1.本实用新型涉及一种水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱；尤其是涉及一种针对高寒地区户外劳作所用的电热鞋、电热靴及电热鞋垫所使用的水性低温可充电电池，将其作为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工作过程中唯一电能供应源泉，并将其安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内，该水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间尺寸平衡优化的优选设计。


背景技术：

2.对于电热鞋、电热靴及电热鞋垫，将为其产生热效应唯一电源安装到其鞋跟内，是批量生产电热鞋或电热靴成型鞋底遇到的首要设计问题，鞋跟电池箱空间尺寸的确定，对批量生产电热鞋为必需；诸如以下表1内序号为1的实用新型设计(以下采用同种描述方式)，抑或是表1内专利申请号为92237712.x的中国专利，其鞋跟内电池箱空间设计成其表面积为24cm2。
3.对于针对高寒地区户外劳作所用的电热鞋、电热靴及电热鞋垫，将电池装到其鞋跟具有一定难度与复杂度，诸如以下表1内序号为2与3的实用新型与发明设计，其针对-50℃或-40℃用户，使用锂离子电池不但需要保温，而且在电池组低于-30℃需要安装锂离子电池组加温原件。
4.对于针对高寒地区户外劳作所用的电热鞋或电热靴，能在不超过-30℃使用电热鞋或电热靴，其鞋跟电池箱内装入7.2v的锂离子电池，其在约18年前的发明已有公开(表1内序号为4的实用新型设计)，并持续改进9年(表1内序号为5的实用新型设计)。
5.破解将电池装到其鞋跟具有难度与复杂度难题，将电池包跨到腰上，用引线连接到电热鞋上(表1内序号为6的实用新型设计)；或者电池安装到鞋帮上(表1内序号为7与8的实用新型设计)，或者电池用鞋带系到鞋面上(表1内序号为9的实用新型设计)；显然，其可增加电池室温容量与提升一点低温放电容量，但同时的负面效应是电热鞋整体性差；由此不便于劳动或作业。更有甚者鞋底上全部安装上电池(表1内序号为10与11的实用新型设计)，极不科学。
6.世界各国专利网站，关于电热鞋、电热靴及电热鞋垫专利并不稀少，仅中国专利局数据库网站，可容易检索到近500项关于电热鞋、电热靴及电热鞋垫的实用新型设计或发明等专利，表1主要选取了将电热鞋、电热靴及电热鞋垫中使用的电池或电池组安装到鞋跟内的实用新型设计或发明专利公开。
7.表1近年来电热鞋、电热靴及电热鞋垫行业一些与本发明鞋跟电池箱设计关联的实用新型设计或发明专利公开举例
8.9.10.11.12.[0013][0014]
为了便于审查员及同行对本实用新型设计与现有技术差异性与设计思想及发明点的理解，有必要冗余一下本发明题目所涉及的一些概念界定及电池与电热鞋匹配相关知识。
[0015]
对于题目为“水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱”之内的“水性低温可充电电池”：
[0016]
其中的“可充电电池”也称为“二次电池”，将其单电池通过串或并连构造成的电池组，常被称为“蓄电池”。
[0017]
其中的“水性”是按照电池中电解液为水溶液电解质还是非水溶液电解质来分类电池的概念，常见水性电池为铅-酸电池(电解质为硫酸水溶液)、镍-氢化物电池(电解质为氢氧化钾水溶液，也简称镍-氢电池)、镍-镉电池(电解质为氢氧化钾水溶液)、爱迪生电池(电解质为氢氧化钾水溶液，也称铁-镍电池)、镍-锌电池(电解质为氢氧化钾水溶液)与锌-银电池((电解质为氢氧化钾水溶液，也称锌-氧化银)；而常见的非水性可充电电池主要为锂离子电池。
[0018]
其中的“低温”是指电池在低温区性能良好的电池；多数的民用电池的在低温区可工作所设计的低温端点常为：零度或-10℃、-18℃或-20℃；而军用电池在低温区可工作所设计的低温端点常为：-40℃或-50℃；所有电池低温下放电容量与放电电压与室温相比都会减少或降低。
[0019]
表1中序号2号至5号与40号至43号的发明，该8项发明都使用了非水性可充电电池中的锂离子电池；而表1中序号12与13两项发明都使用了水性可充电电池中的镍-氢化物电池(镍-氢电池)。镍-氢化物电池与锂离子电池两种电池比较，业内同行周知：锂离子电池比能量高于镍-氢化物电池，尤其是重量比能量，这是锂离子电池的优势，然而其缺点是安全性较差，常表现为易燃易爆；而镍-氢化物电池在安全性上远远高于锂离子电池。
[0020]
另外，镍-氢化物电池在低温使用环境中性能也远远高于锂离子电池，镍-氢化物电池在-40℃或-50℃放电性能优异的低温或宽温电池在市场上早已商品化(中国专利公申请号为01116864.1和200910066854.9的公开)；而锂离子电池要在-40℃或-50℃工作需要良好保温与内加热装置，不需要保温与内加热装置的低温锂离子电池壳体需要非常厚实的
不锈钢，在低温下使用锂离子电池，完全失去了锂离子电池自身比能量较高的优势；这也就是表1中序号2与3两项发明中介绍的，在环境温度低于-35℃时，其鞋跟内的锂离子电池要开动对电池自加热。其是目前大多数锂离子电池在低于-10℃时就很难放出电来，诸如我们常用手机上的锂离子电池。冗余一句给非电池专业的话：常说的锂离子电池与锂电池不是一回事，前者指可充电电池，而后者是不可充电的一次电池，后者尽管不能充电，然而其低温性能优于前者。
[0021]
对于题目为“一种水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱”之内的“鞋跟内的电池箱”：
[0022]
其中的“鞋跟电池箱”是指将为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工供电的电池箱安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内的电池箱。将该电池箱设计到鞋跟上，与身体外挎或设计到鞋帮上等相比的主要优点是：该电热鞋与电热靴整体化程度高与自由活动便利；以下的表1内列了37项将电池箱安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内的实用新型及发明专利概要。
[0023]
将为电热鞋、电热靴及电热鞋垫供电的电池箱安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内，必然会受到鞋跟有限空间的限制；鞋跟电池箱设计的过大，有限空间的鞋跟内装载不下；而鞋跟电池箱设计的过小，供给热源的电力会不足，尤其是作为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工作过程中唯一电能供应源泉电池箱内电池电力会不足，其保证不了电热鞋作业所需要的时长(时间长短)与温度(热平衡所需能量)。显见，鞋跟电池箱空间设计涉及到空间与能量(电能)供给、能源选择与能量平衡等许多平衡优化。
[0024]
遗憾的是，表1中序号14号至36号发明或实用新型专利公开，这20项实用新型或发明专利都没有明示鞋跟装电池种类与容量等，这导致设计的电池箱中电池是否能保证电热鞋作业所需要的时长与温度以及鞋跟电池箱设计的是否合理等众多问题无从谈起。
[0025]
遗憾之二是：表1中序号1号的发明，抑或是中国专利申请号为92237712.x的实用新型设计，其矩形鞋跟内电池箱的表面积设计为24cm2，无论其内装有何种电池，依据电池及低温电池制造现有技术水平，都不能保证高寒地区户外劳作所用的电热鞋、电热靴及电热鞋垫所电能供给所需要时长与总能量需求，因为高寒地区，鞋跟内电池只有贴向脚底的平面没有接受到严寒，而其余5个平面都与严寒环境间接接触，尽管鞋跟的橡胶材料等能够起到一定的隔开热传递作用，然而不足以维持散热平衡向有利于电池供电方向发展。
[0026]
总之，现有技术中，涉及可充电电池鞋跟电池箱技术存在许多问题，尤其是涉及对于安全性好、低温电池制造技术成熟的水性低温可充电电池，将其作为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工作过程中唯一电能供应源泉，并将其安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内，该水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间尺寸平衡优化及优选设计方面，存在的问题较多。


技术实现要素：

[0027]
鉴于背景技术中问题或设计缺陷，本实用新型要解决的技术问题在于：对于安全性好、低温电池制造技术成熟的水性低温可充电电池，尤其是镍-金属氢化物电池，将其作为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工作过程中唯一电能供应源泉，并将其安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内，该水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间尺寸与电能供给所需要时长、总能量需求、电池的低温技术成熟度、电池的经济性、电池的安全性、电池的可靠性、电池的易维性与电热鞋的舒适性等各种要素之间的平衡问题，在各种要素的平衡点上进行优化，在利用
大量试验优化基础上，能够产生出优选的设计。因此：
[0028]
本实用新型的发明目的在于提供一种水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱；尤其是涉及一种针对高寒地区户外劳作所用的电热鞋、电热靴及电热鞋垫所使用的水性低温可充电电池，将其作为电热鞋、电热靴及电热鞋垫工作过程中唯一电能供应源泉，并将其安装到电热鞋与电热靴的鞋跟内，该水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间尺寸平衡优化的优选设计。
[0029]
本实用新型解决其技术问题与达到发明目的所采用的技术方案是：
[0030]
一种水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱，其特征在于，所述的鞋跟内设有用于安装水性低温可充电电池的电池箱，所述的电池箱为长，宽，高分别为l、w与h的长方体；
[0031]
所述的l＝61mm
±
1mm；w＝54mm
±
1mm；h＝16mm
±
1mm。
[0032]
进一步的，所述的长，宽，高分别为l、w与h的长方体空间中的l边线与平放地面鞋底的中轴线(22)平行，而h与w均与该中轴线(22)垂直。
[0033]
本实用新型的有益效果是：站在平衡优化水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间尺寸与电能供给所需要时长、总能量需求、电池能量总供给、电池的低温技术成熟度、电池的经济性、电池的安全性、电池的可靠性、电池的易维性与电热鞋的舒适性等各种要素之间的视角，通过利用大量试验及计算数据，易于找到各种要素的平衡点，围绕该平衡点并结合现有电池与鞋业指导成熟度规划出最小优化区域，最终产生出优选的设计。以“电池能量总供给”的计算为例来说明：
[0034]ⅰ、电池同行周知：本实用新型所设计的鞋跟预留或加工出一个长，宽，高分别为l、w与h的长方体空间，该空间放入4支aa型制式电池绰绰有余；对于制式aa型镍-金属氢化物电池，现有技术制造出e型(能量型)电池单支容量达到2500mah没有技术难度，而将其制造成p型(功率型)宽温(-40℃至+60℃工作)电池通过牺牲能量e换取p或宽工作温区，制造成1500mah也没有现存的技术障碍(宽温合金粉技术已经相当成熟)；而1500mah宽温aa型镍-金属氢化物电池即使在低温零下-40℃环境中，以0.1c放电速率放出90％以上电量实属常态，抑或是该宽温aa型镍-金属氢化物电池即使在低温零下-40℃环境中放出1350mah或1.35ah的电量实属常态。另外，低温下，所有电池放电电压平台要降低，对于宽温aa型镍-金属氢化物单电池，其室温电压平台在1.2v，低温零下-40℃环境中放电电压平台下降约0.2v，抑或是4支aa型宽温镍-金属氢化物电池串联而成的电池组，其室温电压为约4.8v，而在低温零下-40℃环境中该电池组放电电压约为4v。
[0035]
归纳以上得出的关键数据是：现有成熟技术，对于4支aa型宽温镍-金属氢化物电池串联而成的电池组，在低温零下-40℃环境中该电池组放电电压4v，电池组容量1350mah(等于1.35ah)的两个指标不存在技术障碍。
[0036]ⅱ、学过初中物理学的中学生周知：电能转换成热能常用“焦耳-楞次定律”来计算。焦耳-楞次定律的计算公式为：热量(q)＝i2rt；热量q的单位为焦耳，电流i的单位为安培，电阻的单位为欧姆；时间t的单位为秒，而焦耳-楞次定律通过变形可直接得出与电池电压与电池容量的直接公式；其抑或是：
[0037]
q＝i2rt
→i·i·r·
t
→
(i
·
r)
·
(i
·
t)
→
(v)
·
(c)＝v
·c[0038]
其中公式转换依据的是：电压v＝电流ix电阻ω；电量c＝电流ix时间t。
[0039]
将
“ⅰ”
得出的该电池组电压v＝4v，电量c＝1.35ah(1.35安乘以3600秒)带入q＝v·
c，有：
[0040]
q＝v
·
c＝4
×
1.35
×
3600＝19440焦耳
[0041]
再19440焦耳的热量(能量)换算成常用热量单位“卡”为4626.72卡(1焦耳＝0.238卡)。
[0042]
归纳以上得出的关键数据是：现有成熟技术，对于4支aa型宽温镍-金属氢化物电池串联而成的电池组，在低温零下-40℃环境中该电池组将电能转化为约4626卡的热能为依据现有成熟技术的简单计算而来。
[0043]ⅲ、由热工常识可知：水是吸热或放热比较大的物质(水的比热为1)，将100g温度+15℃加热到+45℃，仅30℃的温差需要3000卡的热量，反过来说：100g温度为45℃的水降温至+15℃能够放出3000卡的热量，简单换算可知，3000卡热量分散到两只脚，每只脚可获得1500卡热量，在5个小时内均匀供给该1500卡热量，每小时一只脚的脚底板可获得300卡热量。
[0044]
归纳以上得出的关键数据是：现有成熟技术，对于4支aa型宽温镍-金属氢化物电池串联而成的电池组，在低温零下-40℃环境中该电池组将电能转化为约4626卡的热能；剔除线损与其它热损失，即使有用到脚底板的有效热量为3000卡；在5个小时内，每小时一只脚的脚底板也可获得300卡可观的热量。
[0045]ⅳ、制鞋业同行周知：按照本实用新型附图1、附图2与附图3的尺寸与预留电池箱空间的设计，不管是采用“制式”还是“非制式”设计鞋，不管是鞋底采用橡胶料还是其它常用料，获得鞋的强度、舒适度及低成本的平衡点不难。
[0046]
ⅴ
、碱性电池制造业同行周知：尽管上述以常见的aa圆柱型制式电池为例计算得到理想数据，然而，若采用非圆柱的方形叠型电池来设计电池，其电池箱空间利用率还有上升空间，这为电池能量总供给的提升预留出进一步的发展空间。
[0047]ⅵ、以上关键数据与设计方法也得到实验的良好验证。
附图说明
[0048]
图1是本实用新型“大道至简”的立方体鞋跟电池箱形状设计示意图。图中的l、w和h分别代表该立方体的长、宽和高。
[0049]
图2为本实用新型的鞋跟中安装电池箱后的俯视剖面示意图。图中的(21)为电池箱相对鞋跟位置，而(22)为鞋底的中轴线。
[0050]
图3是本实用新型的鞋跟中安装电池箱后的侧视剖面示意图。图中的(21)为电池箱相对鞋跟位置。
具体实施方式
[0051]
结合附图描述本实用新型“水性低温可充电电池鞋跟电池箱空间优选设计”：
[0052]
附图1是本实用新型的“一种水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱”出的“大道至简”的长方体设计；所述的电池箱为一个长，宽，高分别为l、w与h的长方体空间以备安装水性低温可充电电池所用。
[0053]
其中的长，宽，高分别为l、w与h的长方体空间具体数值为：l＝61mm
±
1mm；w＝54mm
±
1mm；h＝16mm
±
1mm。
[0054]
站在电池箱与鞋跟“鞋功能性”匹配的视角，附图2进一步描述了“水性低温可充电电池鞋跟内的电池箱”中，电池箱在鞋跟中如何合理的安放，其结论是：长，宽，高分别为l、w与h的长方体空间中的l边线与平放地面鞋底的中轴线(22)平行，而h与w均与该中轴线(22)垂直。而附图3站在通常“三视图”的另一个视角对电池箱在鞋跟中的此种“安放”进一步补充说明。
[0055]
以上所述仅是本实用新型优选出的较佳实施方式，所以凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、相对尺寸、相对位置、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。