具体实施方式

总体而言，本发明涉及改进的热电池设计，其中，热电池是具有例如可以内部地定位的至少一个或多个加热装置的PCM热电池。

本发明中的加热装置可以是一体地定位或内部地定位的电加热装置。因此，加热装置可以在一些实施方式中与PCM材料直接接触。

在本发明中，因此，在一些实施方式中，PCM可以被直接地加热，这意味着电池中的回路中的流体的循环对于充电阶段不是必需的而是仅针对热电池的放电而存在的。本发明还克服了对复杂流体循环回路的需求。

图1示出了总体上标记为100的现有技术的热电池设计。所示的热电池100是双端口热电池。

如图1中所示，设置有热电池壳101。在热电池壳101内设置有绝缘材料102。在绝缘材料102内设置有用于容纳热电池100的PCM的PCM封围件103。绝缘材料102绕PCM封围件103形成护套和绝缘的层。

在图1中还示出，设置有用于为热电池100提供电连接的低功率回路(LPC)104和高功率回路(HPC)105。

在热电池100的顶部处，还示出了HPC入口106和HPC出口107。还示出了LPC入口108和LPC出口109。

图1还示出了电池控制器110、市电电源(CC)111、电池充电状态信号112和电池充电控制信号113。

在热电池100中，还设置有过热安全切断恒温器S0和温度传感器S1、S2和S3。

在需要对热电池100进行“加热/充电”的情况下，工作流体(水)通过热交换器的管道循环，从而将热能从工作流体传递至定位在PCM封围件103内的PCM。这需要具有泵、温度传感器和流量传感器等的补充式流体循环组件/回路。这是在现有技术中使用的技术解决方案并且带来了许多缺点。本发明解决了这些问题并且克服了对这些复杂流体循环物的需要。

因此，在该领域中需要提供一种改进的热电池装置及设计，该热电池装置及设计提供改进的技术效率、益处以及特别地就连接多个充电热源而言的灵活性。这包括在无需复杂流体循环回路的情况下仍利用外部主热源和/或通过内部加热装置以受控方式被充电的能力。在图2中示意性地示出了具有复杂流体循环回路的现有技术设计。

图2是另一热电池200设计。与图1中所示的热电池100类似，设置有热电池壳201、绝缘部202、PCM封围件203、低功率回路(LPC)204、高功率回路(HPC)205、HPC入口206、HPC出口207、和LPC入口208和LPC出口209、电池控制器210、市电电源(CC)211、电池充电状态信号212和电池充电控制信号213。

图2中所示的电池200还包括定位在电池200顶部处的电加热器214。还设置有泵215、膨胀释放阀(ERV)216、膨胀容器217和系统填充布置结构218。因此，热电池200包括流体循环环路250。

因此，图2中所示的电池200是双端口热电池流体循环的电加热布置结构。

以上提及并且在图2中示出的独立流体循环回路适合于具有单个或多个(双)流体循环回路的电池。然后，在为饮用水设计热电池充电回路的情况下，此流体循环回路和该回路中的部件必须经过水法规认证，从而增加了成本和复杂性。

为了省去这些类型的流体循环回路以及任何相关联的部件和相关联的资本支出/运营成本，由此在本申请中提出了一种设置有一体地定位或内部地定位的加热装置(例如，电加热装置)的布置结构以用于包含PCM的一系列热电池。

因此，直接地加热PCM意味着任一流体循环回路中的循环流体对于充电阶段不是必需的，并且因此仅对于热电池的放电才需要。通过直接地加热PCM，提供了多个技术优点并且克服了流体循环系统的多个已知问题：

1.结垢问题-已经发现现有技术的热电池中的加热器元件的结垢会导致加热故障。

2.在现有技术中，已经发现对加热器的控制的设计存在问题，而在本发明中，加热器暴露于可以被控制并且被制成用于一系列特定要求的任何定制形式的PCM。

3.在现有技术的设计中，其中，加热器处于工作流体流中，已经发现这发现会增加系统压降。还可能会影响充电流量并且阻碍它们。

4.本发明使用沸腾温度比在现有技术设计中使用的水高的PCM。

图2中所示的热电池200从图1中所示的热电池100向前迈了一步。因此，热电池200因对不同回路进行充电和/或放电的能力而从旧的单端口设计向前迈了一步。这给予了非常灵活的解决方案。

双端口热电池设计提供了在无需额外部件的情况下利用非饮用水(使用简单便宜的、未经认证的部件)为热电池充电然后利用饮用水提取热的能力。

“双端口热电池”中的端口中的每个端口可以被适当地定尺寸。例如，热电池可以分为50％-50％或70％-30％，使得可以为放电分配的比例比为充电分配的比例大。

这使得能够在较长的时间段内缓慢地充电，但是以较高的功率和较高的流量放电。

本发明与图1和图2中所示的热电池相比提供了进一步改进。

图3表示根据本发明的热电池300。热电池300具有带备用加热器元件、例如电加热器元件的双端口设计。可以设置有至少一个或多个备用加热器元件。这在下面更详细地描述。

本发明的双端口设计提供了能够利用非饮用水对热电池充电的技术优点。而且，电池可以利用简单且便宜的未经认证的部件被充电。然后可以利用饮用水提取热。因此，本发明的热电池相比于先前的复杂流体循环系统被大幅改进。

热电池300包括用作所有热电池300部件的封围件的热电池壳301。在热电池壳301内设置有绝缘层302。绝缘层302用作热绝缘体以提高热电池300的效率。绝缘层302形成绝缘护套。绝缘层302可以由任何适合的绝缘材料制成。

在绝缘层302内设置有PCM封围件303。PCM封围件303内设置有PCM。，所使用的特定PCM可以针对所需的特定目的来调整和进行定制。因此，本发明的热电池300是可高度适应的，并且可以被修改以用于大范围的应用。

图3还示出了热电池300包括低功率回路(LPC)304和高功率回路(HPC)305。

在热电池300的上表面上并且如图3中所示，设置有HPC入口306和LPC出口307。

在热电池300的上表面上还设置有LPC入口308和LPC出口309。

图3还示出，设置有连接至市电电源(CC)311的电池控制器310。还设置有电池充电状态信号312和电池充电控制信号313。

还示出了过热安全切断恒温器S0和温度传感器S1、S2、S3。可以设置有至少一个温度传感器或多个温度传感器。温度传感器可以遍及热电池分布以获得跨整个工作介质的温度。

热电池300还包括加热装置314，加热装置314例如可以是如图3中所示的定位在PCM中的备用电加热器。该特征涉及与图1和图2中所示的热电池的明显差异。加热装置314可以是可定位在PCM中的任何形式的电加热装置。因此，加热装置314可以被描述为是浸没在PCM中的一体地定位和/或内部地定位的电加热装置。应指出的是，本发明可以具有定位在PCM中的至少一个、两个或多个加热装置。

已经发现加热装置314在PCM封围件303中的位置是重要的，并且因此发现PCM是重要的。

热电池300还包括用于加热装置314的电源315。

如图3中所示，电加热器314定位在PCM封围件303的上半部中。上半部是指PCM封围件303的竖向上半部。电加热器314也将浸没在PCM材料中。

加热装置314连接至电池控制器310。因此，加热装置314可以在需要时被完全地控制和/或接通和/或断开。另外，由加热装置314输送的功率和/或加热的量也可以被更改和改变。

在优选实施方式中，加热装置314定位在PCM封围件303的上半部、三分之一或上四分之一中。加热装置314的位置优选地在PCM封围件313的上部部段中，使得加热装置314可以用于对顶部部段和位于PCM封围件303的顶部部段中的对应的PCM进行充电。尽管这仅对位于PCM封围件303的上部部段中的PCM进行加热并且因此仅提供减小的容量，但这将仍为用户提供足够的热以获取可用的输出。因此，本发明的加热装置314可以用作可完全适应的备用加热系统。

在热电池300中所示的系统的另一优点在于，已经发现可以经由加热装置314输入电热然后立即经由热交换器将热带走。这样做的优点在于，与在现有技术的系统比如瞬时热水器系统中发现的不同的是，不需要存储电热能。

尽管在图3中未示出，但是热电池300可以包括在PCM封围件303内定位在不同高度处的若干个电加热装置。这样做的优点在于，可以选择要对PCM材料中的多少PCM材料进行加热并且因此选择将要存储和/或释放多少能量。将电加热材料安置在不同高度处允许对不同量(即，不同体积)的PCM进行加热。因此，本发明的备用电加热器元件的功能能够高度适用于较宽范围的应用，比方说例如双端口系统。

图4中所示的热电池400与图3中所示的热电池300非常类似。不同之处在于，图4中的热电池400具有两个加热装置：加热装置414和加热装置416。

热电池400包括：热电池壳401；绝缘层402；PCM封围件403；低功率回路(LPC)404；高功率回路(HPC)405；HPC入口406；HPC出口407；LPC出口408；LPC入口409；电池控制器410；市电电源(CC)411；电池充电状态信号412；电池充电控制信号413；上部定位的电加热器414；用于电加热器的电源415和下部定位的电加热器416。

还示出了过热安全切断恒温器S0和温度传感器S1、S2、S3。

因此，电池400包括定位在PCM封围件403的上半部中的第一加热装置414和定位在PCM封围件403的下半部中的第二加热装置416。

如图4中所示，加热装置414定位在PCM封围件414中向上约四分之三处，并且下部定位的加热装置416定位在PCM封围件403的底部的仅上方。如上所述，加热装置的位置可以适于允许加热不同量的PCM。如前所述，加热装置可以是任何适合形式的电加热器/元件。

上部定位的加热装置414可以用作图3中描述的备用加热器。因此，如果主要热源发生故障，则可以启用加热装置414。

下部定位的加热装置416可以与主要加热系统一起使用。由于加热装置416靠近PCM封围件403的底部定位，这允许电池400中的基本所有PCM材料被快速地充电。

具有第二加热装置416的优点在于，这使得热电池400中的PCM能够被更加快速地充电。定位在PCM封围件403的底部处的加热装置416可以用作用于热电池400的主要热源。

因此，就图4中所示的实施方式，本发明可以在电池中的不同高度处具有多个一体地定位和/或内部地定位的加热装置、比如电加热装置，以提供不同量的能量。对不同量和体积的PCM进行加热提供了之后可以被存储和/或分配的不同量的能量。

已经发现图3和图4中所示的实施方式提供了许多技术益处，包括热电池仍然可以利用外部主要热源被充电从而消除了对具有复杂流体循环回路的需求的能力。这还提供了热电池通过外部能源和至少一个或多个内部加热装置以受控方式被充电的能力。所述至少一个或多个内部加热装置可以定位在各种竖向位置处，这提供了对不同量的PCM进行加热并且因此存储和/或释放不同量的能量的能力。

因此，本申请的申请人已经开发了一种热电池设计，由此，一体地定位和/或内部地定位的加热装置、比如电加热装置或多个电加热装置提供了多个明显的技术优点。

本发明的具有一体的和/或内部地定位的电加热装置或多个一体的加热装置的热电池提供了诸如下述优点：

a)热电池仍然可以通过外部主要热源(例如，热水器)被充电，并且在本申请中，如果主要热源发生故障，电加热器用作备用(辅助)热源。

b)其次，如图4中所示，一体的电加热器用作主/主要热源并且直接地加热电池，从而省去了对复杂流体循环回路的需求。

c)热电池也可以通过外部热源和内部加热装置两者以受控方式被充电。例如，经由ab电元件通过太阳能光伏以及经由流体循环回路通过热水器进行补充加热。

d)加热装置被PCM、即具有恒定的且已知的参数的环境包围。在热水缸中，加热装置被饮用水包围，并且因此在加热元件上形成水垢，从而导致形成热点并且最终导致加热装置故障。当加热装置如本发明中这样定位在PCM中时，这些问题不会出现并且因此加热装置将具有较长的使用寿命。

e)与水缸不同，本发明的具有定位在底部处的加热装置的热电池可以被充电至不同水平。例如，仅接通加热装置直到50％的PCM熔融为止以及等等。因此，充电状态可以在不使用位于不同高度处的多个元件的情况下受到控制。

如以下详细描述并且在图5至图15中示意性地示出的，已经设计和评估了若干变型/对比型。附图中的每个附图对于设备的部件具有略微不同的构型，从而带来各种技术益处。这将在下面论述。

图5表示根据本发明的热电池500，其中，设置有加热装置比如电加热器，该加热装置与热电池成一体和/或定位在热电池的内部并且例如在热交换器的下方浸没在PCM中。

如图5中所示，设置有热电池壳501，热电池壳501具有定位在热电池壳501内的绝缘层502。绝缘层502内设置有PCM封围件503。绝缘层502绕PCM封围件503形成护套以保持PCM 505。

还设置有热交换器504和热交换器芯520。

如图5中所示，PCM封围件503具有靠近热电池500的下端部定位的两个台阶特征503a，这两个台阶特征503a从PCM封围件503的底部向上延伸。

图5还示出了热交换器504，热交换器504可以具有带翅片芯以提高热效率。还示出了热交换器回路504a和热交换器回路504b。

在PCM封围件503内设置有PCM 505。

在PCM封围件503的上侧部上设置有入口506(例如，入口回路1)、出口507(例如，回路1)、入口508(例如，回路2)和出口509(例如，回路2)。

还设置有传感器510。如图5中所示，优选地设置有三个传感器510。第一传感器定位成靠近PCM封围件503的上端部，第二传感器定位在PCM封围件503的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件503的下端部。因此，可以设置有定位在PCM封围件503中的不同竖向位置处的多个不同的传感器510。这允许了在不同高度处并且贯穿PCM材料的整个本体来测量和/或记录物理参数、比如PCM的温度。

重要地，图5还示出了设置有靠近PCM封围件503的下端部定位的加热装置511、比如电加热装置。加热装置511可以呈管状形式并且可以与热电池500成一体。

加热装置511定位在热交换器504的下方。

还设置有热交换器回路504a(热交换器回路1)和热交换器回路504b(热交换器回路2)。

因此，加热装置511可以用于向PCM 505提供瞬间加热。

如图5中所示，加热装置511(例如，管状电加热器)可以经由例如隔板连接穿透热电池壳501。

此外，加热装置511浸入并完全浸没在PCM 505中。因此，加热装置511直接接触PCM505。

图5提供的技术优点在于，热从加热装置511经由较大的表面积传递至PCM 505。PCM 505中的传导和对流将热传递至热交换器504，例如具有带翅片芯的热交换器。已经发现这是高度有效的系统。

台阶特征503a是PCM封围件503的一部分，并且存在于例如PCM封围件503的两个侧部上。因此，可以设置有两个台阶特征503a或任何适合数目的台阶特征503a。

台阶特征503a例如为加热元件端子和安全切断特征提供了有效的壳体。台阶特征503a还可以允许使用真空绝缘板将热电池500绝缘。

这些台阶特征503a还有助于将热交换器504定位在加热装置511上方，并且将PCM505体积定位在热交换器504下方。

本申请的发明人还发现了根据本发明的以下方面。已经发现，当热电池冷却(即，处于放电模式)时，PCM处于固体状态并且具有较低的导热率。在这种情况下，如果接通加热装置，则将使围绕加热装置的PCM熔化(即，这将形成被固体PCM围绕的膨胀流体池)，从而产生：

a)会损坏电池单元壳的过大的局部压力；

b)PCM的超过PCM安全工作极限的快速过热；以及

c)加热装置的导致加热装置使用寿命缩短或发生故障的过热。

为了克服这些问题，研究并且推行了两种主要方法：

a)减小功率输入，即减慢热传递过程以与PCM/热交换器芯的热传输递特性相匹配。该选项由于电池充电时间不可接受而未进一步被采用；

b)如下面如图5a中所示的竖向插入的多个金属棒产生了用于扩展PCM体积的路径以朝向顶部膨胀空间逸出，并且因此防止了局部压力增大，并且还增大了加热装置与热交换器/PCM芯之间的对流式热传递。该方法已经被优化，从而能够实现全功率热传递；

c)不是使用如上所述的金属棒，而是将薄板结合在热交换器设计的带翅片芯内，这些薄板如图5b中所示那样延伸到热电池的位于热交换器下方的加热区中；以及

d)使用栅板式翅片使得PCM能够在翅片之间传递，从而有助于通过对流进行热传递并且允许有更多通道用于PCM膨胀。

图6a表示热电池600，在热电池600中，多个热导体、比方说例如金属棒大致竖向地插入到热电池壳中。这在下面进行描述。

如图6a中所示，设置有热电池600，热电池600具有热电池壳601和定位在热电池壳601内的绝缘层602。还设置有PCM封围件603。

图6a还示出例如可以是热交换器带翅片芯的热交换器604。该热交换器具有芯620。图6a还示出热交换器回路604a(热交换器回路1)和热交换器回路604b(热交换器回路2)。

在PCM封围件603内设置有PCM 605。

在PCM封围件603的上侧部上设置有入口606(例如，入口回路1)、出口607(例如，回路1)、入口608(例如，回路2)和出口609(例如，回路2)。

还设置有传感器610。如图6a中所示，优选地设置有三个传感器610。第一传感器定位成靠近PCM封围件603的上端部，另一传感器位定位在PCM封围件603的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件603的下端部。

图6a还示出了靠近热交换器604的下端部定位的加热装置611。加热装置611可以靠近PCM封围件603的底部并沿着PCM封围件603的底部大致水平地定位。

图6a还示出了四个加热导体612，比方说例如传导棒或热管道。加热导体612大致竖向地定位在热交换器604中，并且从热交换器芯620延伸到PCM 605的上端部区域中。

图6b是如图6a中所示的热传导棒或热管道612的横截面。图6b示出了加热沿着热传导棒或热管道向上行进，并且冷却沿着热传导棒或热管道向下行进。

图7涉及热电池700，在热电池700中，不是使用如上面图6a和图6b中所示的金属棒，而是该实施方式涉及将热板(例如，传导热板、比如金属板)结合到热交换器芯(例如，热交换器带翅片芯)内。这些板延伸到热电池的位于热交换器下方的加热区中。

在图7中所示的热电池700中，设置有热电池壳701、绝缘层702和PCM封围件703。如图7中所示，还设置有热交换器704以及优选地可以是热交换器带翅片芯的热交换器芯720。

图7还示出，设置有热交换器回路704a(热交换器回路1)和热交换器回路704b(热交换器回路2)。

在PCM封围件703内设置有PCM 705。在热电池壳701的上表面上设置有入口706(例如，入口回路1)、出口707(例如，回路1)、入口708(例如，回路2)和出口709(例如，回路2)。

还设置有传感器710。如图7中所示，优选地设置有三个传感器710。第一传感器定位成靠近PCM封围件703的上端部，另一传感器定位在PCM封围件703的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件703的下端部。

图7还示出了设置有定位在热交换器704的下端部下方的加热装置711。因此，加热装置711完全地浸没在PCM 705中。

图7还示出了设置有例如四个板712。这些板大致竖向地定位在热交换器704中，并且可选地延伸到PCM 705的下端部区域中并且穿过加热装置711。可以设置有可以以任何适合的取向穿过热交换器704而定向的任何适合数目的板。已经发现，优选的是，板712大致竖向地进入，以辅助沿着板712向上进行的热传递以及沿着板712向下进行的冷却。

板712可以由导热材料、比如任何适合的金属和/或合金形成。板712可以相对较厚以辅助热传递。板712可以是大致平面的并且在热电池700中大致竖向地定向。

板712可以是相对厚的、比如约0.1cm至5cm厚、约0.1cm至2cm厚或约0.1cm至0.5cm厚。

图8涉及根据本发明的另一热电池800。热电池800包括嵌置在热交换器、例如热交换器带翅片芯中的大致L形的电加热装置。这在下面进行描述。

在图8中，设置有包括热电池外部壳801、绝缘层802和PCM封围件803的热电池800。还设置有热交换器804和热交换器芯820(例如，热交换器带翅片芯)。设置有热交换器回路804a(热交换器回路1)和热交换器回路804b(热交换器回路2)。

图8还示出了设置有定位在PCM封围件803内的PCM 805。

在PCM封围件803的上侧部上设置有入口806(例如，入口回路1)、出口807(例如，回路1)、入口808(例如，回路2)和出口809(例如，回路2)。

还设置有传感器810。如图8中所示，优选地设置有三个传感器810。第一传感器定位成靠近PCM封围件803的上端部，另一传感器定位在PCM封围件803的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件803和PCM 805的下端部。

如图8中所示，L形电加热装置811包括向下延伸穿过PCM 805的大致竖向定位部分811a。从大致竖向部分811a相切地延伸有三个大致水平定位部分811b、811c和811d。可以设置有任何数目、比如单个或多个大致竖向定位部分和大致水平定位部分。

一个大致水平定位部分811b可以在热交换器芯820的下四分之一中延伸，水平定位部分811c可以大致延伸穿过热交换器芯820的中间部分，并且第三水平定位部分811d可以延伸穿过热交换器804的上四分之一。水平定位部分可以定位在热交换器芯820的任何适合的区域中。

如图8中所示，在热电池800中，加热装置811并且特别是大致水平定位部分811b、811c、811d嵌置到热交换器814的芯(例如，翅片管热交换器的带翅片芯)中。加热装置811优选地至少部分地浸没在PCM 805中。

已经发现，在热电池800中，优选地在加热元件811与热交换器芯820的部件、比如热交换器翅片之间具有干涉配合。令人惊讶地发现，这提供了增大的热传递表面以及改进的充电时间。

还发现具有大致水平部分的“L”形加热装置提供了多个优点、比如：

1)对在PCM 805的相变(熔化和凝固)期间对PCM 805的任何膨胀进行缓解；以及

2)使热电池的操作所需的线缆在热电池顶部处简单地终止。

如图8中所示，加热装置811的大致水平定位部分811b、811c、811d根据热电池占用面积和纵横比而被安置在热交换器芯804(例如，带翅片芯)内的特定高度处，以产生与均匀充电、充电时间、局部汲取和膨胀特性有关的更好的性能。

已经发现，加热装置811的大致水平定位部分811b、811c、811d的定位减轻了以下问题：

d)会损坏电池单元壳的过大的局部压力；

e)PCM的超过PCM安全工作极限的快速过热；

f)加热装置的导致加热装置使用寿命缩短或发生故障的过热。

已经发现，图8中所示的热电池800是用于混合型热水加热器的理想实施方式，该混合型热水加热器既使用所存储的热，又提供加热装置功率以瞬时地加热家用热水供应。

图9表示热电池900，在热电池900中，加热装置(例如，电加热的管状加热器)被嵌置到热交换器芯中，该热交换器芯可以包括金属传导元件，例如传导管、比如铜管。

在图9中所示的热电池900中设置有热电池壳901、绝缘层902和保持PCM 905的PCM封围件903。还设置有热交换器904和热交换器芯920。

在PCM封围件903的上侧部上设置有入口906(例如，入口回路1)、出口907(例如，回路1)、入口908(例如，回路2)和出口909(例如，回路2)。

还设置有传感器910。如图9中所示，优选地设置有三个传感器910。第一传感器定位成靠近PCM封围件903的上端部，另一传感器定位在PCM封围件903的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件903的下端部。

在图9中，热电池900包括加热装置911、比如电加热装置。特别地，加热装置911包括电加热装置911a，电加热装置911a在PCM封围件903与热交换器芯920之间定位在热电池900的上部部分中。特别地，电加热装置911a可以嵌置在热电池900的歧管中。

图9还示出，设置有嵌置在热交换器芯920中的通道915中的电加热装置911b、911c。通道915可以大致水平地延伸过热交换器芯920并且以“U”形弯曲转弯。

图9还示出，设置有大致水平地过热交换器芯920的第二加热装置911c。

图10是示出了定位在通道915中的加热装置911b的视图。在图10中，示出了PCM封围件903和PCM 905。热交换器904定位在PCM封围件903和PCM 905内。热交换器904可以是带翅片芯热交换器。

图10示出了设置有通道922、通道922例如是用于热交换器904的管。如图10中所示，通道922可以绕通道915延伸，从而提供“跳转”布置结构。

因此，图10涉及这样的实施方式，在该实施方式中，设置有嵌置到热交换器中并且特别地嵌置在延伸穿过热交换器芯的通道(即，可以由铜或任何其他适合的传导性材料制成的管)中的电加热器。

在图9和图10中所示的实施方式中，加热装置911b、911c嵌置到热交换器芯904中，并且优选地且可选地不直接地嵌置到PCM 905中。有多个不同的选择方案来嵌置加热装置911b、911c。加热装置911b、911c可以以多种方式嵌置，所述多种方式比如为：

·如图9中的实施方式中所示，加热装置911b、911c和通道922可以提供从工作流体、即PCM 905延伸的入口。加热装置911b、911c可以在入口上嵌置在歧管中，歧管连接至穿过热交换器带翅片芯进行供给的较小毛细管。这意味着加热装置911b、911c处于工作流体内，并且因此充电贯穿电池是均匀地的。加热装置911b、911c的操作被联结至辅助工厂装备并且由热电池控制器管理。

·图10示出了回路915(例如，跳转排管)和热交换器的一部分、比如热交换器带翅片芯(图10)被嵌置的位置。通过热交换器带翅片芯中的跳转排，“跳转管”可以在贯穿带翅片块的各个位置处由若干加热器占据。优点在于，跳转排扩展到带翅片块中，从而产生从管至至翅片的优异的热传递。

在图9和图10中所示的两个变型中，加热装置与热交换器直接地接触，并且因此实现了改进且一致的热传递。另外，这些元件决不与PCM直接接触，并且因此它们不需要与PCM兼容。这为加热器提供了具有降低的成本、提高的可靠性和稳固性的更多选择方案。加热器元件将在维修人员不暴露于PCM的情况下被触及以进行维修和维护。可以使用较高功率的元件，并且PCM操作条件与加热器的较高功率表面负载无关。

图11a和图11b表示根据本发明的另一热电池。在热电池中设置有被嵌置和/或定位在壳体中的加热装置，其中，壳体容纳能够有效地传递热和/或散发热的材料。因此，该材料允许更好地将热从加热装置传递至热交换器芯和/或相变材料。这将在下面更详细地说明。

如图11a中所示，设置有具有热电池壳1001和定位在热电池壳1001内的绝缘层1002的热电池1000。还设置有PCM封围件1003和PCM 1005。还设置有热交换器1004和热交换器芯1020。

在图11a中，在PCM封围件1003的上侧部上设置有入口1006(例如，入口回路1)、出口1007(例如，回路1)、入口1008(例如，回路2)和出口1009(例如，回路2)。

还设置有传感器1010。如图11a中所示，优选地设置有三个传感器810。第一传感器定位成靠近PCM封围件1003的上端部，另一传感器定位在PCM封围件1003的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件1003的下端部。

如图11a中所示，设置有定位成靠近PCM封围件1003的下端部并且定位在热交换器芯1020(例如，热交换器带翅片芯)的下方的加热装置1011(例如，电加热装置)。设置有热交换器回路1004a(热交换器回路1)和热交换器回路1004b(热交换器回路2)。

加热装置1011定位在两个台阶特征1003a、1003b之间并且在这两个台阶特征1003a、1003b之间延伸。台阶特征1003a、1003b是PCM封围件1003的一部分。

加热装置被保持在可以填充有能够均匀地传递热和/或散发热的材料/流体的壳体1030内。所述材料/流体例如可以是任何形式的适合的油和/或热膏。

在图11a中，加热装置1011例如可以是可以定位在壳体1030内并且被能够有效地传热递和/或散发热的材料包围的管状电加热装置。因此，壳体1030可以填充有油和/或热膏。与图11b中的实施方式相比，壳体1030不带翅片。

在图11a中所示的布置结构中，加热装置1011因此嵌置在填充有能够均匀地传递热和/或散发热的热材料的壳体1030中。壳体1030优选地与PCM封围件1003成一体。加热装置1011不与PCM 1005接合。

壳体1030可以是平的或可选地带翅片的，以增大表面积并且增强从加热器到热材料再到壳体然后再到PCM 1005的热传递，但是重要的是减小了加热装置1011的表面负载，从而导致稳固的设计以及减小的维修间隔。已经发现这是显著的技术优点并且增加了热电池1000的寿命。

在壳体1030中使用油浴意味着加热装置1011不需要如盒式加热器所要求的那样在壳体1030内具有较高的公差配合。通常，加热装置1011和壳体1030两者优选地可以被适当地机加工/指定成提供热传递(通过干涉配合)，并且加热装置1011和壳体1030是渐缩的以使加热装置1011能够被容易地移除。这又是本设计的另一优点。

图11a中所示的加热装置1011和壳体1030的设计意味着，加热装置1011能够被容易地移除并且能够被维修人员在不暴露于PCM 1005的情况下触及。较小体积的热材料、比如油在维修间隔期间经由壳体中的油喷嘴而被更换。因此，另一技术优点在于，热电池1000能够非常容易得被维修。

图11b表示替代性实施方式，在该替代性实施方式中，壳体1050与图11a中的壳体类似，但是在该实施方式中，设置有沿着壳体1050的长度延伸的一系列翅片1052。翅片1052是简单延伸的长形板，这些长形板用作散热区域以增大表面积并且因此传递热和/或散发热。设置有加热装置1054，加热装置1054沿着壳体1050的内部长度的至少一部分或大致全部内部长度延伸到壳体1050中。

图12表示根据本发明的另一热电池1100。在该变型中，加热装置定位在PCM封围件的外部。内部设置有传导块，并且经由外部感应加热器感应出电流。这将在下面更详细地论述。

图12示出，设置有包括热电池壳1101和定位在热电池壳1101内的绝缘层1102的热电池1100。还设置有PCM封围件1103和PCM 1105。还设置有热交换器1104和热交换器芯1120。

在图12中，在PCM封围件1103的上侧部上设置有入口1106(例如，入口回路1)、出口1107(例如，回路1)、入口1108(例如，回路2)和出口1109(例如，回路2)。

还设置有传感器1110。如图12中所示，优选地设置有三个传感器1110。第一传感器定位成靠近PCM封围件1103的上端，另一传感器定位在PCM封围件1103的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件1103的下端部。

设置有热交换器回路1104a(热交换器回路1)和热交换器回路1104b(热交换器回路2)。

如图12中所示，设置有定位成靠近PCM封围件1003的下端部并且定位在热交换器芯1104(例如，热交换器带翅片芯)的下方的加热装置1111。特别地，在图12中所示的热电池1100中，加热装置1111外部地定位在PCM封围件1103的外部并且定位在PCM封围件1103的底部处。因此，加热装置1111定位在PCM封围件1103的底部与电池壳1101的底部之间。在特定实施方式中，加热装置1111是感应加热器。

因此，加热装置1111可以被描述为定位在热交换器芯1104和PCM 1105的外部。

如图12中所示，设置有定在加热装置1111的上方或大致上方且PCM封围件1103的内部的一层传导材料1112，传导材料1112沿着PCM封围件1103的底部或大致沿着PCM封围件1103的底部延伸。传导材料1112的功能是从可以是感应加热器的加热装置1111以感应的方式传递热。因此，传导材料1112可以呈热传导金属和/或合金块的形式，在热传导金属和/或合金块内可以感应出电流以产生热和/或传递热。

图13表示根据本发明的另一热电池1200。在该实施方式中，在热电池1200中设置有包括内部浸没的传导块的至少一个或多个可移除盒式加热装置。这将在下面更详细地描述。

在热电池1200中设置有热电池壳1201和定位在热电池壳1201内部的绝缘层1202。还设置有PCM封围件1203和PCM 1205。还设置有热交换器1204和热交换器芯1220。

在图13中，在PCM封围件1203的上侧部上设置有入口1206(例如，入口回路1)、出口1207(例如，回路1)、入口1208(例如，回路2)和出口1209(例如，回路2)。

还设置有传感器1210。如图13中所示，优选地设置有三个传感器1210。第一传感器定位成靠近PCM封围件1203的上端部，另一传感器定位在PCM封围件1203的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件1203的下端部。

设置有热交换器回路1204a(热交换器回路1)和热交换器回路1204b(热交换器回路2)。

如图13中所示，设置有沿着PCM封围件1203的底部延伸并且定位在热交换器芯1220和PCM 1205的下方的材料块1212。块1212可以沿着从PCM封围件1203的一个侧部至另一侧部完全地或大致地或至少部分地延伸。块1212由诸如任何适合的金属和/或合金的传导材料构成。因此，块1212意味着从PCM封围件1203的定位有加热装置的底部内有效地传递热。

设置有可以是可移除的内部地嵌置在块1212内的至少一个或一系列盒式加热装置1211。在图13中，尽管示出了三个盒式加热装置1211，但是可以设置有任何适合数目的盒式加热装置1211。盒式加热装置1211沿着块1212大致水平地延伸。

因此，盒式加热装置1211内部地定位在PCM封围件1203内。因此，盒式加热装置1213可以包括能够有效地传递热的热传导金属和/或合金块。

因此，在图13中所示的实施方式中，设置有块1212，块1212用作嵌置在PCM封围件1213的底部处和PCM封围件1213内部的热源。块1212与嵌置的盒式加热装置1213相比具有较大的表面积。

盒式加热装置1211的技术优点在于，它们可以在外部被触及并且因此能够被容易地移除，因为它们不与PCM 1205接触。因此，图13中所示的实施方式和热电池1200可以非常容易地被维修。

改变型使用嵌置在PCM封围件的底部处的加热器块。该块与嵌置的盒式加热器相比具有较大的表面积。加热器可以在外部被触及并且因此能够被移除并且不与PCM接触。

图14表示根据本发明的另一热电池1300。在该实施方式中，在热电池1300中设置有至少一个或多个可移除的盒式加热装置，所述至少一个或多个可移除的盒式加热装置包括内部浸没的传导块以及将PCM 1315混合并且经由强制对流辅助热传递的叶轮式搅动器。因此，叶轮式搅动器的添加提供了以下技术优点：

·经由强制对流辅助热传递。

·对PCM 1305及其组成成分进行搅动和混合。

下面更详细地描述图14中所示的电池1300。

电池1300包括热电池壳1301和定位在热电池壳1301内的绝缘层1302。还设置有PCM封围件1303和PCM 1305。还设置有热交换器1304和热交换器芯1320。

在图14中，在PCM封围件1303的上侧部上设置有入口1306(例如，入口回路1)、出口1307(例如，回路1)、入口1308(例如，回路2)和出口1309(例如，回路2)。

还设置有传感器1310。如图14中所示，优选地设置有三个传感器1310。第一传感器定位成靠近PCM封围件1303的上端部，另一传感器定位在PCM封围件1303的大约中部中，另一传感器定位成靠近PCM封围件1303的下端部。

设置有热交换器回路1304a(热交换器回路1)和热交换器回路1304b(热交换器回路2)。

如图14中所示，设置有沿着PCM封围件1303的底部延伸并且定位在热交换器芯1320和PCM 1305的下方的材料块1312。块1312可以沿着从PCM封围件1303的一个侧部至另一侧部完全地或大致地或至少部分地延伸。块1312由诸如任何适合的金属和/或合金的传导材料构成。因此，块1312意味着从PCM封围件1303的底部内有效地传递热。

内部地在块1312内嵌置有可以是可移除的至少一个或一系列盒式加热装置1311。在图14中，尽管示出了三个盒式加热装置1311，但是可以设置有任何适合数目的盒式加热装置1311。

因此，盒式加热装置1311内部地定位在PCM封围件1303内。盒式加热装置1311因此可以包括能够有效地传递热的热传导金属和/或合金块。

因此，在图14中所示的实施方式中，设置有块1312，块1312用作嵌置在PCM封围件1303的底部处且PCM封围件1303内部的热源。块1312与嵌置的盒式加热装置1311相比具有较大的表面积。

另外，热电池1300包括搅动器1315，搅动器1315可以是任何形式的搅拌装置、比如旋转搅动器。搅动器1315例如可以定位成靠近PCM封围件1303的底部，并且可以用于搅拌PCM 1305以提高热电池1300和热传递的效率。

图15a表示本发明的另一实施方式，在该实施方式中，示出了热电池1400。在热电池1400中设置有在PCM封围件内大致竖向地延伸的加热装置。加热装置可以呈加热器元件网的形式。这将在下面更详细地描述。

电池1400包括热电池壳1401和定位在热电池壳1401内的绝缘层1402。还设置有PCM封围件1403和PCM 1405。还设置有热交换器1404和热交换器芯1420。

在图15a中，在PCM封围件1403的上侧部上设置有入口1406(例如，入口回路1)、出口1407(例如，回路1)、入口1408(例如，回路2)和出口1409(例如，回路2)

还设置有传感器1410。如图15a中所示，优选地设置有三个传感器1410。第一传感器定位成靠近PCM封围件1403的上端部，另一传感器定位在PCM封围件1403的大约中部中，另一传感器定位成靠近PCM封围件1403的下端部。

如图15a中所示，设置有在PCM封围件1403内大致竖向地延伸的一系列加热装置1411。可以设置有任何数目的加热装置1411、比如单个加热装置或多个加热装置。在图15a中示出的仅作为特定示例的实施方式示出了在PCM封围件1403内大致竖向地定位的六个加热装置1411。

图15b是加热装置1411的放大横截面图。图15b示出了加热装置1411包括了呈网格状图案的加热装置网1420。在网格部段内设置有提供有效热传递的管状部段1422。管状部段1422可以是铜管。加热装置1411呈翅片1430的形式。

在图15a和图15b所示的布置结构中，并且在热交换器1404的制造期间，常规翅片被用“加热翅片”、即加热装置1411代替。加热装置1411的位置例如由热电池1400的纵横比和高度来确定，并且所使用的加热装置1411可以被选择成根据需要的热能来产生期望的功率输入。在特定实施方式中，呈加热装置1411的形式的加热翅片是热交换器1404的一体部分，并且因此将是不可移除的。然而，出于冗余可以将比所需要的加热翅片多的多个额外的加热翅片、即加热装置1411安置就位，以确保热电池的稳固性。

由于该设计的大的加热表面积，每个加热翅片(即，加热装置1411)的功率密度非常低，并且将提高系统的稳固性和寿命。

比如图15b中所示的加热器元件网的从加热翅片的顶部至底部的密度也可以改变，以优化充电能力和放电能力，从而满足应用。

在图15a和图15b中所示的热电池1400中，加热装置1411因此可以用来代替在热交换器中所见的普通翅片。在特定实施方式中，可以使用正温度系数(PTC)加热器，正温度系数(PTC)加热器可以滑动到热传递管比如铜管上，从而代替在热交换器中所见的标准翅片。

图16a表示本发明的另一实施方式，在该实施方式中，示出了热电池1500。在所示的实施方式中，在热电池1500中设置有下述加热装置：该加热装置呈大致竖向定向的低功率竖向加热器的形式、例如呈用以辅助PCM循环的热管道或传导棒的形式。已经发现这对热电池内的PCM材料产生泵送作用。

已经发现图15a中所示的布置结构具有许多技术优势，比如：

1)增加从热电池的基部向芯的热传递，从而优化了充电时间；以及

2)创建使熔化的PCM行进的路径，从而减轻由于相变和膨胀的PCM引起的任何压力累积。

在热电池1500中，设置有热电池壳1501和定位在热电池壳1501内部的绝缘层1502。还设置有PCM封围件1503和PCM 1505。还设置有热交换器1504和热交换器芯1520。

在图16a中，在PCM封围件1503的上侧部上设置有入口1506(例如，入口回路1)、出口1507(例如，回路1)、入口1508(例如，回路2)和出口1509(例如，回路2)。

还设置有传感器1510。如图16a中所示，优选地设置有三个传感器1510。第一传感器定位成靠近PCM封围件1503的上端部，另一传感器定位在PCM封围件1503的大约中部中，并且另一传感器定位成靠近PCM封围件1503的下端部。

设置有热交换器回路1504a(热交换器回路1)和热交换器回路1504b(热交换器回路2)。

如图16a中所示，设置有靠近PCM封围件1503的底部定位的加热装置1511。加热装置1511大致在热交换器1504的底部上延伸。

图16a还示出设置有多个大致竖向定向的低功率竖向加热器1512。竖向加热器1512可以呈低功率加热装置的形式或替代性地呈热管的形式。可以设置有任何适合数目的竖向加热器1512。

在所示的实施方式中，在热电池1500中设置有四个大致竖向地定向的加热器1512，所述四个大致竖向地定向的加热器1512从PCM封围件1503的上表面延伸穿过PCM1505并延伸到热交换器1504中。

图16b示出了可以使用的不同类型的竖向加热器的横截面放大图。图16b的左侧是低功率的加热装置1530。在图16b的右侧示出了热管1540。图16b示出了热沿竖向加热器向上行进，并且冷却流向下穿过加热器。

图17表示根据本发明的、总体上以1600指示的栅板式翅片设计的横截面。栅板式翅片设计1600包括可以用于传递热的一系列管1601(例如，铜管)。PCM材料在管1601内以及管1601周围流动。PCM材料的流由附图标记1603示出。如图17中所示，PCM材料的流动可以利用翅片1602中的栅板1602a被引导。因此，翅片1602包括这样的栅板：所述栅板实际上可以完全打开，使得该栅板是完全平面的或者被转换成带角度的形式，使得栅板可以用来引导PCM材料的流动。栅板式翅片设计600可以结合到上面描述的任何实施方式和加热电池中。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施方式，但是将理解的是，背离所描述的实施方式的背离方案仍可以落入本发明的范围内。例如，任何适合类型的封围件可以用于热电池。另外，可以使用任何形式的适合的PCM材料和电子控制机构。此外，加热装置可以是如在本申请的范围内所设想到的任何适合的形式、比如电加热式或任何其他形式的加热系统。此外，在本发明中所描述的热电池中可以使用任何形式的热交换器。