專利名稱：用于電池的熱套的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種安裝在汽車發(fā)動機機艙中的蓄電池，在發(fā)動機機艙中，該蓄電池暴露于由發(fā)動機散發(fā)的溫度升高的熱量下，特別是涉及一種容納并冷卻電池以便使其能有效工作的熱套。
背景技術：
在典型的由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車中，在發(fā)動機機艙中靠近發(fā)動機布置有可充電的蓄電池。該電池供給用于起動汽車的直流電源，用于向車燈和其他需要直流電源的設備供電。
由于電池與發(fā)動機緊密靠近，電池暴露于由發(fā)動機散發(fā)的溫度升高的熱量下。當發(fā)動機工作了數(shù)小時后，在此期間發(fā)動機的產(chǎn)生和傳遞到蓄電池的熱量可能會損害蓄電池的工作。
一種普通的汽車用可充電蓄電池被稱為鉛酸電池。其這樣命名的原因是電池的電解液為酸性以及電池的極板主要由鉛基混合物構成。電池的正活性電極材料是過氧化鉛且負活性電極材料為海綿鉛。
當這些電極浸入硫酸電解液(H2SO4-H2O)中時，在電極之間產(chǎn)生了電動勢(EMF)。在汽車蓄電池中，每個電池單元產(chǎn)生2伏特的標稱電壓。因為電池必須提供12伏的輸出，所以它包括串聯(lián)連接的六個2伏的電池單元。但是，每個蓄電池單元產(chǎn)生的電壓并不是精確的2伏，而是隨著硫酸電解液的濃度和溫度而變化。
正如McGraw-Hill科技百科全書第17卷第443頁“蓄電池”部分指出的那樣，當蓄電池電解液的濃度為1200spgr且溫度為25℃(77°F)時，電池單元的電壓為2.050V。但是當同樣的溫度而酸的濃度為1300spgr時，電池單元的輸出電壓增加至2.148V。
電解液溫度的變化引起的電池單元電壓的變化更不明顯。因此，電解液溫度的較小改變僅僅引起電池單元毫伏級范圍的電壓輸出的輕微改變。但是，如果放置在汽車發(fā)動機機艙中的電池的電解液受到由發(fā)動機散發(fā)的強熱而產(chǎn)生溫度急劇升高，那么電池單元的輸出可能降低到2伏以下。其結(jié)果是多單元電池組的輸出電壓的降低，從而其輸出電壓降低到其標稱電壓值12V以下。因而在這種過熱環(huán)境下的電池可能不能執(zhí)行賦予其的所有任務。
有人可能試圖通過將電池裝入由熱絕緣材料構成的熱套中來防止放置在發(fā)動機機艙中的蓄電池的電解液過熱。但是在汽車發(fā)動機機艙的環(huán)境中，熱套僅僅能起到使從發(fā)動機到電池的熱傳遞速度變慢的作用。它不能防止以下情況即，在電池經(jīng)受高溫水平的熱量的情況下，由于發(fā)動機長時間工作導致的電解液溫度的逐步升高。
假設一個人在寒冷環(huán)境下穿上熱套以保持他的身體溫暖，這時熱套起到減少從身體損失熱量的作用，而身體的溫度是受到內(nèi)部調(diào)節(jié)的，因此其溫度通常約為37℃。但是蓄電池不能內(nèi)部加熱或冷卻。因此，如果想防止在汽車發(fā)動機機艙環(huán)境中的蓄電池過熱，就必須冷卻電池。
將車輛電池冷卻以防止其過熱是現(xiàn)有技術中已知的。因此，Takayoshi等的美國專利US5937664(1998)公開了一種用于車輛的電池冷卻系統(tǒng)，該車輛的車廂通過空氣調(diào)節(jié)器來冷卻。該車輛電池放置在單獨的腔室中，并通過由冷卻風扇從使用空氣調(diào)節(jié)器的車廂中抽取并吹入電池室中的空氣來冷卻。
這種布置的實際缺點是必須建立一個用于電池的專用腔室，同時需要提供在該腔室和車廂之間的空氣循環(huán)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述原因，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于汽車蓄電池的熱套，其起到冷卻電池的作用，從而使得電解液的溫度維持在電池以最佳效率工作的水平。
更具體地，本發(fā)明的一個目的是提供一種上述類型的熱套，它的壁由具有高度耐熱性的封閉單元(closed-cell)聚氨酯泡沫塑料材料形成，由此使得從電池向發(fā)動機機艙以及從發(fā)動機機艙向電池的熱量傳遞最小化，且電池中的電解液的溫度主要由流過熱套的冷卻劑來調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的熱套的優(yōu)點如下A.容納并冷卻汽車電池的該熱套不會顯著地增大電池在發(fā)動機機艙中所需的空間。因此，在用于電池的現(xiàn)有空間中安裝熱套時并沒有困難。
B.該熱套這樣形成，即，將合成泡沫塑料材料的四個壁彼此連接形成一個矩形，而矩形能以相對低的成本容易地制成。
C.該熱套在它的一個壁中結(jié)合了熱交換器，來自車輛中現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器的冷卻劑通過熱交換器流動。因此這種設置基本不會增加安裝的費用。
D.該熱套改進了電池的性能并延長了電池的有效壽命。
簡言之，這些目的通過這樣一種熱套而實現(xiàn)，其適于容納和冷卻蓄電池，該蓄電池放置在汽車的發(fā)動機機艙中并暴露在從發(fā)動機散發(fā)的溫度升高的熱量下。矩形熱套的壁由與電池熱絕緣的剛性泡沫塑料材料形成。在熱套的一個壁中裝入有熱交換器，來自安裝在車輛中的空氣調(diào)節(jié)器的冷卻劑流體在該熱交換器中循環(huán)。該熱交換器起到冷卻電池的作用，以便使得電池中的電解液的溫度維持在電池以最佳效率工作的水平。


為了更好地理解本發(fā)明及其目的和特征，參考附圖，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明用于容納汽車蓄電池的熱套的俯視圖，該熱套與汽車的空氣調(diào)節(jié)器單元連接；圖2是熱套的透視圖；圖3是包括在熱套的一個壁中的熱交換器的單獨視圖；以及圖4示出了熱套的布置，其具有裝入一個壁中的用于冷卻電池的熱電裝置，該裝置由電池供電。
具體實施例方式
第一實施例現(xiàn)在參看圖1和圖2，其中示出了一個標準的多單元鉛酸蓄電池10，其具有輸出端11和12，用于向汽車中的需要直流電源的裝置提供12伏的輸出。正如前面已經(jīng)解釋的，電池的實際直流輸出取決于其電解液的現(xiàn)有溫度，該溫度可能處于降低輸出電壓的水平。
電池10安裝在具有內(nèi)燃機的汽車的發(fā)動機機艙中。本發(fā)明所關注的是從發(fā)動機散發(fā)的熱量，當傳遞到電池中的電解液時，該熱量將使得電解液過熱，其結(jié)果是對電池的效率有損害。長時間的電解液的過熱還可能縮短電池的壽命。
為了將包含在電池10中的電解液維持在相對冷的狀態(tài)，并由此使得電池在最佳效率下工作從而使得其直流電壓輸出不會低于12伏，電池10被套入熱套J中，該熱套J的矩形結(jié)構通過一對長側(cè)壁13、14和一對短端壁15、16形成。這些側(cè)壁在矩形的角部與端壁結(jié)合或連接。套J的內(nèi)部尺寸基本與電池10的外部尺寸匹配。因此安裝熱套時，僅需要在電池上套入它即可。
套J的壁最好由剛性、封閉單元的聚氨酯泡沫塑料材料形成，該材料具有高度的耐熱性，并由此起到熱絕緣的作用。這種材料作為熱絕緣體以及作為包括在制冷裝置和車輛中的熱絕緣體的使用是公知的。
聚氨酯樹脂通過二異氰酸酯與包括至少兩個活性氫原子的物質(zhì)(例如diole或二元胺)反應來生產(chǎn)。在實踐中，可以使用其他的熱絕緣材料，例如剛性聚乙烯泡沫。裝入在熱套的壁14中的是熱交換器17，該熱交換器17通過熱傳導材料(例如銅和鋁)的蛇形管形成。該管的連續(xù)的U形分支位于與壁14中的內(nèi)表面平面平行的共同平面上。該熱交換器設有用于接收冷卻劑流體的入口17A以及用于流體排出的出口17B。
熱交換器17與安裝在汽車中的標準空氣調(diào)節(jié)器單元18相連。在這種類型的單元中，冷卻作用發(fā)生在蒸發(fā)器中，從車廂來的熱量在蒸發(fā)器處被低壓冷卻劑蒸氣(例如氟利昂)吸收，蒸氣被運送到壓縮機，在壓縮機處蒸氣被壓縮成高溫高壓氣體。這種氣體被供給到冷凝器，在冷凝器中它被冷凝成流過膨脹裝置的高壓液體。在這個裝置中它變成低溫低壓的蒸氣，該蒸氣被供給到蒸發(fā)器中以便完成循環(huán)。在本發(fā)明的第一實施例中的這種低溫低壓的蒸氣起到冷卻劑的作用，該冷卻劑流過圍繞蓄電池的熱套J中的熱交換器17的管。
空氣調(diào)節(jié)器單元18通過閥19與熱交換器17的入口17A和出口17B連接，由此熱交換器的管有效地放置在流體管道之中，該流體管道將低溫蒸氣供給到單元18的蒸發(fā)器中。當閥19打開時，冷蒸氣從單元流過在套中的熱交換器。而當閥19關閉時，熱交換器從該單元斷開。
為了恒溫地調(diào)節(jié)由熱套冷卻的電池溫度，設置有熱敏探測器20，其安裝在熱套中靠近套的內(nèi)表面，以便產(chǎn)生大小由套中溫度決定的信號。
該信號被傳送到溫度控制開關21，該溫度控制開關設置成當套中的溫度達到預定溫度時啟動閥19。在該點時，閥19被打開以便接納冷卻流體進入熱交換器從而冷卻電池。
電池溫度的自動控制并不是必須的，除非需要將電解液的溫度維持在電池能以最佳的效率工作的溫度水平。為了使電池良好工作，僅僅需要防止其電解液的過熱。
第二實施例在本發(fā)明的第一實施例中，必須將套和安裝在車輛中的空氣調(diào)節(jié)器相連，而該車輛的發(fā)動機機艙容納著電池。
在圖4中示意地示出的熱套的實施例中，冷卻裝置結(jié)合在套J的一個壁中。它由任何一種已知類型的熱電裝置構成。典型的熱電裝置由兩個具有不同特性的半導體裝置形成。它們串聯(lián)地電連接，并且并聯(lián)地熱連接以便產(chǎn)生兩個接頭，一個接頭為冷接頭，另一個為熱接頭。
一個半導體為N型，另一個為P型。當直流電壓施加穿過這些不同的半導體時，將半導體串聯(lián)連接到直流電源的接頭變得非常冷，但是與并聯(lián)導體熱連接的接頭變熱。
起到冷卻電池作用的熱電裝置22從電池本身得到其直流工作電源。該裝置位于套的壁14中，從而該裝置的冷接頭22C面對電池。來自裝置的熱接頭的熱量通過散熱器(未示出)吸收。
為了調(diào)節(jié)熱電裝置22的操作，電池10的輸出通過溫度控制開關23施加于該裝置。熱敏探測器24與該開關連接，其探測在套中的溫度，以便產(chǎn)生信號，該信號僅當電解液的溫度超過預定水平時才啟動開關23。
因此，當熱電裝置22被開關23打開時，它由電源10供電并起到冷卻電池的作用，以便防止電池的電解液過熱。因此電池實際上是自冷卻。
實踐中，探測器24和控制開關23可裝入套的壁14中，并且它們的輸入端與電池連接。
在第二實施例中，盡管冷卻電池的能量從電池本身獲取，但由于電池與作為熱源的發(fā)動機熱絕緣而且在套中需要被冷卻的體積很小，因此為了該目的所需的能量很少。
盡管這里公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應理解，在不脫離本發(fā)明精神的前提下可以有很多的改變。
權利要求
1.一種熱套，其適于容納具有酸性電解液的蓄電池，所述電池安裝在汽車的發(fā)動機機艙中且暴露于從發(fā)動機散發(fā)的熱量下，該熱量可能將電解液的溫度升高到電池工作受損的高水平，所述套包括A.矩形結(jié)構，其具有可容納所述電池的內(nèi)部尺寸，所述結(jié)構由側(cè)壁和端壁形成，所述側(cè)壁和端壁由熱絕緣材料形成，所述熱絕緣材料將電池與從發(fā)動機散發(fā)的熱量熱絕緣；以及B.結(jié)合在所述結(jié)構中的裝置，用于將所述結(jié)構的內(nèi)部冷卻到維持電解液具有低于所述高水平的溫度的程度。
2.如權利要求1所述的套，其特征在于，套的壁由具有高耐熱性的剛性泡沫塑料材料制成。
3.如權利要求2所述的套，其特征在于，所述泡沫塑料為封閉單元的聚氨酯泡沫。
4.如權利要求1所述的熱套，其特征在于，所述冷卻裝置包括裝入所述多個壁之一中的熱交換器，冷卻劑流過該熱交換器。
5.如權利要求4所述的熱套，其特征在于，所述熱交換器由導熱材料形成的蛇形管形成。
6.如權利要求5所述的套，其特征在于，所述冷卻劑來自安裝在汽車中的空氣調(diào)節(jié)器單元。
7.如權利要求6所述的套，其特征在于，還包括用于探測所述結(jié)構內(nèi)部的溫度的探測器，以便產(chǎn)生信號，該信號用于調(diào)節(jié)在熱交換器中的冷卻劑的流動。
8.如權利要求1所述的套，其特征在于，所述冷卻裝置為熱電裝置，該熱電裝置結(jié)合在所述結(jié)構中并具有鄰近所述電池的冷接頭。
9.如權利要求8所述的套，其特征在于，用于操作所述裝置的直流電源來自電池。
全文摘要
一種熱套，其適于容納和冷卻蓄電池，所述蓄電池布置在汽車的發(fā)動機機艙中且暴露于從發(fā)動機散發(fā)的溫度升高的熱量下。矩形套的壁由剛性泡沫塑料材料形成，該材料將電池與發(fā)動機熱絕緣。在套的一個壁中裝入熱交換器，來自安裝在車輛中的空氣調(diào)節(jié)器的冷卻劑流體在該熱交換器中循環(huán)。熱交換器起到冷卻電池的作用以便使得電池中的電解液的溫度維持在電池以最佳效率工作的水平。
文檔編號H01M2/10GK1552108SQ02817518
公開日2004年12月1日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權日2001年8月9日
發(fā)明者雅各布·波德, 雅各布 波德 申請人:Polyrit公司