱傳遞。因此，在該 一或多個電化學電池室與一或多個熱傳遞流體室之間的空 間最好包括一或多個實質沒有熱能儲存材料之區域。該熱 傳遞流體室最好是與一或多個（或全部更佳）熱能儲存室直 接熱連通，一直接熱連通可以是在一熱能儲存室與該熱傳 遞流體室之一部份之間沒有一電化學電池、沒有具有一低 導熱率材料、或兩者的任何最短距離通路。例如，該熱傳 遞流體或該熱傳遞流體室可接觸一或多個（或全部更佳）熱 能儲存材料室之一壁，或藉由具有高導熱率（例如，大於大 約5 W/(m.K) ’大於大約12W/(m.K)，或大於大約丨i 〇w/(m K)) 之材料實質地或全部地與該熱能儲存材料室分開。可了解 26 201145640 的是一層非常薄（例如，小於大約0.1 mm，小於大約0.01 mm 為佳，且小於大約0.001mm更佳）之具有一低導熱率之一材 料可以在該熱傳遞流體室與一熱能儲存材料室之間且不會 明顯地影響熱傳遞。因此，在該一或多個熱能儲存材料室 與該一或多個熱傳遞流體室之間的空間最好包括一或多個 實質沒有一電化學電池之區域。 電池溫度調整系統 該電池溫度調整裝置可使用在一包括一或多個熱傳遞 流體之系統中，該熱傳遞流體流經該電池溫度調整裝置用 以由該裝置移除熱，用以將熱傳遞至該裝置中，或兩者。 該電池溫度調整系統最好包括一或多個用以由該電池溫度 調整裝置接收熱之組件（即，熱移除組件），一或多個用以將 熱提供至該電池溫度調整裝置之組件（即，熱提供組件），或 兩者。該熱移除組件最好具有一與該電池溫度調整裝置之 流體連接件，使得一熱傳遞流體可循環通過兩者。該熱移 除組件最好以兩或兩個以上之管線(例如，管）與該電池溫度 調整裝置連接，該等管線包括一用以將該熱傳遞流體傳遞 至該熱移除組件中之第一管線及一用以將該熱傳遞流體傳 遞離開該熱移除組件之第二管線。該熱提供組件最好以兩 或兩個以上之管線(例如，管）與該電池溫度調整裝置連接， 該等管線包括一用以將該熱傳遞流體傳遞至該熱提供組件 中之第一管線及一用以將該熱傳遞流體傳遞離開該熱提供 組件之第二管線。該熱提供組件最好具有一與該電池溫度 調整裝置之流體連接件，使得一熱傳遞流體可循環通過兩 27 201145640 者。該系統最好包括—❹個用以使該熱傳遞流體循環之 聚。該系統最好包括用以—或多_量在該线中之一或 多個溫度的溫度探針，該等溫度探針可測量一電化學電 池、一熱傳遞流體、-熱提供組件、-熱移除組件、一室 溫、一電池溫度儲存H —減儲存材料、或其任何組 何之溫度。該线最好包括在―或多個管線上之—或多個 閥使得該熱傳遞流體至該熱提供組件之流動可以啟動或停 止，或兩者。該系統可任選地包括—或多個加熱器，船口 一電阻加熱器。該電阻加熱器’如果存在的話，可被用來 產生用以加減熱提供組件之熱H統最好包括—或多 個控制器，該控制器可控制該熱傳遞流體至該熱提供組件 之流動、傳遞流體至該熱移除組件之流動、或兩者。 該控制器可以控制—或多個閥一或多個泵、—或多個加 熱器、或其任何組合。該系統可包括—或多個用以使該熱 提供組件、-或多辦例如’全部)連接該熱提供組件與該電 池溫度調整裝置之管線、或其任何組合絕緣的機構。 熱提供組件/熱儲存裝置 該電池溫度調整系統最好包括一用以將熱提供至該電 池溫度調整裝置之熱提供組件，該熱提供組件以是可加熱 忒熱傳遞流體使得熱可傳遞至在該電池溫度調整裝置中之 電化學電池的任何組件。適當熱提供組件可儲熱、將熱由 或多個其他組件傳遞熱、或兩者。該熱提供組件，如果 使用的話，最好主要包含或包括-有效_翻以加熱該 電池溫度調整裝置之熱能的熱儲存裝置。該熱儲存裝置可 28 201145640 以在該電池溫度難裝置外部，或可以整合在電池溫度裝 置中。該熱儲存裝置可以儲存—以該裝置之總體積⑽如， 排除任何絕緣）為基準之相當高密度的減(例如，以靡3 測量），例如，該熱儲存裝置可以儲存—大於該電池溫度調 整裝置、大於該電池溫度調整裝置至少百分之2〇為佳、真 大於該電池溫度調整裝置至少百分之财佳之熱能密度。 該熱儲存裝置最好至少部份地絕緣使得由該熱儲存裝 置之熱損失減少或最小化。對於該電池溫度調整裝置所述 之任何絕緣可被用以使該熱儲存裝置絕緣。 藉由使用一熱儲存裝置，可以減少或免除該電池溫度 調整裝置之絕緣。例如，它可比使該電池溫度調整裝置（其 體積可相當大）絕緣更有效地使該熱儲存裝置（由於它通常 不包含該一或多個電化學電池’其體積相當小）絕緣。 該熱儲存裝置最好包括一或多個熱傳遞流體室及一或 多個熱能儲存材料室。 該熱儲存裝置之一熱能儲存材料室可以是在此對於該 電池溫度調整裝置所述之任何熱能儲存材料室。較佳地， 該熱儲存裝置之熱能儲存材料室包括一或多個熱能儲存材 料成為一將該熱能儲存材料與該熱傳遞流體室隔離之結 構。該熱能儲存材料可被封裝在一或多個小室或囊中，例 如’該熱能儲存材料可以設置在更多囊層中，例如一或多 個氣泡包裝。 該熱儲存裝置之體積之一大部份可以被該熱能儲存材 料佔據使得該熱儲存裝置之功率輸出相當高，該熱儲存裝 29 201145640 置之總體積相當小，或兩者。例如，該熱傳遞流體室之體 積對在該熱儲存裝置中之熱能儲存材料(例如，該相變材料) 之比率可小於大約20 : 1(小於大約10 : 1為佳，小於大約5 : 1更佳，小於大約2 : 1又更佳且小於大約1 : 1最佳）。該熱 儲存裝置可具有一大到足以在沒有過大液壓阻力之較佳情 形下，由該熱儲存裝置有效地移除熱的熱傳遞流體室。例 如，該熱傳遞流體室之體積對在該熱儲存裝置中之熱能儲 存材料(例如，該相變材料)之比率係至少大約1 : 200為佳， 至少大約1 : 100更佳，至少大約1 : 50又更佳，且大約1 : 25最佳。 該熱儲存裝置可收容一足夠量之熱能儲存材料使得一 欲被加熱之物體（例如在一電池溫度調整裝置中之電化學 電池)可以被加熱至一所需溫度。例如，該熱儲存裝置可收 容足夠量之熱能儲存材料以便增加一電池溫度調整裝置之 溫度至少l〇°C，至少大約20°C較佳，至少大約30°C更佳， 且至少大約40。(：最佳。 第5圖與第6圖顯示兩熱儲存裝置42、42’，該等熱儲存 裝置包括一被封裝在多數氣泡包裝28"’中之熱能儲存材料 18·。該等氣泡包裝係配置成使得一熱傳遞流體室16""、16•…· 與該等囊熱連通，該等氣泡包裝具有一大致平坦表面及一 弧形表面。如第5圖所示，該熱傳遞流體室16"”可包括在相 鄰氣泡包裝之兩弧形表面之間的空間。如第6圖所示，該熱 傳遞流體室16可包括在相鄰氣泡包裝之兩平坦表面之間 的空間。如第6圖所示，該熱傳遞流體室可任選地包括一毛 30 201145640 細管結構33使得-㈣遞越(例如’—工作流體34)可以使 用毛細管力被泵送通過該熱傳遞流體室。使用一毛細管泵 送迴路之毛細管結構與系統的例子係揭露於全部在此加入 作為參考之由Soukh〇jak等人在2〇〇9年12月14曰申請之pa 專利申請案第PCT/US09/67823號中。例如，該毛細管結構 可具有一小於大約2mm、小於大約lmm為佳、小於大約 4〇〇μπ!更佳、小於大約·μιη又更佳 ' 小於大約卿⑺再更 佳、小於大約20μιη又更佳、且小於大約1〇_最佳之平均孔 隙半徑。該熱儲存裝置包括—或多個人口37使得該熱傳遞 流體可流人該減存裝置，該熱儲雜置包括—或多個出 口 39使得該熱傳遞流體可流出_儲存裝置。雜儲存裝 置最好與—或多個絕緣之機構部份地或完全地絕緣，最好 使用充分之崎使得該減存裝置以__相#低之速度對周 圍環境損失熱。如第5圖與第6圖中所示，該絕賴可包括 -真空室。如第6圖所示，在該熱儲存裝置中使用之熱傳遞 流體可任選地為一工作流體34。 ，在該熱儲存中使用之熱能儲存材料可以是在此用於該 電池皿度魏裝置中之所述任何熱能儲存材料該熱儲存 裝置之熱能儲存材料可與該電池溫度調整裝置之熱能儲存 材料相同。該熱儲純置之熱.特材料可㈣電池溫度 調整裝置之熱_存材料同，例如職財裝置可使 用了有/、在該n皿度調整裝置中使狀熱能儲存材料之 轉變溫度不同之一轉變、、田详m 父，凰度（例如，液相溫度、熔化溫度、 或共炫溫度)之—熱_储料，難地，該減存裝置使 31 201145640 用一具有相當高轉變溫度之熱能儲存材料。例如，該熱儲 存裝置可包括具有高於在該電池溫度調整裝置中之熱能儲 存材料之轉變溫度之一轉變溫度的一熱能儲存材料。在本 發明之一特殊方面’該熱儲存裝置可包括一具有大於大約 60°C、大於大約80。<：、或大於大約i〇〇〇C之轉變溫度之熱能 儲存材料。該熱儲存裝置可包括一具有小於大約35(rc、小 於大約250°C、小於大約200°C、或小於大約15〇t5C之轉變溫 度之熱能儲存材料。 在溫度調整裝置與熱儲存裝置之間的管線/連接件 如上所述，該系統最好包括多數用以使該熱傳遞流體 循環之熱傳遞流體管線。該等管線可連接兩或兩個以上之 組件（例如，一熱移除組件或一熱提供組件，及一電池溫度 調整裝置）’使得一循環迴路形成。該等管線最好不會在該 熱傳遞流體之溫度與壓力下洩漏或破裂，該等管線最好是 由一實質或完全耐受來自該熱傳遞流體之腐蝕的材料製 成。s玄系統4使用s亥專管線以便收容該熱使得它可在不茂 漏之情形下流動。 熱傳遞流體/工作流體 用於加熱及/或冷卻該一或多個電化學電池之熱傳遞 流體可以是任何液體或氣體使得該流體流經（在沒有固化 之情形下）該電池溫度調整裝置及當它冷卻時它流經之其 他組件(例如，該熱提供組件、一或多個連接管或管線、該 熱移除組件、或其任何組合）。該熱傳遞流體可以是可以在 該電池溫度調整系統中使用之溫度傳遞熱之任何此項技術 32 201145640 中習知的熱傳遞流體或冷卻劑，該熱傳遞流體可以是一液 體或氣體。較佳地，該熱傳遞流體可以在它可於使用時暴 露之最低操作溫度(例如，最低預期室溫）流動。例如，該熱 傳遞流體可以是在一大約1大氣壓之壓力及一大約25。0大 約0°C為佳、大約-20°C、且在大約-40°C最佳之溫度的一液 體或氣體。非限制地，用於加熱及/或冷卻該一或多個電化 學電池之一較佳流體是一在大約40°C之液體。 該熱傳遞流體應可傳遞大量熱能，通常為顯熱。適當 熱傳遞流體可具有至少大約lJ/g_K、至少大約2J/g.K為佳、 至少大約2.5J/g.K更佳、至少大約3J/g.K最佳之比熱（例如在 大約25°C測得）。較佳地，該熱傳遞流體是一液體，例如， 可使用任何此項技術中習知之引擎冷卻劑作為該熱傳遞流 體。該系統可使用一單一熱傳遞流體用以加熱該等電化學 電池及用以冷卻該等電化學電池，或者，該系統可以使用 一第一熱傳遞流體以便加熱該等電化學電池及一第二熱傳 遞流體以便冷卻該等電化學電池。 非限制地，可單獨或作為一混合物使用之熱傳遞流體 包括發明所屬技術領域中具有通常知識者已知之熱傳遞流 體且包括包含水、一或多個烷基二醇、一或多個聚烷基二 醇、一或多個油、一或多個冷;東劑、一或多個醇、一或多 個甜菜鹼、或其任何組合之流體。該熱傳遞流體可包括（例 如，除了前述流體以外或取代前述流體）或主要包含如以下 所述之一工作流體。可使用之適當油包括天然油、合成油、 或其任何組合。例如，該熱傳遞流體可包含或主要包含(例 33 201145640 如，至少80重量百分比、至少90重量百分比、或至少95重 量百分比）礦物油、篦麻油、碎氧油、氟碳油、或其任何組 合。 一特佳熱傳遞流體包括主要包含一或多個烷基二醇。 非限制地，適當烷基二醇包括大約1至大約8個烷氧基。例 如，該烷基二醇可包括含有大約1至大約6個碳原子之烷氧 基，在一烷基二醇分子中之烷氧基可以是相同或不同的。 任選地，該烷基二醇可包括各包含不同烷氧基或不同烷氧 基比率之不同烷基二醇的一混合物。較佳烷氧基包括氧化 伸乙基、氧化伸丙基、及氧化伸丁基。任選地，該烷基二 醇可以被取代，例如，該烷基二醇可以例如含有大約1至大 約6個碳之烷基的一或兩個烷基取代。因此，該烷基二醇可 包括或主要包含一或多個烷基二醇單烷基醚、一或多個烷 基二醇二烷基醚、或其組合。該烷基二醇亦可包括聚烷基 二醇，特佳之烧基二醇包括乙二醇、二乙二醇、丙二醇、 及丁二醇，任一上述二醇可單獨地或作為一混合物使用。 特佳之熱傳遞流體可包括實質上包含(例如，以該熱傳遞流 體之總重量為基準，至少80重量百分比、至少90重量百分 比、至少96重量百分比）或完全地包含一二醇與水之混合 物。在該混合物中之水的濃度係以該熱傳遞流體之總重量 為基準，大於大約5重量百分比為佳，大於大約10重量百分 比更佳，大於大約15重量百分比又更佳，且大於大約20重 量百分比最佳。在該混合物中之二醇的濃度係以該熱傳遞 流體之總重量為基準，大於大約5重量百分比為佳，大於大 34 201145640 約10重量百分比更佳，大於大約15重量百分比又更佳，且 大於大約20重量百分比最佳。 任選地，用以加熱及/或冷卻該一或多個電化學電池之 熱傳遞流體可包括一工作流體或實質完全由一工作流體構 成。例如，該系統可包括一流經該熱儲存裝置之工作流體， 該工作流體在該熱儲存裝置被加熱及蒸發且接著到達它冷 凝之電池溫度調整裝置（即，通過一第一熱傳遞流體室）。因 此，該熱儲存裝置可作為用於該工作流體之一蒸發器且該 電池溫度調整裝置可作為用於該工作流體之一冷凝器。如 果使用一工作流體，則被提供至該冷凝器（例如，至該電池 溫度調整裝置）之熱最好包括該工作流體之蒸發熱。該系統 可包括一用以使該工作流體返回熱儲存裝置之冷管線，及 一用以由該熱儲存裝置移除該工作流體之熱管線。該冷管 線及該熱管線最好可以在該工作流體流經一迴路時在沒有 洩漏之情形下收容該工作流體，當該熱儲存裝置（例如，在 該熱儲存裝置中之熱能儲存材料）係在一足以使該工作流 體之所有組分之總蒸氣壓超過大約1大氣壓且一閥被打開 以便容許該工作流體流動的溫度時，該工作流體可以是a) 藉一毛細管結構泵送；b)至少部份地蒸發；c)至少部份地輸 送至該冷凝器；及d)在該冷凝器中至少部份地冷凝；使得 熱由該熱儲存裝置移除。因此，該系統可任選地包括一毛 細管泵送迴路。 工作流體 該等工作流體可以是可當該熱能儲存材料在或高於其 35 201145640 多個碳氫儿人·ι· 項技術中 之氩氟碳化物汽車冷㈣）、水、赛 液相'皿度時在該熱儲存裝置中部份地或完全地蒸發（由-轉H氣體狀態)之任何流體。非限制地，示範性工 卞抓體可包括或主要包含—或多個醇—或㈣酮、一或
汽車冷凍劑）、水、氨水、或其任何組合。
最大熱㈣存》統溫度之請化學穩定性，-低黏度(例 士小於大約1 OOmPa.s) ’該毛細管結構之良好濕潤性（例 良好心濕潤性），與該毛細管泵送迴路之材料(如容器材 料用以封裝該熱能儲存材料之材料、該蒸氣與液體管線 之材料等）之化學相容性(例，該工作流體造成低腐蝕）、一 助長及蒸發器與該冷凝器溫度兩者之與溫度有關的蒸氣 壓 问體積蒸發潛熱（即，在大約25°C單位為焦耳每升之 炫化潛熱與該工作流體密度的乘積）、或—小於或等於該冷 凝器之熱傳遞流體之;東結點㈣結點(例如，-小於或等於 抗凌劑之4結點的;東結點、—小於或等於大約書c之珠結 •占或兩者）。例如，該工作流體之平衡狀態可以是在-40oC 之溫度及1大氣壓之壓力下至少百分之90液體。 '•玄工作流體之蒸氣壓在該蒸發器中應足夠高使得一足 以泵送該工作流體之蒸氣流產生。較佳地，該工作流體之 篆氣壓在°亥蒸發器中應足夠高使得一足以實施由該蒸發器 至該冷凝器之以瓦制量之所需熱功率的統流產生。在 36 201145640 3亥洛發器中之該工作流體之蒸氣壓最好足夠低使得該毛細 笞泵送迴路不會洩漏且不會破裂。 δ玄工作流體對該毛細管結構之濕潤之特徵可在於在該 毛細官結構之材料上之該工作流體的接觸角 ’較佳地，該 接觸角小於大約80。、小於大約7〇。更佳、小於大約6〇。又更 佳、且小於大約55。最佳。 该工作流體最好以適中壓力以在大約9〇〇C以下之溫度 冷凝。例如’該工作流體可在大約90°C以小於大約2MPa、 小於大約〇.8MPa較佳、小於大約〇.3MPa更佳、小於大約 〇.2MPa又更佳、且小於大約O.IMPa最佳之壓力冷凝。 該工作流體最好可以在非常低溫流動，例如，該工作 流體可以暴露於非常低室溫且最好可以在一大約〇°C、大約 -l〇°C為佳、大約_25〇C更佳、大約_40。(：又更佳、且大約_6〇°c 最佳之溫度由該冷凝器流至該熱儲存裝置。該工作流體當 它在該完全充電之熱儲存裝置之一溫度時最好是在一氣體 狀態，例如，該工作流體可具有在丨大氣壓下低於在該熱儲 存裝置中之熱能儲存材料之相轉變溫度，小於該熱能儲存 材料之相轉變溫度至少20。(：為佳，且小於該熱能儲存材料 之相轉變溫度至少40T更佳的一沸點。在本發明之各種方 面，該工作流體必須具有在1大氣壓下大於大約3〇。匸、大於 大約35°C較佳、大於大約50。(：更佳、大於大約6〇。(：又更佳、 且大於大約70。(：最佳之一沸點（或該工作流體之所有組分 之總蒸氣壓#於1大氣壓時之溫度)(例如，使得該工作流體 在周圍環境條件下是一液體p在本發明之各種方面，該工 37 201145640 作流體必須具有在1大氣壓下小於大約180°C、小於大約 150°C較佳、小於大約120°C更佳、且小於大約95°C最佳之 沸點（或該工作流體之所有組分之總蒸氣壓等於1大氣壓時 之溫度）。 一特佳工作流體包括或實質包含水及氨水。例如，在 該工作流體中之水及氨水之總濃度可以是以該工作流體之 總重量為基準，至少大約80重量百分比、至少大約90重量 百分比更佳、且至少大約95重量百分比最佳。氨水之濃度 可以足以保持該工作流體之沸點在水之沸點以下（例如，在 水之沸點以下至少10°C)，該氨水之濃度可以該工作流體之 總重量為基準，至少大於大約2重量百分比、至少大於大約 10重量百分比較佳、至少大於大約15重量百分比更佳且至 少大於大約18重量百分比最佳。該氨水之濃度可以該工作 流體之總重量為基準，小於大約80重量百分比、小於大約 60重量百分比較佳、小於大約40重量百分比更佳且小於大 約30重量百分比最佳。在該工作流體中之水的濃度可以該 工作流體之總重量為基準，至少大於大約20重量百分比、 至少大於大約40重量百分比較佳、至少大於大約60重量百 分比更佳且至少大於大約70重量百分比最佳。在該工作流 體中之水的濃度可以該工作流體之總重量為基準，小於大 約98重量百分比、小於大約95重量百分比較佳、小於大約 90重量百分比更佳、小於大約85重量百分比又更佳、且小 於大約82重量百分比最佳。例如，一大約21重量百分比氨 水及大約7 9重量百分比水之溶液具有一大約-4 0 ° C之液相 38 201145640 點及在1大氣壓小於大約100°C之一沸點範圍的上限，這溶 液可以在室溫被儲存在一非加壓容器（例如，為一液體）。 較佳地，該工作流體可具有在由大約0°C至大約250°C 之一溫度等於1大氣壓之所有其組分之一總蒸氣壓。 該工作流體可以有效地由該熱儲存裝置傳遞熱能使得 由該熱儲存裝置移除一定量熱所需之工作流體量相當小 (例如，相較於使用不是一工作流體之一熱傳遞流體移除該 熱之一裝置）。較佳地，該工作流體所傳遞之熱之一大部份 以蒸發熱之形式傳遞。相較於使用不是一工作流體之一熱 傳遞流體且具有相同初始功率之一系統，該工作流體之體 積、該工作流體之流速、或兩者在熱能儲存中可以非常低。 該熱儲存裝置之容器之每升工作流體的流速（即，在液體狀 態之工作流體流入該熱儲存裝置）可小於大約5升/分鐘、小 於大約2升/分鐘為佳、小於大約1升/分鐘更佳、小於大約0.5 升/分鐘又更佳、且小於大約0.1升/分鐘最佳。在該系統中 該工作流體之體積對在該熱儲存裝置之容器中之總體積、 或對在該熱儲存裝置中之熱能儲存材料之體積的比率應足 夠低使得該系統之總重量不會被該工作流體之重量過度地 影響。在該系統中（例如，在該毛細管泵送迴路中）之工作流 體之體積對該熱儲存裝置之容器之總體積（即，在該容器内 之體積）的比率（或甚至在該系統中該工作流體之體積對在 該熱儲存裝置中之熱能儲存材料之體積的比率）可小於大 約20 ;小於大約10為佳，小於大約4更佳，小於大約2又更 佳，且小於大約1最佳。 39 201145640 如上所述，該工作流體可以蒸發熱之熱之形式傳遞某 些熱能。該工作流體最好具有一高蒸發熱使得該熱可以傳 遞之量為高，適用於該熱儲存裝置之適當工作流體可具有 一大於大約200kJ/莫耳、大於大約500kJ/莫耳為佳、大於大 約750kJ/莫耳更佳、大於大約1000kJ/莫耳又更佳、且大於 大約1200kJ/莫耳最佳之蒸發熱。 在該工作流體之溫度會小於〇°C之應用中，該工作流體 最好不是水（例如，使得該工作流體不會珠結、造成一破 裂、或兩者）。 可了解的是與該工作流體接觸之材料可耐受來自該工 作流體之腐蝕。例如，會與該工作流體接觸之該熱儲存裝 置或該電池溫度調整系統之其中一或所有表面（例如，該工 作流體蒸氣管線之内部、該工作流體液體管線之内部、該 熱儲存裝置之熱傳遞流體室之表面、一或多個閥之内表 面、一在該冷凝器中之工作流體室之表面、一工作流體儲 存器之内表面等）可由不鏽鋼製成。 可了解的是在此所述之熱能儲存系統中使用之任何工 作流體或熱傳遞流體可包括一添加劑包，該添加劑包可包 括一穩定劑、一腐触抑制劑、一潤滑劑、一極端壓力添加 劑、或其任何組合。 閥/分流器 該電池溫度調整系統可包括一或多個閥或用以控制該 熱傳遞流體之流道之其他此項技術中習知之機構。該系統 可包括一閥，該閥在開啟時容許該熱傳遞流體流經一將熱 40 201145640 提供至該電池溫度調整裝置之組件且在關閉時防止流經該 組件。例如，該系統可包括一或多個用以開啟與中斷該熱 傳遞流體經過一熱儲存裝置之循環的閥。該系統可包括一 閥，該閥在開啟時容許該熱傳遞流體流經一由該電池溫度 調整裝置移除熱之組件且在關閉時防止流經該組件。例 如，該系統可包括一或多個用以開啟與中斷該熱傳遞流體 經過如一水箱之一熱傳遞裝置之循環的閥。可了解的是可 使用一或多個閥單一閥以便將來自將熱提供至移除熱之組 件之熱傳遞流體之流動分流，例如，該系統可包括一分流 閥，該分流閥具有一用以使該熱傳遞流體循環通過提供熱 之組件的第一位置及一用以使該熱傳遞流體循環通過移除 熱之組件的第二位置。可了解的是一分流閥亦可容許該熱 傳遞流體循環流至該熱提供組件及該熱移除組件兩者，及 控制兩流動之相對速度。該系統亦可包括一或多個閥，用 以停止及開始該熱傳遞流體通過該電池溫度調整裝置之流 動。 熱接受組件/熱交換器 該系統包括一用以由該電池溫度調整裝置接受熱之熱 接受組件。該熱接受組件可具有一熱傳遞流體室使得該熱 傳遞流體可流入一或多個入口通過該熱接受組件，且流出 一或多個出口。該熱接受組件可藉由該熱傳遞流體移除熱 產生作用使得該熱傳遞在該熱傳遞流體流經該出口時之溫 度低於在它流入該入口時之溫度，該熱接受組件可將它由 該熱傳遞流體接受之熱的某些或全部傳遞至一散熱器或至 41 201145640 另一流體。因此，該熱接受組件可以是一熱交換器，一熱 交換器可將該熱傳遞至一可以是一液體或氣體之第二熱傳 遞流體。該熱交換器可使用一與將熱由該電池溫度調整裝 置移除之熱傳遞流體相同或不同之第二熱傳遞流體，較佳 地，該第二熱傳遞流體是一冷卻劑(例如在一車輛中之冷卻 劑）或空氣。例如，該熱交換器可以是一水箱，該水箱具有 一與空氣接觸之大表面積，該水箱可將熱由該電池溫度調 整裝置(透過一熱傳遞流體)傳遞至環繞該水箱之空氣M乍為 另一個例子，該熱交換器可將熱傳遞至如一冷卻劑流體之 液體，該液體接著進行循環(例如，至一水箱）。 可了解的是不使用一熱接受組件，該電池溫度調整裝 置可藉由使一空氣流流經該裝置冷卻。這種空氣流可任選 地使用-風扇…鼓風機、-緩衝器、或其任何組合以調 整該空氣之流動。 該系統最好包括-或多個控制器，該控制器可以被戶 來控制熱傳遞流體至-熱接受組件之流動。該控制器可孝 用來控龍«越至絲自-熱提倾叙餘，該# 制器可控制-加熱器’例如__位在該熱提供組件中或與f 熱提供組件熱連通之加熱器。該控制器可控制一或多個3 达-熱傳遞流體之栗，例如，該控制器可在__泵開始、十 止、增加其泵送速度、減少絲送速度、或其任何組合日 進行控制。該控制器可監測一或多個預選條件，例如㈤ 或多個胍度。S亥控制器可監測該一或多個電化學1 池、該熱傳遞流體、該電池溫度調整裝置一熱能儲存才 42 201145640 料、一周圍環境條件、或其任何組合之溫度。該控制器可 監測有關一熱通量之一或多個預選條件，例如由該電化學 電池所產生之熱的量，由該電池溫度調整裝置所移除之熱 的量（例如，通過散熱、透過一熱傳遞流體、或兩者），由一 熱傳遞流體所提供之熱的量，或其任何組合。對於在一車 輛中使用之系統而言，該控制器可以監測有關是否該車輛 在操作中，是否該車輛正在加速，是否該車輛正在減速， 是否該車輛停車，是否該車輛被接上一外來電源，當該車 輛被預期將要操作時之一時間，一周圍環境溫度預報，或 其任何組合之一或多個預選條件。該控制器可比較該一或 多個預選條件之測量值與一預定值，該比較可被該控制器 用來決定是否（及其可能達到之程度）要開啟或關閉一或多 個閥，是否要操作一或多個泵、是否要將電流提供至一電 加熱器或其任何組合。 任選之加熱器 該電池溫度調整系統可任選地包括一或多個加熱器， 該加熱器可以是可增加在該熱儲存裝置中之熱能儲存材料 之溫度至在其轉變溫度以上之一溫度的任何加熱器。該加 熱器可以是將能量（例如，電能、機械能、化學能、或其任 何組合)轉換成熱（即，熱能）之任何加熱器。該一或多個可 以是一或多個電加熱器，該一或多個加熱器可被用來加熱 在該電池溫度調整系統中之某些或全部熱能儲存。例如， 該加熱器可以被用來加熱在一熱儲存裝置中之熱能儲存材 料，加熱在一電池溫度調整裝置中之熱能儲存材料，或兩 43 201145640 者。較佳地，該系統包括與一熱儲存裝置熱連通之一或多 個加熱器。例如’該系統可包括在一熱儲存裝置之絕緣内 之一或多個加熱器。一電加熱器可使用來自該等電化學電 池、來自一外來源、或兩者之電力，例如，當一車輛被接 上一與一固定物體連接之插座時，該熱儲存裝置可以使用 來自一外來源之電力維持在該熱儲存裝置中之熱能儲存材 料之液相溫度以上之一溫度。當一車輛未被接上一與一固 定物體連接之插座時，該熱儲存裝置可以使用由該電化學 電池產生之電力維持在該熱儲存裝置中之熱能儲存材料之 液相溫度以上之一溫度。 吾人發現相較於以來自一電加熱器之熱直接加熱該等 電化學電池，使用一電加熱器加熱後來被用來加熱該等電 化學電池之一熱儲存裝置具有例如具有一較高效率、需要 較少絕緣、或兩者之優點。 如第7圖所示，該電池溫度調整系統4〇可包括一電池溫 度調整裝置10，該電池溫度調整裝置1〇藉由一或多個用以 使一熱傳遞流體50流動循環之管線連接於一熱儲存裝置42 及一如一水箱58之熱交換器。該熱傳遞流體可離開該電池 溫度調整裝置且分流進入一通至該水箱58之水箱輸送管線 64及一通至該熱儲存裝置42之熱儲存裝置輸送管線牝。該 系統包括如一分流閥48之一或多個閥，用以調整有多少熱 傳遞流體50相對於該熱儲存裝置42流入該水箱58。離開該 熱儲存裝置42之熱傳遞流體50可通過—熱儲存裝置回流管 線44返回該電池溫度調整裝置1〇，離開該水箱”之熱傳遞 44 201145640 流體5 0可通過一水箱回流管線6 6返回該電池溫度調整裝置 10。這兩回流管線44、46可接合在一起。如第7圖所示，該 系統亦包括一或多個溫度探針54、56，例如，該系統可包 括一用以測量該電池溫度調整裝置之溫度的電化學電池探 針56、一熱儲存裝置溫度探針54、或兩者。該熱儲存裝置 溫度探針54可被用來測量在該熱儲存裝置42中之熱能儲存 材料的溫度。該系統40最好包括一系62或循環該熱傳遞流 體之其他機構，該系統40亦可包括一或多個控制器52。該 控制器52可控制該泵62，用以調整該熱傳遞流體被泵送之 速度，或防止該熱傳遞流體循環。該控制器52如該分流閥 48之一或多個閥’用以控制該熱傳遞流體5〇至該熱儲存裝 置42及該水箱58之流動。 如第8Α圖所示，該系統4〇,可包括一電加熱器68，該電 加熱器68與该熱儲存裝置42直接熱連通。例如，該電加熱 器68可在該熱儲存裝置42内側或與其鄰接。較佳地，該電 加熱器68位在該絕緣内側，使得絕緣大致不設置在該電加 熱器與該熱儲存裝置之間。 請參閱第8Β圖’該系統4G"可包括—整合在該電池溫度 。周玉裝置巾之熱儲存裝置。這種構形可在該熱儲存裝置正 在儲…、時在°亥熱儲存裝置放熱以加熱該等電化學電池 時，或兩者，使對環境之熱損失減至最小。 如第9圖所示，該系統4〇"·可包括一使一第一熱傳遞流 體50及-第二熱傳遞流㈣獨立地循環通過—電池溫度調 1裝置1G °該電池溫度調整裝置1()藉由—水箱輸送管線料 45 201145640 及—水箱回流管線66連接於一水箱58，該第一熱傳遞流體 50循環通過該水箱輸送管線64及該水箱回流管線66使得熱 可由該電池溫度調整裝置10移除且被傳送至該水箱59。該 電池溫度調整裝置1〇藉由一熱儲存裝置回流管線44及一熱 儲存裝置輸送管線46連接於一熱儲存裝置42。該第二熱傳 遞流體7 4循環通過該水箱輸送管線6 4及該水箱回流管線6 6 使得熱可由該熱儲存裝置42被提供至該電池溫度調整裝置 10。該第二熱傳遞流體74可以是一工作流體且該熱儲存裝 置可包括一毛細管結構，使得該工作流體藉由毛細管力被 泵送至該熱儲存裝置中。因此，該熱儲存裝置可任選地為 一用於該工作流體之蒸發器且該電池溫度調整裝置可以是 一用於δ亥工作流體之冷凝器。該系統可包括一或多個閥7〇 及一用以控制該第一熱傳遞流體之流速的冷凝器。該系統 可包括一或多個閥72及任選地一用以控制該第二熱傳遞流 體之流速之泵（圖未示）。 操作系統 在此所述之該等裝置及系統可被使用在一用以管理一 電化學電池之溫度的製程。該製程可包括一維持該電池溫 度調整裝置中之電池溫度在一最小目標溫度以上，在一最 大目標溫度或其以下，或兩者（即，在一目標溫度範圍内） 的步·驟。當該電池溫度在該目標溫度範圍内時，該熱傳遞 流體不會以一相當低之速度循環或循環通過該電池溫度調 整装釁。較佳地，當該電池溫度係在該目標溫度範圍内時， 该熱傳遞流體不會循環通過該電池溫度調整裝置。當該電 46 201145640 池溫度大於該最大目標溫度時，該電池溫度調整裝置可被 冷卻。因此，當該電池溫度大於該最大目標溫度時，一熱 傳遞流體可循環通過該電池溫度調整裝置且由該裝置移除 熱。例如，一熱傳遞流體可循環通過該電池溫度調整裝置 直到該電池溫度到達一最大中止溫度。該冷卻循環中止溫 度可以是該最大目標溫度或可以是一小於該最大目標溫度 之溫度，例如，該冷卻循環中止溫度可以是一在該等最小 與最大目標溫度之間的溫度。當該溫度小於該目標溫度 時，該電池溫度調整裝置可以被加熱。因此，當該電池溫 度小於該目標溫度時，一熱傳遞流體可循環通過該電池溫 度調整裝置以便提供熱至該裝置。例如，一熱傳遞流體可 循環通過該電池溫度裝置直到該電池溫度到達一加熱循環 中止溫度。該加熱循環中止溫度可以是最小目標溫度或可 以是一小於該最小目標溫度之溫度，例如，該加熱循環中 止溫度可以是一在該等最小與最大目標溫度之間的溫度。 可了解的是在一電化學電池充電時、在一電化學電池 放電時、或兩者，可在該電池溫度調整裝置中產生熱。該 冷卻循環可以被用來防止該電池溫度到達或超過一最大操 作溫度’例#，在該最大操#溫度以上之一溫度，會發生 對該電池之暫時或永久損害。如糾電池溫㈣達或超過 該最大操作溫度，職製程會使在該電池溫度調整裝置中 之一或多個、或甚至全部電化學電池停止作用。 如上所述，該電池溫度調整裝置包括一或多個熱能儲 存材料。較佳地，該熱能儲存材料具有一在該目標溫度範 47 201145640 圍中之轉變溫度(例如，一熔化溫度、一液相溫度、或一共 炼’皿度）目此，違熱此儲存材料可以被用來維持該電池溫 度在該目標溫度範圍内（即，在或接近該轉變溫度任選 地，該電池溫度調整裝置可包括一具有—相當高轉變溫度 (例如’在該最大目標溫度，或在該最大目標溫度以下)之第 -熱能儲存材料及-具有—低於該第_熱能儲存材料之轉 變溫度的第二熱能儲存材料^例如，該第_熱能儲存材料 可具有-在或低於該最大目標溫度之轉變溫度且該第二孰 能儲存材料可具有—在或高於該最小目標溫度之轉變溫 度。 忒熱此儲存材料可有利地被用來在一電化學電池產生 熱時(例如’當該電化學電池正在充電或放電時），由該電化 學電池移除熱能。在操作—電化學電池時，該電池溫度可 初始時在該目標溫度範圍内且在該熱能儲存材料(例如，該 第…、忐健存材料)之轉變溫度以下。當該電化學電池產生 熱時雜封以部分地被时加熱該減儲存材料。當 ο亥熱此儲存材料到達其轉變溫度時，某些熱能可被用來炫 化該熱能儲存材料。因此，某些熱能可被轉換成該熱能儲 存材料之溶化潛熱。由於減被轉換纽化潜熱 ，所以該 電池/Λ度^加之速度會減少（例如’相較於一沒有熱能儲存 材料之相同裝置）m或全部熱能儲存材料(例如’該第 -熱能儲树料)時，該電池溫度可到賴最大目標溫度。 藉由將熱能轉換纽化潛熱（即，藉由職該熱能儲存材 料）’可減少、延後、或兩者由該電池溫度調整裝置移除熱 48 201145640 能（例如，使用一熱傳遞流體）之需要。 當該電池溫度超過該最大目標溫度時，可開始一冷卻 循環，其包括一開始使該熱傳遞流體循環或增加該熱傳遞 流體循環之速度的步驟。在該冷卻循環時，來自該電池熱 能可由該電池溫度調整裝置傳遞至具有一低於該電池溫度 之溫度之該裝置外側的一或多個組件。非限制地，某些或 全部在該冷卻循環時由該電池溫度調整裝置移除之熱能可 被傳遞至一熱傳遞裝置。可使用之示範性熱傳遞裝置包括 一水箱、儲熱器、一熱儲存裝置（例如在此所述者）、或其任 何組合。較佳地，某些或全部由該電池溫度調整裝置移除 (例如，在該冷卻循環時）之熱能被用來加熱周圍環境空氣 (例如，透過一水箱）。在該冷卻循環時，該電化學電池之冷 卻可包括一使熱傳遞流體接觸一電化學電池室、一熱能儲 存材料室、或較佳地兩者之步驟。 可了解的是該周圍環境溫度可以在該目標最小溫度以 下。在一段時間内，當該一或多個電化學電池不是正在放 電或充電，或充電與放電之平均量非常低時，來自該電池 溫度調整裝置之熱能會損失至環境中。藉由使用具有在或 高於該最小目標溫度之一轉變溫度之一熱能儲存材料（例 如，一第二熱能儲存材料），該熱能儲存材料之結晶熱可降 低該電池溫度減少之速度（例如，相較於一沒有該熱能儲存 材料之裝置）。 當該電池溫度減少至一在該最小目標溫度以下之溫度 時，一加熱循環可被用來增加該電池溫度。在該加熱循環 49 201145640 時，熱能會在該電池溫度調整裝置中產生、被傳遞至该裝 置、或兩者。較佳地，在該加熱循環時，熱能被傳遞爻该 電池溫度調整裝置。例如，熱能可使用一熱傳遞流體傳遞 至该電池溫度調整裝置。因此，該加熱循環可包括一開始 一熱傳遞流體循環通過該電池溫度調整裝置或增加一熱傳 遞流體流經該裝置之速度的步驟。例如，該熱傳遞流體町 流經具有大於該電池溫度（且以大於該最小目標溫度為徒） 之一溫度的一或多個組件(例如，一或多個熱源）以便加熱该 流體且通過該電池溫度調整裝置以便將至少某些熱能傳遞 至該裝置中。該熱傳遞流體可保持相同相（例如，該熱傳遞 流體可保持一液體或一氣體)且熱可被傳遞作為顯熱，成該 熱傳遞流體可以是一工作流體且至少某些熱可以被傳遞至 該裝置作為冷凝熱（且由該熱源被傳遞至該流體作為蒸發 熱）。在該加熱循環時’該電化學電池之加熱可包括一使熱 傳遞流體接觸一電化學電池室、一熱能儲存材料室、或較 佳地兩者之步驟。 用於該冷卻循環之熱傳遞流體及用於該加熱循環之熱 傳遞流體·是相同的，且可循環通過該電池溫度調整裝 置之相_份。因此，在該加熱循環時可使用—或多個闊 以便使該則«流_環通過—熱源、防止賴傳遞流體 循環通過該_遞銲、滅㈣兩者。類似地’在該冷 卻循環時可使用該〆成多個閥以便防止該熱傳遞流體循環 通過-熱源、使該熱傳遞流體循環通過^熱傳遞裝置、或 較佳地兩者。 50 201145640 任選地，該電池溫度調整系統可以使用在一車輛中， 當該車輛停車時，該車輛被接上一車輛外之一電力插座。 當忒車輛停車時，可使用一電加熱器加熱在該系統中之熱 能儲存材料。例如’當某些或全部熱能儲存材料已冷卻時， 可使用一電加熱器增加該熱能儲存材料之溫度。該製程可 包括以由在一車輛外之一電源接受電力之電加熱器加熱在 該車輛中之熱能儲存材料（例如，在一電池溫度調整裝置 中在一熱儲存裝置中、或兩者中之熱能儲存材料）的—牛 驟。當某些或全部熱能儲存材料已進行由一液體至—固俨 之相轉變時，可使用利用—電加熱器加熱該熱能儲存材: 之步驟。因此，該製程可包括以來自該電加熱器之熱熔化 某些或全部熱能儲存材料的一步驟。當所有該熱能儲存材 料是在液體狀態時，可使用利用一電加熱器加熱該熱能儲 存材料之步驟。因此，該製程可包括利用一電加熱器增加 該熱能儲存材料之溫度的一步驟。 可了解的是本發明之裝置、系統、及製程可使用在使 用電池之汽車應用，且特別是具有由一電動發動機接受 動力之一驅動系統的汽車應用中。非限制地，本發明可使 用在混合式電動車輛及在插換式電動車輛中。 請參閱第7圖，一溫度探針56可測量該電池溫度調整裝 置之溫度。該控制器52可比較該電池溫度調整裝置之溫度 與預疋目彳示溫度範圍，當該溫度在該預定目標溫度範圍 内時，該控制器5 2可停止該泵6 2、降低該泵6 2之泵送速度、 關閉該閥48、或其任何組合。當該電池溫度調整裝置之溫 51 201145640 度接近(例如，向該最大目標溫度增加）或高於該最大目標溫 度時，該控制器可開啟該分流閥48至/容許流體流經輪送 至該熱交換器之管線64。該控制器亦開動該泵62 ’或增加 該泵62之速度使得該熱傳遞流體利用速接該電池溫度調整 裝置10與該熱交換器58之管線64、66在這兩組件之間循 環。當該電池溫度調整裝置之溫度接近(例如’向該最小目 標溫度減少）或低於該最小目標溫度時’該控制器可利用一 溫度探針5 4得到該熱儲存裝置4 2之溫度以便決定該熱儲存 裝置是否可加熱該電池溫度調整裝置。該溫度控制器開啟 該分流閥48以便容許該熱傳遞流體流經該管線44至該熱儲 存裝置42，該控制器亦開動該泵62，或增加該泵62之速度 使得該熱傳遞流體利用連接該電池溫度調整裝置1〇與該熱 儲存裝置42之管線44、46在這兩組件之間循環。
C圖式簡單說明；J 第1圖是一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。 第2A圖是一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。如第2A圖中所示，一熱傳遞流體室可具有多數大致平 坦之表面。 第2B圖疋一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一部 份。如第2B圖中所示，該電池溫度調整裝置可包括用於一 第一熱傳遞流體之第一熱傳遞流體室及一用於一第二熱傳 遞流體之第二熱傳遞流體室。 第3圖是另一說明性電池溫度調整裝置之橫截面的一 52 201145640 部份。 第4圖是一說明性溫度調整裝置之橫截面的一部份。如 第4圖中所示，該裝置可包括一具有一大致平坦表面之電化 學電池室。 第5圖是一說明性熱儲存裝置之橫截面的一部份。 第6圖是一說明性熱儲存裝置之橫截面的一部份。如第 6圖所示，該熱儲存裝置可包括一毛細管結構。 第7圖是一電池溫度調整系統之示意圖。 第8A圖是一電池溫度調整系統之示意圖。如第8A圖所 示，該系統可包括一具有一電加熱器之熱儲存裝置。 第8B圖是一電池溫度調整系統之示意圖。如第8B圖所 示，該系統可包括一具有一電加熱器之熱儲存裝置，該熱 儲存裝置可以整合在該電池溫度調整裝置内，或兩者。 第9圖是一電池溫度調整系統之示意圖。如第9圖所 示，該系統可包括一用以由該電池溫度調整裝置移除熱之 第一熱傳遞流體及一用以對該電池溫度調整裝置提供熱之 第二熱傳遞流體。 【主要元件符號說明】 10,10’...電池溫度調整裝置 18，18:熱能儲存材料 12,12’.·.電化學電池室 14,14’，14”...熱能儲存材料室 16，16’...熱傳遞流體室 16”…第一熱傳遞流體室 16"",16…熱傳遞流體室 20.. .電化學電池 22.. .電化學電池室 24.. .熱能儲存材料室 26.. .接觸面積 28,28’,28"...第一氣泡包裝 53 201145640 28"'...氣泡包裝 29…大致平坦第一表面 29\..大致平坦表面 30,30',30'..第二氣泡包裝 32.. .第二熱傳遞流體室 33.. .毛細管結構 34.. .工作流體 36.. .絕緣 37…入口 39."出口 40,40'，40",40"'...電池溫度調整 系統 42,42’...熱儲存裝置 44.. .熱儲存裝置回流管線 46.. .熱儲存裝置輸送管線 48···分流閥 50…熱傳遞流體 52.. .控制器 54.56.. .探針 58.. .水箱；熱交換器 59.. .水箱 62…泵 64.. .水箱輸送管線 66.. .水箱回流管線 68…電加熱器 70,72.·.閥 74.. .第二熱傳遞流體 54