專利名稱：電池的熱控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池的熱控制裝置，該熱控制裝置對因充放電而從電池產(chǎn)生的熱量的散發(fā)進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
采用堿性蓄電池、鉛蓄電池、鋰離子二次電池等二次電池的電子設(shè)備，將電池容納于設(shè)備內(nèi)部的有限的空間內(nèi)。特別是，對于近年的鋰離子二次電池、鎳氫蓄電池等高性能小型封閉電池，大多要求高輸出脈沖放電或急速充電的大電流的操作。由此，電池的發(fā)熱進(jìn)一步加劇，其結(jié)果是，電池的電解質(zhì)容易劣化。即，電池劣化的可能性增加。
一般而言，如果鋰離子二次電池、鎳氫蓄電池的電池溫度大于40℃，則電池隨著電解質(zhì)的劣化而劣化。由此，在電池達(dá)到該溫度之前，必須進(jìn)行散熱。
在例如特開平10-302734號公報中描述了現(xiàn)有的電池的散熱裝置。圖14為上述公報中所述的現(xiàn)有的電池的散熱裝置的立體示意圖。電池容器101具有散熱片102，以便在電池容器寬度方向的面上，提高散熱效率。但是，在此種結(jié)構(gòu)中，即使在電池的散熱為不必要的低溫環(huán)境下，仍通過散熱片102進(jìn)行散熱。由此，在電池自身的發(fā)熱中，電池溫度不上升，電池的內(nèi)部電阻增加，輸出特性極度低下。
為解決該課題，特開平9-298070號文獻(xiàn)提出裝載控制溫度的專用的空調(diào)裝置。但是，在該結(jié)構(gòu)中，必須要求在容納電池之外，必須有設(shè)置空調(diào)裝置的空間，因此容納性差，而且，成本較高，故不適用于小型的電子設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電池的熱控制裝置包括散熱部，該散熱部散發(fā)因電池的充放電而產(chǎn)生的熱量；熱控制部，該熱控制部因電池產(chǎn)生的熱量而形狀發(fā)生變化。


圖1、圖2為本發(fā)明第1實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖3為本發(fā)明第1實施例的電池的熱控制裝置的另一結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖4、圖5為本發(fā)明第2實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖6為表示本發(fā)明第3實施例的電池的熱控制裝置的組成的局部剖面示意圖；圖7為本發(fā)明第3實施例的電池的熱控制裝置的另一結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖8為本發(fā)明第4實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖9為本發(fā)明第5實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖10為本發(fā)明第6實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖11為本發(fā)明第7實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖12為本發(fā)明第8實施例的電池的熱控制裝置中的熱控制部的結(jié)構(gòu)的局部立體示意圖；圖13為本發(fā)明第9實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖14為現(xiàn)有的電池的散熱裝置的立體圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。再者，對于形成相同結(jié)構(gòu)的部分采用相同的符號進(jìn)行說明，省略詳細(xì)說明。
(第1實施例)
圖1、圖2為本發(fā)明第1實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5、與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱傳導(dǎo)板4、以及連接熱傳導(dǎo)板4和散熱部5的熱控制部6。散熱部5設(shè)置于設(shè)備外壁3的外側(cè)，并固定在設(shè)備外壁3上。散熱部5由熱傳導(dǎo)性良好的材料—例如鋁、銅—構(gòu)成，具有多個散熱片，將熱量發(fā)散到周圍的空氣中。熱控制部6為由雙金屬片構(gòu)成的熱敏可動部。雙金屬片為將熱膨脹率不同的二種金屬的薄板貼合，使其伴隨溫度變化而彎曲、伸張，由低膨脹的鎳鐵合金與高膨脹的銅或鎳、銅鋅合金等構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)為使熱控制部6伸張、且熱傳導(dǎo)板4與電池1接觸的溫度的外部溫度約為20℃。于是，熱控制部6的溫度以20℃為界限，如果該溫度在此界限之上，則熱傳導(dǎo)板4與電池1接觸。另外，如果熱控制部6的溫度小于20℃，則熱控制部6發(fā)生彎曲，使熱傳導(dǎo)板4與電池1分離。熱傳導(dǎo)板4由與散熱部5相同的熱傳導(dǎo)性良好的材料構(gòu)成。
在電池1中，以串聯(lián)的方式插入6個尺寸為96mm×44mm×18mm的方型鎳氫蓄電池(圖中未示出)。其容量為6.5Ah。而且，電池1通過電池保持部件2，固定在設(shè)備的內(nèi)部(圖中未示出)。
以下對本實施例的熱控制裝置的工作進(jìn)行說明。
如果因電池的充放電而使電池1發(fā)熱且電池1的溫度上升，則設(shè)備內(nèi)部的空氣升溫，且熱控制部6升溫。
如果升溫的熱控制部6進(jìn)行伸張、變?yōu)?0℃，則如圖1所示，熱傳導(dǎo)板4與電池1的表面接觸，電池1與散熱部5處于熱連接狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量通過熱傳導(dǎo)板4、熱控制部6，傳遞給散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池1變?yōu)楫惓８邷貭顟B(tài)。
另一方面，即使在進(jìn)行充放電、電池1的溫度上升的情況下，在熱控制部6的溫度不在20℃之上的情況下，如圖2所示，熱控制部6處于彎曲的狀態(tài)，電池1與熱傳導(dǎo)板4處于分離的狀態(tài)。或者，即使在電池1的溫度曾在20℃以上，如果再次為不到20℃，則熱控制部6發(fā)生彎曲，熱傳導(dǎo)板4與電池1分離。由此，散熱部5處于與電池1熱分離的狀態(tài)，防止電池1的過度散熱，熱控制部6防止電池的輸出特性的降低。
表1為測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池、圖14所示的具有現(xiàn)有的散熱部的電池(現(xiàn)有例1)，以及不具有散熱部的電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。在20℃的溫度下，以2A的電流對電池1充電4個小時后，轉(zhuǎn)移到外部溫度為30℃的環(huán)境下放置4個小時。然后，以150瓦特放電10秒，接著，放置120秒，反復(fù)進(jìn)行10次這樣的操作。之后，測定第10次的放電過程中的電池電壓的最低值和電池表面的溫度。在外部溫度為20℃和-5℃的條件下，進(jìn)行同樣的試驗。再者，在該測定中，由雙金屬片形成的熱控制部6的溫度大于等于外部溫度。
如從表1中所知，在外部溫度為30℃、20℃的評價中，沒有散熱部的電池的表面溫度分別達(dá)到51.0℃、42.0℃的高溫。相對與此，在第1實施例中，由雙金屬片構(gòu)成的熱控制部6進(jìn)行工作，其結(jié)果是，電池的溫度不超過40℃。這樣，在本實施例中，抑制了伴隨電池的充放電的電池溫度的上升，其結(jié)果防止了電池的劣化。
表1

另一方面，在外部溫度-5℃的評價中，現(xiàn)有例1的電池的表面溫度降低到-4.3℃。在現(xiàn)有例1的電池中，由于電池容器101與散熱片10一直處于熱連接的狀態(tài)，故電池自身不因電池自身的發(fā)熱而升溫，而將電池產(chǎn)生的熱量完全向外部散發(fā)。其結(jié)果是，現(xiàn)有例1中所采用的電池電壓為極度低下的4.2V。與此相對，在適用于本實施方式的電池中，熱控制部6進(jìn)行工作，處于圖2的狀態(tài)。由此，將電池1與散熱部5的熱連接切斷，從而使電池所產(chǎn)生的熱量不散發(fā)到設(shè)備外部。由此，通過電池的自身發(fā)熱使電池自身升溫，從而抑制電池電壓的下降。
如上所述，在本實施例中，通過設(shè)置采用雙金屬片的熱控制部6，熱控制部6對電池1與散熱部5的熱連接進(jìn)行控制。由此來防止電池變?yōu)楦邷兀乐闺姵氐牧踊?。進(jìn)而，在低溫條件下，通過電池的自身發(fā)熱，使電池自身升溫，從而防止電池的輸出特性降低。
再者，在本實施例中，在溫度為設(shè)定的溫度以上時，熱傳導(dǎo)板4與電池1接觸。但是，也可以為如下結(jié)構(gòu)，即以較大的尺寸來構(gòu)成熱控制部6以代替熱傳導(dǎo)板4，在溫度為設(shè)定溫度以上時，熱控制部6直接與電池1接觸。
此外，優(yōu)選為電池1的側(cè)面與熱傳導(dǎo)板4的一部分具有平坦部，通過該平坦部來進(jìn)行熱傳導(dǎo)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，熱控制部6可有效地增減熱傳導(dǎo)板4與電池1的接觸面積，或進(jìn)行熱連接、分離的熱傳導(dǎo)的控制。
另外，在本實施方式中，電池1是以6個方型的鎳氫蓄電池被串聯(lián)地插入的情況來進(jìn)行說明。但是，電池1的結(jié)構(gòu)不限于此。無論為1個方型鎳氫蓄電池構(gòu)成，還是由1個或多個的方型鋰離子二次電池、鉛蓄電池構(gòu)成，均獲得同樣的效果?；蛘?，也可采用燃料電池。另外，電池1還可由1個以上的圓筒型電池構(gòu)成。在通過圓筒型電池構(gòu)成電池1的情況下，將其容納于方型容器中來構(gòu)成電池1，如后述的第2實施例那樣，使散熱部5的下端形狀為沿圓筒型電池伸張的形狀的結(jié)構(gòu)，由于可使傳熱面積增加，所以為優(yōu)選。
在電池1為具有將電極卷繞的結(jié)構(gòu)的圓筒形電池的情況下，與卷繞電極的圓柱的半徑方向相比，卷繞軸的方向更容易傳熱。即使在采用同樣的結(jié)構(gòu)的方形電池的情況下，與厚度方向相比，卷繞軸的方向更容易傳熱。于是，從傳熱速度的觀點來看，優(yōu)選為如圖3所示的、使熱傳導(dǎo)板4與卷繞的斷面部分接觸。
再有，燃料電池一般采用多個電池單元疊置的結(jié)構(gòu)。在這種燃料電池中采用本實施例的熱控制裝置的情況下，從熱傳遞的面來看，優(yōu)選為使熱傳導(dǎo)板4與疊置體的側(cè)面接觸的結(jié)構(gòu)。在此情況下，為了防止疊置體之間的短路，在熱傳導(dǎo)板4與燃料電池接觸的面上，設(shè)置絕緣薄膜。
(第2實施例)圖4、圖5為本發(fā)明第2實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和熱控制部26，該熱控制部26使設(shè)備外壁3與散熱部5結(jié)合。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。而且，散熱部5在與電池1相對的面呈沿電池表面伸張的形狀，熱傳導(dǎo)片24貼附于散熱部5。熱傳導(dǎo)片24以通過熱分解來對高分子薄膜進(jìn)行石墨化處理而制成的、接近單晶體結(jié)構(gòu)的高取向性石墨，和熱傳導(dǎo)性硅橡膠以及丙烯酸橡膠為主體，夾入鋁、石墨材料等來構(gòu)成。散熱部5通過熱傳導(dǎo)片24與電池1熱連接，將因充放電而從電池產(chǎn)生的熱量散發(fā)到設(shè)備外部。熱控制部26與第1實施例的熱控制部6一樣，由雙金屬片構(gòu)成。如果使熱控制部26升溫，則其發(fā)生伸張，如果其溫度為20℃以上，則如圖4所示，使散熱部5移動，通過熱傳導(dǎo)片24，將電池1與散熱部5熱連接。在小于20℃的溫度下，如圖5所示，呈J字形彎曲，從而使電池1與散熱部5分離。
電池1為有著直徑為18mm、長度為65mm的尺寸大小，且容量為1200mAh的圓筒形的鋰離子二次電池，由2個電池串聯(lián)。電池1通過電池保持部2固定在設(shè)備的內(nèi)部(圖中未示出)。而且，電池1通過設(shè)備外壁3與外部的環(huán)境隔離開。
接著，對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
由雙金屬片構(gòu)成的熱控制部26如果溫度升高則發(fā)生伸張，散熱部5向設(shè)備內(nèi)部下降。于是，若為20℃，則如圖4所示，熱傳導(dǎo)片4與電池1的表面連接。通過該操作，電池1與散熱部5處于熱連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量通過熱傳導(dǎo)片24，傳遞給散熱部5，而向外部氣體散發(fā)，從而防止電池1變?yōu)楫惓８邷貭顟B(tài)。
另一方面，即使在進(jìn)行充放電、電池1的溫度上升的情況下，在熱控制部26的溫度不為20℃以上的情況下，如圖5所示，由雙金屬片構(gòu)成的熱控制部26仍處于J字形的狀態(tài)。即，電池1與電傳導(dǎo)片24仍處于分離的狀態(tài)。或者，即使電池1的溫度曾超過20℃，如果再次變?yōu)樾∮?0℃，則熱控制部26呈J字形，電池1與熱傳導(dǎo)片24分離。由此，散熱部5不下降到設(shè)備內(nèi)部，電池1與散熱部5處于熱分離的狀態(tài)。這樣，熱控制部26可防止電池1的過度散熱，防止電池的輸出特性的降低。
表2為測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池、圖14所示的具備現(xiàn)有的散熱部且將尺寸與本實施例相同的2個圓筒形鋰離子二次電池容納于電池容器101中的電池(現(xiàn)有例2)，與不具有散熱部的圓筒形電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。在20℃的溫度下，以840mA的電流，對這些電池充電，直至電壓為4.2V，接著，電池在電壓為4.2V下進(jìn)行充電，直至電流衰減到50mA，然后，移至外部溫度為30℃的環(huán)境下，放置4個小時。之后，以80瓦特放電5秒，然后，放置15秒，反復(fù)操作10次。于是，測定第10次的放電過程中的電池電壓的最低值與電池表面的溫度。在外部溫度為-10℃的條件下，進(jìn)行同樣的試驗。再者，在該測定中，由雙金屬片構(gòu)成的熱控制部26的溫度大于等于外部溫度。
表2

如從表2所知，在外部溫度為30℃的評價中，沒有散熱部的電池的表面溫度達(dá)到52.0℃的高溫。與此相對，在第2實施例中，熱控制部26進(jìn)行工作，其結(jié)果是，電池的溫度不超過40℃。這樣，在本實施例中，對伴隨電池的充放電的電池溫度的上升進(jìn)行抑制，其結(jié)果是，防止電池的劣化。
另一方面，在外部溫度-10℃的評價中，現(xiàn)有例2的電池的表面溫度降低到-5.2℃。在現(xiàn)有例2的電池中，由于電池容器101與散熱片102一直處于熱連接的狀態(tài)，故產(chǎn)生過度散熱，將電池因充放電而產(chǎn)生的熱量完全散發(fā)放到外部。其結(jié)果是，現(xiàn)有例2中所使用的電池的電壓為極度低下的5.2V。與此相對，適用于本實施例的電池中，熱控制部26進(jìn)行工作，處于圖5的狀態(tài)。由此，電池1與散熱部5的熱連接被切斷，電池所產(chǎn)生的熱量從而不被散發(fā)放到設(shè)備外部。由此，通過電池的自身發(fā)熱，使電池自身升溫，從而抑制電池電壓的下降。
如上所述，在本實施例中，通過設(shè)置采用雙金屬片的熱控制部26，對電池1與散熱部5的熱連接進(jìn)行控制。由此，防止電池變?yōu)楦邷貭顟B(tài)，防止電池的劣化。而且，在低溫條件下，通過電池的自身發(fā)熱，電池自身升溫，從而防止電池的輸出特性降低。
再者，在本實施例中，為了改進(jìn)電池1與散熱部5的緊密貼合性而設(shè)置熱傳導(dǎo)片24。但是，如果使散熱部5的與電池1接觸的面為適當(dāng)?shù)男螤?，則也可不必設(shè)置熱傳導(dǎo)片24。
(第3實施例)圖6為本發(fā)明第3實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和設(shè)置成與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱控制部36。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。熱控制部36設(shè)置于電池1與散熱部5之間。電池1通過電池保持部32保持于設(shè)備內(nèi)部。
在第1實施例中，設(shè)置有與電池1接觸的熱傳導(dǎo)板4和連接熱傳導(dǎo)板4與散熱部5的熱控制部6，但是在本實施例中，具有代替這些部件的熱控制部36。另外，電池保持部32由彈性材料形成。除此以外的結(jié)構(gòu)與第1實施例相同。
熱控制部36為因電池1的熱量而發(fā)生膨脹的柱狀體。該熱控制部36為線膨脹系數(shù)較大的熱的良導(dǎo)體。由例如鋁、鋅、鉛這些線膨脹系數(shù)較大的金屬構(gòu)成。于是，其尺寸大小結(jié)構(gòu)為在20℃的溫度下能到達(dá)散熱部5。
下面對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
因電池的充放電而使電池1發(fā)熱、電池1的溫度上升時，熱控制部36升溫、膨脹。如果熱控制部36處于20℃，則熱控制部36到達(dá)散熱部5。由此，電池1與散熱部5處于熱連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量通過熱控制部36傳遞給散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池變成異常高溫狀態(tài)。
另一方面，即使進(jìn)行充放電而使電池1的溫度上升，在熱控制部36的溫度不大于20℃的情況下，熱控制部36不與散熱部5接觸。或者，即使電池1的溫度曾超過20℃，如果再次變?yōu)樾∮?0℃，則熱控制部36收縮而與散熱部5分離。由此，散熱部5處于與電池1傳熱分離的狀態(tài)，熱控制部36從而可防止電池1的過度散熱，防止電池的輸出特性的降低。
熱控制部36直接與電池1接觸。由此，與第1，2實施例相比，對因充放電而產(chǎn)生的熱量能更加靈敏地作出反應(yīng)。
再者，在參照圖6進(jìn)行的上述的說明中，熱控制部36為由1個所構(gòu)成。但是，在電池1為大型的情況下或是如本實施例那樣含有多個單電池的情況下，電池1具有溫度分布。一般地，越靠近中央部，溫度越容易上升。于是，優(yōu)選為如圖7所示設(shè)置多個熱控制部36。通過這樣的結(jié)構(gòu)，設(shè)置于溫度越容易上升的部位的熱控制部36，能越快速地形成電池1與散熱部5的熱連接。由此，在電池1中溫度變得均勻。由多個單電池構(gòu)成的電池1的溫度均勻化可有效地使單電池的劣化速度均勻化，抑制單電池之間的特性差異的增加。
再者，在本實施例中，電池保持部32由彈性材料構(gòu)成。這樣，在熱控制部36的溫度超過20℃的情況下，可緩和因熱控制部36的膨脹而造成的散熱部5與電池1之間的應(yīng)力。也可通過彈簧等來構(gòu)成設(shè)備外壁3保持散熱部5的部分，以便代替上述電池保持部32。
另外，也可在散熱部5的下部的、與熱控制部36接觸的部分，與第2實施例一樣設(shè)置熱傳導(dǎo)片。或者，可在熱控制部36的上部或下部設(shè)置熱傳導(dǎo)片。
表3為測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池、在第1實施例中說明的電池、以及不具有散熱部的電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。實驗條件和電池1的結(jié)構(gòu)與第1實施例相同。再者，在外部溫度為30℃的條件下進(jìn)行實驗。表中的電池A、B、C按照從外側(cè)起的順序，表示在電池1中串聯(lián)的6個電池單元的單電池。
表3

如從表3中所知，在外部溫度為30℃的評價中，沒有散熱部的電池的中央部的表面溫度達(dá)到56.0℃的高溫。另外，在第1實施例中，中央部接近40℃。與此相對，在本實施例中，由于設(shè)置了多個的熱控制部36在溫度上升較快的中央部，較快地進(jìn)行工作而開始散熱，故即使在中央部，電池的溫度仍未達(dá)到40℃。另外，如果對第1實施例和第3實施例進(jìn)行比較，在本實施例中，由于熱控制部36與電池1直接連接，故能靈敏地對電池1產(chǎn)生的熱量作出反應(yīng)。由此，電池的表面溫度的平均值降低。這樣，在本實施例中，對隨著電池的充放電而產(chǎn)生的電池溫度的上升可更加靈敏地抑制，其結(jié)果是，防止電池的劣化。特別是通過設(shè)置多個熱控制部36，使溫度較容易上升的、容易劣化的部位的電池的劣化為最小限度。
(第4實施例)圖8為本發(fā)明第4實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和設(shè)置成與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱控制部46。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。
在第3實施例中，作為熱控制部36采用發(fā)生熱膨脹的柱狀體，但是在本實施例中，采用通過將由雙金屬片構(gòu)成的平板成型為其剖面形狀為U型的熱控制部46。除此以外的結(jié)構(gòu)與第3實施例相同。
熱控制部46的內(nèi)側(cè)由高膨脹材料構(gòu)成，從而在溫度上升時，U字的間隔張開。于是，其尺寸大小結(jié)構(gòu)為張開熱控制部46使與散熱部5接觸的溫度的外部溫度約為20℃。因此，以20℃為界限，若為該界限的溫度以上，則熱控制部46與散熱部5接觸。另外，若小于20℃，熱控制部46則與散熱部5分離。
下面對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
因電池的充放電而使電池1發(fā)熱、電池1的溫度上升時，熱控制部46升溫、U字的間隔張開。如果熱控制部46處于20℃，則熱控制部46的一面到達(dá)散熱部5。由此，電池1與散熱部5處于熱連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量通過熱控制部46傳遞給散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池變成異常高溫狀態(tài)。此時，由于由雙金屬片構(gòu)成的熱控制部46具有彈性，故電池保持部2不必由彈性材料構(gòu)成。
另一方面，即使進(jìn)行充放電而使電池1的溫度上升，在熱控制部46的溫度不大于20℃的情況下，熱控制部46不與散熱部5接觸。或者，即使在電池1的溫度曾超過20℃，如果再次變?yōu)樾∮?0℃，則熱控制部46中的U字的間隔變窄，該熱控制部46與散熱部5分離。因此，散熱部5處于與電池1熱分離的狀態(tài)，熱控制部46從而可防止電池1的過度散熱，防止電池的輸出特性的降低。這樣，實現(xiàn)了與第3
再者，本實施例的熱控制部46是以U型來進(jìn)行說明，但是，其結(jié)構(gòu)也可如S型而具有2個以上的彎曲部。另外，其結(jié)構(gòu)還可為熱控制部46呈近J型，熱傳導(dǎo)板與和散熱部5面對的一側(cè)連接，在溫度上升時，來自電池1的熱量通過熱控制部46、熱傳導(dǎo)板傳遞給散熱部5。
還有，與第3實施例相同，也可設(shè)置多個熱控制部46。
(第5實施例)圖9為本發(fā)明第5實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和設(shè)置成與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱控制部56。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。在本實施例中，熱控制部56通過電池保持部32，設(shè)置于電池1與設(shè)備內(nèi)壁53之間。
熱控制部56為熱敏可動部，該熱敏可動部將形狀記憶合金的平板成型，使其剖面形狀為U型。形狀記憶合金具有即使在小于某個溫度(轉(zhuǎn)變溫度)時使其變形，如果溫度變?yōu)檗D(zhuǎn)變溫度以上，仍具有返回到變形前的形狀的性質(zhì)。例如，可由銦碲或鎳鈦的合金構(gòu)成。對于熱控制部56，可調(diào)節(jié)組成使轉(zhuǎn)變溫度為20℃。于是，在溫度為20℃以上時，則成型為U型。即，如果為20℃以上的溫度，則返回到原來的U型。在小于該溫度時，由于電池1的重量，使U字的間隔處于閉合的狀態(tài)。于是，熱控制部56的尺寸結(jié)構(gòu)為在20℃以上的溫度時，使電池1與散熱部5接觸，在小于該溫度時，電池1與散熱部5分離。其它的結(jié)構(gòu)與第3實施例相同。
下面對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
因伴隨電池的充放電而使電池1發(fā)熱、電池1的溫度1上升時，熱控制部56升溫，如果其溫度為20℃，則原來的U字的間隔變形為張開的形狀。于是，將電池1向上提起。由此，電池1與散熱部5直接接觸，處于熱連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量傳遞給散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池1變?yōu)楫惓８邷貭顟B(tài)。此時，由于由形成記憶合金構(gòu)成的熱控制部56具有彈性，故電池保持部32不必由彈性材料構(gòu)成。
另一方面，即使進(jìn)行充放電使電池1的溫度上升，在熱控制部56的溫度不大于20℃的情況下，電池1不與散熱部5接觸。由此，散熱部5處于與電池1熱分離的狀態(tài)，熱控制部56從而可防止電池1的過度散熱，防止電池的輸出特性的降低。在溫度曾上升至20℃以上而使U字型的間隔張開后，如果變?yōu)樾∮?0℃的溫度，則因電池1的重量，熱控制部56的U字型部分閉合，電池1與散熱部5分離。
在本實施例的結(jié)構(gòu)中，由于電池1與散熱部5直接接觸，故傳熱效率良好。
表4為測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。實驗條件和電池1的結(jié)構(gòu)與第1實施例相同。
表4

如從表1和表4中所知，在本實施例中，由于使電池1與散熱部5直接接觸來進(jìn)行散熱，故與第1實施例相比，散熱更加良好。
再者，在本實施例中，熱控制部56雖由形狀記憶合金構(gòu)成，但是，即使在與第4實施例相同、由雙金屬片形成熱控制部56的情況下，仍可獲得同樣的效果。
(第6實施例)圖10為本發(fā)明第6實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和設(shè)置成與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱控制部66。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。散熱部5通過熱傳導(dǎo)片24，與電池1熱連接。熱控制部66為呈L形結(jié)構(gòu)，其一端固定于設(shè)備外壁3上，在另一端附近，載置有電池1。
熱控制部66為熱敏可動部，該熱敏可動部將形狀記憶合金成型為L型。熱控制部66為通過調(diào)節(jié)組成使其轉(zhuǎn)變溫度為20℃的形狀記憶合金。于是，在溫度為20℃以上時，則成型為L型。即，如果為20℃以上的溫度，則返回到原來的L型。在小于該溫度時，由于電池1的重量，使L字的間隔處于張開的狀態(tài)。于是，熱控制部66的尺寸結(jié)構(gòu)為在20℃以上的溫度時，使電池1與散熱部5接觸，在小于該溫度時，電池1與散熱部5分離。其它的結(jié)構(gòu)與第2實施例相同。
下面對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
因伴隨電池的充放電而使電池1發(fā)熱、電池1的溫度上升時，熱控制部66升溫，如果其溫度為20℃，則變形為原來的L形狀。于是，將電池1向上提起。由此，電池1與散熱部5通過熱傳導(dǎo)片24處于熱連接的狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量傳遞給散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池1變?yōu)楫惓８邷貭顟B(tài)。
另一方面，即使進(jìn)行充放電使電池1的溫度上升，在熱控制部66的溫度不大于20℃的情況下，電池1不與熱傳導(dǎo)片24接觸。由此，散熱部5處于與電池1熱分離的狀態(tài)，熱控制部66從而可防止電池1的過度散熱，防止電池的輸出特性的降低。在溫度曾上升至超過20℃而形成L形狀之后，如果變?yōu)樾∮?0℃的溫度，則因電池1的重量，熱控制部66的L字的間隔處于張開的狀態(tài)，電池1與熱傳導(dǎo)片24、散熱部5分離。
在本實施例的結(jié)構(gòu)中，由于熱控制部66與第3實施例同樣地設(shè)置成直接與電池1接觸，故該熱控制部66對電池1的溫度上升作出靈敏的反應(yīng)。進(jìn)而，由于電池1與散熱部5通過熱傳導(dǎo)片24而熱連接，故傳熱效率良好。
表5為測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。實驗條件和電池1的結(jié)構(gòu)與第2實施例相同。
表5

如從表2和表5所知，在本實施例中，熱控制部66直接與電池1接觸。由此，與第2實施例相比，對因充放電而產(chǎn)生的熱量作出更加靈敏的反應(yīng)。其結(jié)果是，進(jìn)一步抑制電池1的溫度上升。
再者，在本實施例中，熱控制部66由形狀記憶合金構(gòu)成，但是，即使熱控制部66與第4實施例相同地由雙金屬片構(gòu)成，仍可獲得同樣的效果。
再者，在本實施例中，未設(shè)置電池保持部。在此情況下，優(yōu)選為如圖10所示，通過在熱控制部66的、載置電池1的一端設(shè)置凸部，在載置電池1的面上設(shè)置凹部(圖中未示出)來保持電池1。或者，也可在熱控制部66的、載置電池1的面上，另外設(shè)置電池保持部。
(第7實施例)圖11為本發(fā)明第7實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置包括散熱部5和設(shè)置成與因充放電而發(fā)熱的電池1接觸的熱控制部76。散熱部5穿過設(shè)備外壁3，其一部分向設(shè)備外部露出。在第3實施例中，熱控制部36設(shè)置于電池1與散熱部5之間。另一方面，在本實施例中，熱控制部76設(shè)置于電池1與設(shè)備內(nèi)壁73之間。于是，該熱控制部76同時兼作電池保持部。除此以外的結(jié)構(gòu)與第3實施例相同。
另外，熱控制部76也與熱控制部36一樣，因電池1的熱量而發(fā)生膨脹。另外，其尺寸結(jié)構(gòu)為在20℃以上的溫度時，使電池1與散熱部5接觸。在此情況下，熱控制部76不必如熱控制部36那樣必須為金屬等的熱的良導(dǎo)體。其既可在對電池進(jìn)行充放電的溫度范圍不變形的、線膨脹系數(shù)大的材料，也可采用如尼龍系樹脂、硅系樹脂等。
另外，如第3實施例所述，通過彈簧等(圖中未示出)來構(gòu)成設(shè)備外壁3保持散熱部5的部分。由此，在熱控制部76超過20℃的情況下，可減輕因熱控制部76的膨脹而造成的散熱部5與電池1、設(shè)備內(nèi)壁73之間的應(yīng)力。
下面對本實施例的熱控制裝置的操作進(jìn)行說明。
因電池的充放電而使電池1發(fā)熱、電池1的溫度上升時，熱控制部76升溫、膨脹。如果熱控制部76的溫度為20℃，則電池1到達(dá)散熱部5。由此，電池1與散熱部5處于熱連接狀態(tài)。其結(jié)果是，電池1的熱量直接傳遞到散熱部5，向外部氣體散發(fā)，從而防止電池1變?yōu)楫惓８邷貭顟B(tài)。
另一方面，即使進(jìn)行充放電使電池1的溫度上升，在熱控制部76的溫度不大于20℃的情況下，電池1不與散熱部5接觸?；蛘撸词闺姵?的溫度曾上升至超過20℃，如果再度變?yōu)樾∮?0℃，則熱控制部76發(fā)生收縮，電池1與散熱部5分離。由此，散熱部5處于與電池1熱分離的狀態(tài)，熱控制部76從而可防止電池1的過度散熱，且可防止電池的輸出特性的降低。這樣，獲得與第5實施例相同的效果。
再者，也可在散熱部5的下部的、與電池1接觸的部分，與第2實施例相同地設(shè)置熱傳導(dǎo)片。
還有，熱控制部76雖設(shè)置于設(shè)備內(nèi)壁73上，但也可設(shè)置于基板等之上。于是，如果通過彈簧等將該基板固定于設(shè)備內(nèi)壁上，則在熱控制部76的溫度超過20℃的情況下，可減輕由于熱控制部76的膨脹而造成的散熱部5與電池1之間的應(yīng)力。
(第8實施例)圖12為本發(fā)明第8實施例的電池的熱控制裝置的熱控制部的結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
本實施例的熱控制裝置與第7實施例的不同之處在于采用熱控制部86以代替熱控制部76。其它的結(jié)構(gòu)相同。
該熱控制部86由呈雙重卷繞形的方式形成的雙金屬片構(gòu)成，為因電池1的熱量而伸長的結(jié)構(gòu)。于是，該熱控制部86的尺寸結(jié)構(gòu)為在20℃以上的溫度，使電池1與散熱部5接觸。通過該結(jié)構(gòu)，可獲得與第7
再者，由于熱控制部86呈彈簧形狀的結(jié)構(gòu)，故熱控制部86在溫度超過20℃的情況下，可減輕因熱控制部86的伸長而造成的散熱部5與電池1、設(shè)備內(nèi)壁73之間的應(yīng)力。
(第9實施例)圖13為本發(fā)明第9實施例的電池的熱控制裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。
本實施例的熱控制裝置除了具有第7實施例的結(jié)構(gòu)以外，還具有設(shè)置于基板93上的熱源94、將熱源94與電池1熱連接的熱傳導(dǎo)體95。例如，如果設(shè)備為個人計算機(jī)等信息終端，則熱源94為CPU。如果設(shè)備為車輛，則熱源為發(fā)動機(jī)。如果在低溫狀態(tài)，則熱控制部76發(fā)生收縮。熱傳導(dǎo)體95的尺寸結(jié)構(gòu)為考慮熱控制部76的線膨脹系數(shù)，使其在0℃以下的溫度與電池1接觸。熱傳導(dǎo)體95雖也可由金屬等構(gòu)成，但是，從與電池1或熱源94的匹配性、熱膨脹的應(yīng)力的減輕的觀點來看，優(yōu)選為由與第2實施例中所述熱傳導(dǎo)片24相同的材料來構(gòu)成。
通過上述結(jié)構(gòu)，在熱控制部76的溫度在超過0℃的情況下，進(jìn)行與第7實施例相同的操作。于是，如果外部溫度降低、熱控制部76的溫度小于0℃，則熱傳導(dǎo)體95與電池1接觸。由此，熱源94與電池1實現(xiàn)熱接觸。于是，電池1的溫度由于熱源94而上升。因此，電池1的溫度上升，從而防止在第6實施例的情況之外的電池的輸出特性降低。
表6表示測定設(shè)置有本實施例所示的熱控制裝置的電池的電池電壓與電池表面的溫度的結(jié)果。作為熱源94采用以60W左右驅(qū)動的CPU。其它的實驗條件和電池1的結(jié)構(gòu)與第2實施例相同。
表6

如從表2和表6中所知，在本實施例中，在外部溫度為30℃的情況下，由于熱控制部76直接與電池1直接接觸，故可與第6實施例同樣地抑制溫度上升。而且，即使在外部溫度為-10℃的情況下，因為由CPU構(gòu)成的熱源94的熱量通過熱傳導(dǎo)體95傳遞給電池1，所以電池1的溫度上升，從而防止輸出下降。
再者，即使用第5實施例中說明的熱控制部56、在第8實施例中說明的熱控制部86代替熱控制部76，仍可獲得相同的效果。
以上，在全部的實施例中，針對熱控制部對電池與散熱部的熱連接進(jìn)行控制的溫度為20℃的情況進(jìn)行了說明。再者，熱控制部工作的溫度區(qū)域的也可設(shè)定在10～20℃的范圍內(nèi)，以便電池在高溫時容易散熱，以及防止在低溫時過度散熱。還有，如第1實施例中所述，在全部的實施例中，不限定電池的種類。如果為因充放電而發(fā)熱的電池，則可采用任何結(jié)構(gòu)的類型。但是，由于燃料電池一般比其它的二次電池的工作溫度要高，且對輸出特性產(chǎn)生顯著影響的溫度也與其它二次電池不同，因此要設(shè)定與其輸出特性相對應(yīng)的較佳的工作溫度。例如，由于DMFC(Direct Methanol Fuel Cell，直接甲醇燃料電池)在溫度為50℃以下時輸出低下，所以設(shè)定切斷熱連接的溫度為50℃左右。
熱控制部采用容易因熱量而變形的材料，優(yōu)選為采用金屬。在外部溫度為低溫的情況下，在需要以間歇方式進(jìn)行高輸出放電操作的設(shè)備，特別是小型的電子設(shè)備，要求節(jié)省空間、低成本的情況下，采用這樣的裝置具有顯著的優(yōu)點。
在第2，3，6～9實施例中，雖是以采用2個以上的熱控制部的實例進(jìn)行說明，但是，即使是在上述全部的實施例中采用2個以上的熱控制部的情況下，也沒有問題。另外，雖通過熱控制部，對電池與散熱部的熱連接進(jìn)行控制，但是，如果熱控制部能對熱連接進(jìn)行控制，則其形狀是任意的。進(jìn)而，雖針對在第1、2、4實施例中，采用雙金屬片，在第5、6實施例中，采用形狀記憶合金的情況進(jìn)行了說明，但是，熱控制部并不限于此。
再有，在上述全部的實施例中，雖針對電池1采用多個的單電池組合的實例進(jìn)行了說明，但是，也可由1個單電池構(gòu)成電池1。在由多個單電池構(gòu)成的情況下，其數(shù)量及串聯(lián)、并列的連接方式?jīng)]有限定。
另外，在第5～9實施例中，由于熱控制部使電池移動，故優(yōu)選為設(shè)置限制電池移動的導(dǎo)向部，雖然這一點在圖中未示出。
如上所述，本發(fā)明的電池的熱控制裝置為采用熱控制部的簡單結(jié)構(gòu)，能有效地將電池的發(fā)出的熱量散發(fā)到外部，從而抑制電池變?yōu)楦邷貭顟B(tài)，其結(jié)果是，從而防止電池的劣化。另外，如果電池溫度降低，則抑制從電池放出的熱量的過度散發(fā)，防止電池輸出特性降低。即，成為能夠有效地使用于所有環(huán)境的電池的熱控制裝置。
權(quán)利要求
1.一種電池的熱控制裝置，其特征在于，其包括因電池產(chǎn)生的熱量而形狀發(fā)生變化的熱控制部，和散發(fā)電池產(chǎn)生的熱量的散熱部。
2.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部在預(yù)先設(shè)定的第一溫度以上時，將所述散熱部與所述電池?zé)徇B接。
3.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部在不足預(yù)先設(shè)定的第一溫度時，將所述散熱部與所述電池的熱連接斷開。
4.如權(quán)利要求2所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部通過所述熱控制部將所述散熱部與所述電池?zé)徇B接。
5.如權(quán)利要求2所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部使所述散熱部與所述電池接觸。
6.如權(quán)利要求2所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部通過所述熱控制部發(fā)生彎曲，將所述散熱部與所述電池?zé)徇B接。
7.如權(quán)利要求2所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部通過該所述熱控制部發(fā)生膨脹，將所述散熱部與所述電池?zé)徇B接。
8.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，其包括多個所述熱控制部。
9.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，其還包括熱源，和在預(yù)先設(shè)定的第二溫度以下時，將所述熱源的熱量傳遞給所述電池的熱傳導(dǎo)體。
10.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部使所述電池移動。
11.如權(quán)利要求1所述的熱控制裝置，其特征在于，所述熱控制部使所述散熱部移動。
全文摘要
本發(fā)明的電池的熱控制裝置包括散發(fā)因電池的充放電而產(chǎn)生的熱量的散熱部，和因熱量而形狀發(fā)生變化的熱控制部。通過該結(jié)構(gòu)，在防止電池變?yōu)楫惓８邷氐耐瑫r，在低溫時，防止電池的過度散熱，從而防止電池的輸出特性降低。
文檔編號G05D23/08GK1484339SQ0315362
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者木宮宏和, 森垣健一, 渡邊耕三, 一, 三 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社